PLC硬件設(shè)備共享在實驗教學中的應用研究

李光平　唐月夏

摘要：針對目前大多數(shù)高校PLC實驗教學中實驗設(shè)備利用受到實驗條件的限制、實驗室的利用率低與學生想做實驗卻又無實驗設(shè)備的矛盾、開放實驗室引起較大的人力投入等問題，提出將PLC硬件設(shè)備共享，學生可以隨時隨地進行實驗。通過PLC硬件設(shè)備共享實踐表明，學習課前可以驗證自己的程序，課后可以進行創(chuàng)新性實驗，為學生創(chuàng)新訓練提供了良好實踐平臺。

關(guān)鍵詞：設(shè)備共享；PLC；實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）52-0275-02

一、引言

PLC控制技術(shù)是電氣工程及其自動化專業(yè)實踐性很強的一門專業(yè)核心課程，它以知識為基礎(chǔ)，能力為目標，教、學、做一體化，培養(yǎng)對PLC控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)程序設(shè)計、調(diào)試、維護的能力，培養(yǎng)學生良好的職業(yè)素養(yǎng)和團結(jié)合作精神，是獲得職業(yè)資格證書必須學習的領(lǐng)域，也是電氣工程及其自動化專業(yè)崗位能力體系中的核心技術(shù)能力。

二、PLC教學模式現(xiàn)狀

目前PLC控制技術(shù)的教學受到校外實訓基地生產(chǎn)任務、安全及衛(wèi)生等實際情況限制，只在校內(nèi)實訓基地進行，常用的教學模式有兩種。

1.一體化教學模式。大部分院校在完成相應的理論教學后，利用由專業(yè)的教學儀器公司開發(fā)的實訓平臺，實驗設(shè)備有PLC硬件設(shè)備和一些比較典型的實驗模塊，如交通燈、電梯等，通過LED燈和按鈕等非直觀的方式進行模擬。學生只需按實驗指導書接線，編寫簡單的程序下載即可完成實驗。這種教學模式下，學生動手機會少，實驗“機械化”，參與積極度不高；同時，實驗模塊有限，能夠?qū)崿F(xiàn)的實驗項目有限，沒有職場化的實戰(zhàn)環(huán)境。

2.虛擬仿真教學模式。隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，越來越多的院校將其應用到實踐教學中。通過操作虛擬仿真軟件，即可進行各種實驗，達到與操作真實的實驗被控對象相同的目的，解決了教學過程與生產(chǎn)過程不能有效對接的問題。但是，虛擬仿真只是模擬工作場景，不能完全脫離實際的PLC設(shè)備，教學的教和學兩端在時間、空間、內(nèi)容、進度、方法上都比較統(tǒng)一。無論哪種教學模式，都離不開PLC硬件設(shè)備，但是價格比較昂貴的專業(yè)設(shè)備無法像個人電腦一般普及。同時，由于思想意識、管理制度、維護經(jīng)費、管理隊伍等原因，設(shè)備資源配置分散、封閉，只能在有限的時間內(nèi)開放，學生只有在課堂或課后部分時間進行實踐操作，而且大部分時間是進行一些驗證性的基礎(chǔ)實驗，無法滿足網(wǎng)絡(luò)時代個性化教學的需求，學生創(chuàng)新的精神得不到培養(yǎng)，創(chuàng)業(yè)的實踐能力得不到提高。同樣的問題普遍存在于各個院校中，導致教學效果難以得到保證。這就需要不斷創(chuàng)新教學模式，解決人才培養(yǎng)過程中的實際問題。

三、網(wǎng)絡(luò)共享實驗提出

“網(wǎng)絡(luò)共享實驗”教學模式是通過互聯(lián)網(wǎng)共享實驗設(shè)備資源進行教學，即通過將實驗設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，打破時、空限制使用設(shè)備的教學模式。隨著學校教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施的完善，基本實現(xiàn)了學校寬帶網(wǎng)絡(luò)全覆蓋和網(wǎng)絡(luò)教學環(huán)境的普及。同時，信息技術(shù)的快速發(fā)展，日益成熟的交互式控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、并發(fā)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和硬件設(shè)備，為網(wǎng)絡(luò)共享實驗提供了重要的技術(shù)保障?；ヂ?lián)網(wǎng)的強大互聯(lián)功能使得教師、學生可以在任何時候、任何地點，利用個人PC端，將編寫好的程序遠程下載到PLC設(shè)備中進行實驗操作，實時觀察實驗結(jié)果。

四、網(wǎng)絡(luò)共享實驗架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)共享實驗的架構(gòu)如圖1所示，將帶有網(wǎng)絡(luò)端口的西門子PLC通過路由連接到以太網(wǎng)中，服務器控制數(shù)據(jù)的流向與學生的登錄權(quán)限。學生在自身電腦安裝實驗軟件后利用個人賬戶即可進行硬件設(shè)備的連接。客戶端可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問連接于服務器端的硬件實驗設(shè)備，控制其動作，實時獲取運行結(jié)果。

在該構(gòu)架的基礎(chǔ)上，研究、構(gòu)建適于PLC控制技術(shù)課程的教學模式（如表1所示）：課前，學生下載課程資源，預習PLC相關(guān)理論知識，遠程進行實驗驗證相關(guān)知識；教師上傳課程資源，備課時可以對上課內(nèi)容進行驗證。課中，教師在教室、實驗室遙控設(shè)備進行講解、答疑；實驗時，學生在實驗室近距離掌握PLC設(shè)備的運用。課后，學生在宿舍、圖書館等地連線設(shè)備，完成課后作業(yè)，自主安排創(chuàng)新性實驗；教師網(wǎng)絡(luò)控制批改程序作業(yè)，進行科研工作。模式功能如表1：

五、結(jié)論

本實驗模式通過一個學期的使用表明，學生可以在課前預習時完成預習實驗，在理論課教學過程中，教師可以利用遠程的共享設(shè)備進行驗證性的程序教學，可以學生利用平臺，按照自身的想法完成創(chuàng)新實驗，不再局限于課本的驗證性實驗，極大地提高了設(shè)備使用率的同時也提高了學生的學習效果。

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