PLC技術(shù)在工控組態(tài)軟件課程中的應(yīng)用研究

吳其 楊田

1、沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院2、遼寧省重大技術(shù)裝備戰(zhàn)略基地建設(shè)工程中心

引言

在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能的組態(tài)軟件具有舉足輕重的作用[1-2]。近年來，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的快速發(fā)展帶動(dòng)了組態(tài)軟件技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，其中，圖形界面設(shè)計(jì)、面向?qū)ο缶幊痰燃夹g(shù)的發(fā)展尤為迅速。目前，除了一些小型的測(cè)控系統(tǒng)需要開發(fā)者自己編寫應(yīng)用程序外，大中型的測(cè)控系統(tǒng)，都需要選擇一個(gè)合適的組態(tài)軟件?；诖?，電氣專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)的本科生應(yīng)該掌握工控組態(tài)軟件的課程內(nèi)容，并能靈活運(yùn)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中。

工控組態(tài)軟件及應(yīng)用是一門綜合應(yīng)用性課程，內(nèi)容涵蓋監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)（Monitor and Control Generated System，MCGS）組態(tài)軟件的應(yīng)用基礎(chǔ)、MCGS組態(tài)軟件高級(jí)應(yīng)用以及MCGS組態(tài)軟件應(yīng)用實(shí)例等內(nèi)容。MCGS作為一款通用型的組態(tài)軟件具備易學(xué)易懂、上手快、應(yīng)用廣，且對(duì)操作系統(tǒng)要求不高等優(yōu)點(diǎn)，因此，為了使學(xué)生能夠較好地了解上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的概念以及掌握監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)過程，需要學(xué)習(xí)MCGS組態(tài)軟件。為了滿足應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，筆者嘗試在本門課程的教學(xué)過程中，從以下幾方面進(jìn)行改革。

1 成果導(dǎo)向，以學(xué)生為中心

為了培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才，并滿足教學(xué)大綱要求，基于成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）理念，本門課程選用自編教材。課程以項(xiàng)目教學(xué)為導(dǎo)向，選用5個(gè)經(jīng)典工程案例作為教材主體內(nèi)容，通過這些實(shí)際案例，引出組態(tài)軟件的教學(xué)內(nèi)容，可以使學(xué)生較為全面地掌握組態(tài)軟件的開發(fā)過程及使用方法。

OBE教育理念主要聚焦在學(xué)習(xí)成果上，不采用單一手段評(píng)價(jià)教學(xué)效果，通常用多元和梯次的方法進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)。通過引入OBE教學(xué)理念，可以很好地使學(xué)生掌握本課程內(nèi)容，教學(xué)效果較顯著。

教學(xué)設(shè)計(jì)采用解讀課前任務(wù)、以項(xiàng)目為導(dǎo)向?qū)W習(xí)當(dāng)堂課的內(nèi)容、通過練習(xí)案例、檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的方式進(jìn)行。通過各種項(xiàng)目案例比如簡(jiǎn)易交倒計(jì)時(shí)、簡(jiǎn)易電梯升降設(shè)計(jì)等案例由淺入深地進(jìn)行設(shè)計(jì)，使學(xué)生在各種典型案例設(shè)計(jì)中，逐步提升個(gè)人能力，通過多方位的考核方式，如學(xué)生當(dāng)堂展示作品、小組測(cè)評(píng)等方式，多元評(píng)價(jià)作品成果，較為全面地掌握學(xué)生的真實(shí)情況，使學(xué)生能夠更好地掌握課程內(nèi)容，教學(xué)效果較為顯著。

2 引入PLC技術(shù)，提升應(yīng)用性特點(diǎn)

MCGS為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)際工程中通過通信模塊控制PLC使受控對(duì)象完成相應(yīng)操作，具體控制流程如圖1所示。因此，孤立的學(xué)習(xí)MCGS組態(tài)軟件已經(jīng)不能滿足實(shí)際工程項(xiàng)目的需要。基于此，將PLC技術(shù)引入組態(tài)軟件教學(xué)中，學(xué)生通過組態(tài)軟件搭建監(jiān)控畫面后，將PLC與組態(tài)軟件建立連接與通信，可逼真模擬實(shí)際設(shè)備的工作狀態(tài)，完成各種復(fù)雜多樣的工程案例，提升了本門課程綜合應(yīng)用的特點(diǎn)。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

比如控制流水燈閃爍案例，要求PC與PLC之間建立數(shù)據(jù)通信，要求PC接收PLC發(fā)送的開關(guān)量輸入信號(hào)狀態(tài)值，并在程序中顯示出來。通過編程電纜將PC串口與PLC編程口連接起來，實(shí)現(xiàn)兩者的連接，使學(xué)生在運(yùn)行程序時(shí)，在PLC上輸入信號(hào)點(diǎn)亮指示燈，則程序畫面中的對(duì)應(yīng)虛擬信號(hào)燈由綠色變成紅色，較為逼真地模擬了實(shí)際設(shè)備的工作狀態(tài)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用特點(diǎn)。

3 采用翻轉(zhuǎn)課堂，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力

教學(xué)改革后，本課程在教學(xué)過程運(yùn)用啟發(fā)性教學(xué)、探究性教學(xué)、協(xié)作學(xué)習(xí)以及翻轉(zhuǎn)課堂等現(xiàn)代教育理念，同時(shí)根據(jù)每節(jié)課的授課內(nèi)容以及個(gè)體學(xué)生特征，設(shè)計(jì)教學(xué)方法。

為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，本門課程采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式進(jìn)行授課。在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中，針對(duì)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用只給出設(shè)計(jì)題目和基本要求，在滿足基本功能要求的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并在課堂上進(jìn)行展示、講解。通過此方式，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造力，收效顯著。

本課程在教學(xué)過程中引入調(diào)研環(huán)節(jié)，采用協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，使學(xué)生按照不同的題目進(jìn)行分組調(diào)研。學(xué)生利用課余時(shí)間分組查閱資料并將研究成果以書面和口頭的形式進(jìn)行匯報(bào)。這種教學(xué)方式調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)習(xí)過程真正成為學(xué)生在教師引導(dǎo)下探求知識(shí)的過程。培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力，通過課堂講解和課后查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，使學(xué)生能夠?qū)Ρ菊n程進(jìn)行自我探索和學(xué)習(xí)。

4 基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念，培養(yǎng)全方位人才

教育部明確指出，在高等學(xué)校開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，是深化高等教育教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。根據(jù)本門課程特點(diǎn)，基于教育部和高校倡導(dǎo)的深挖課程中創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念的要求，本課程將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念同課程內(nèi)容相融合，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的廣義定義是指以培養(yǎng)具有創(chuàng)業(yè)基本素質(zhì)和開創(chuàng)型個(gè)性的人才為目標(biāo)，不僅僅是以培育在校學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為主的教育，而是要面向全社會(huì)，針對(duì)那些打算創(chuàng)業(yè)、已經(jīng)創(chuàng)業(yè)、成功創(chuàng)業(yè)的創(chuàng)業(yè)群體，分階段分層次地進(jìn)行創(chuàng)新思維培養(yǎng)和創(chuàng)業(yè)能力鍛煉的教育[3-5]。針對(duì)高校教育而言，使學(xué)生具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，可以通過以下三方面進(jìn)行培養(yǎng)：創(chuàng)新性、創(chuàng)造性和實(shí)踐性。

表1 創(chuàng)業(yè)意識(shí)與創(chuàng)新精神

工控組態(tài)軟件課程的培養(yǎng)目標(biāo)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念相契合，通過多個(gè)工程案例以及學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生創(chuàng)新性、創(chuàng)造性和實(shí)踐性的能力。本門課程的理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)各占一半，同時(shí)在理論學(xué)時(shí)中穿插具有典型功能的工程小案例，提高學(xué)生操作時(shí)間，讓學(xué)生在課堂中通過多學(xué)、多練、多用來提升綜合設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，教師會(huì)在教學(xué)過程中引入使用組態(tài)軟件企業(yè)的相關(guān)介紹，使學(xué)生了解本課程和企業(yè)的聯(lián)系，認(rèn)清自身所學(xué)的知識(shí)對(duì)于企業(yè)有什么用處，能為企業(yè)解決什么樣的問題。從而極大地刺激學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)生的求知欲。從而對(duì)就業(yè)、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新等產(chǎn)生興趣、愛好，提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)業(yè)能力。