PLC仿真软件在PLC教学中的应用

【摘 要】在PLC的教学过程中,要寻找到突破口,提高教学质量,可以利用PLC仿真学习软件,轻松有趣地引导学生学习PLC,取得事半功倍的教学效果.

【关 键 词】PLC；仿真软件；PLC编程；教学效果

引言

PLC是可编程控制器的简称,PLC技术是在继电接触器控制和计算机基础上开发的工业自动控制装置.由于它可以通过软件来改变控制过程,且编程较为简单,所以目前PLC在工业控制中占据了主导地位,得到了非常广泛的应用.为适应这种形势需求,PLC技术已成为各类职业技术院校电子电气专业的一门专业课,我院也不例外.PLC是我院电气自动化专业开设的专业课之一,教材版本以学习三菱FX2N系列PLC的基本指令和应用为主.

一、PLC课程教学中存在的问题

1.课程要求高,学生学习有困难.PLC课程具有信息量大、编程枯燥的特点.在PLC编程过程中学生要根据控制要求来确定控制方案,这就要求学生有一定的理论基础和自主学习意识,因此导致学生学习这门课有困难.

2.配套实训设备不足,学生实践不够.一套PLC实训设备较高,而很多高职院校的资金又相对紧张,因此购写的PLC实训设备数量有限,而且近年来相关专业招生人数激增,根本无法保证学生一人一套.其次只要是做硬件实训,肯定存在设备的故障损坏和材料的损耗,这一方面增加了维修维护成本,另一方面也降低了实训的开出率.

3.实践远远落后于理论学习,抑制学生的创新思维能力.按照通常的教学过程,一般是任课教师按照教材的顺序进行教学,就是先将全部基本指令讲解完毕,再讲解PLC的编程方法,然后再让学生去做实训,实践远远落后于理论.以上问题在现在的高职院校PLC教学中还是比较多见,针对这些问题,笔者经过教学实践和探索,认为将PLC的仿真软件应用于PLC教学中是解决这些问题的理想方案.

在这种情况下,如何寻找到PLC教学的突破口,提高教学质量呢?通过教学实践和探索,笔者认为利用PLC仿真学习软件(该软件名称为FX-TRN-BEG-C),可以轻松有趣地引导学生学习PLC,取得事半功倍的教学效果.FX-TRN-BEG-C是三菱电机最新推出的中文版教学软件,它将虚拟舞台和专家操作指导合成在一起,学习通用梯形图逻辑编程.将该软件安装在学校多媒体教室的电脑上,学生上PLC实训课时只要到多媒体教室上机,就可以身临其境地感受到PLC的无穷魅力了.

二、仿真软件的作用

该软件在教学中的应用主要体现在以下几方面.

1.大量生动的图片,可激发学生学习PLC的兴趣和热情

教育心理学认为,学习兴趣是学习动机的重要组成部分,是推动学生努力学习的强大动力.学生只有对PLC学习有了浓厚的兴趣,才会有求知的,才能勤于思考.该教学软件一共分六个单元,分别是A～F.A是PLC简介单元,它用大量的图片介绍了在工厂自动化领域以及日常生活中应用PLC技术的许多实例,通过A单元的入门学习,可以让学生充分认识到PLC技术的实用性.PLC已经渗透到我们日常生活中的各个角落,在提高我们的生活质量方面扮演着很重要的角色,以此来激发学生学习PLC的兴趣和热情.这些生动的图片演示,比在教室里枯燥的讲述有趣,学生更乐于接受.

2.专家指导式的编程提示,可突破学生学习PLC的难点

在PLC学习中,学会编程是重点,如何绘制梯形图是难点.利用该软件可以较容易突破难点,掌握重点.因为该软件的B单元就是基本程序的学习单元,它主要介绍了基本输入输出程序、标准程序、控制优化程序、输入状态读取程序等等.在每一个程序的学习单元中,它都列出了详细明了的操作步骤,一步一步引导学生学会编制简单的梯形图,以及进行仿真运行,使学生对基本程序的编程有初步的认识.该软件的C单元是轻松的练习单元,它详细介绍了基本定时器和计数器的编程要领,并介绍了应用定时器和基本计数器来编程的两个典型实例.通过这个单元的学习,学生对常用的定时器和计数器的编程有了基本的了解.在B、C两个单元的基本编程训练中,它都采用了专家指导式的编程提示,为基础较差的学生学习PLC提供了非常有用的帮助.通过这两个单元基本编程的训练,学生能基本了解PLC编程的特点,对PLC的基本编程方法有了一定的认识,突破了学习PLC的难点,为后续的实际应用题的编程学习打下较扎实的基础.

3.模拟场景中的仿真运行,可帮助学生更好地理解PLC的工作原理

要让学生对PLC的工作过程有全面的认识和了解,除具备一定的编程能力,掌握基本的编程技巧外,还要让学生按照实际的控制要求进行仿真运行和调试,从而找到程序中的不足和漏洞,进行反复修改,达到优化程序、熟悉编程的目的.而FX-TRN-BEG-C教学软件就是这样一个能提供各种控制要求、仿真运行各种控制程序的教学平台.它操作简单,利用3D虚拟空间设计,模拟出各种真实场景.例如,交通信号灯控制、正反转控制、分拣和分配线控制、舞台装置控制、升降机控制等等,每一个场景都惟妙惟肖,图文并茂.学生可以在任意一个场景中按照控制要求进行编程,绘出梯形图,并对PLC进行仿真运行操作,在仿真运行中可以观察运行结果是否符合设计要求.同时,在运行中还可以确认各个元件与程序的状态,适时监控各个元件的工作过程.通过运行监控,学生更好地理解和掌握PLC各个元件的作用,巩固课堂上所学的理论知识.

4.循序渐进式的课程设置,科学合理,可以照顾到全体学生

教学是面向全体学生的.从心理学的角度来讲,人的个性特征及心理倾向不尽相同,学生在智力上有差异,在观察力、理解力、想象力、记忆力、模仿力、表达及思维能力方面有所不同.因此,在PLC教学中,笔者采用了“因人施教”的分层教学法.而PLC教学软件就提供了一个分层教学的良好平台.因为该软件的D、E、F单元分别是初级、中级、高级挑战单元,每一单元均有6道设计题,难度不等,其中初级挑战题难度较低,难度系数为1～2颗星；中级挑战题的难度稍大,难度系数为2～3颗星；高级挑战题的难度最大,难度系数为3～4颗星.在具体教学过程中,对程度较低的学生,采用“初级挑战单元”中的部分内容进行训练.对程度较好的学生采用“中级挑战单元”或“高级挑战单元”中的部分内容进行训练.学生各取所需,各有所获,这样既提升了学生的自信心,又拓展了学生的创造性思维.另外,对于较复杂的设计题,如自动门操作控制、输送带控制等等,还可以采用让学生分工合作的教学形式,将全班学生分成不同的小组,明确各小组的设计任务和目标,培养学生团结协作的团队精神.

三、仿真软件应用在PLC教学中取得的效果

1.提高了学生学习PLC课程的兴趣

由于使用仿真软件在计算机上就可以直观生动地显示执行程序结果,使抽象的程序得到了形象化的演示.而且学生对程序做的每一点改进都能导致仿真结果的变更,这使得学生很有成就感,激发学生的学习兴趣,调动学生学习积极性和主动参与意识.

2.培养了学生学习能力、解决问题能力

当学生掌握了基本的编程指令,具备一定的编程能力后,教师可运用任务驱动教学法,放手让学生自己完成某一个明确的编程任务,让学生自己去想方法、查指令、编程序,教师只是适时予以点拨,让学生在仿真软件的辅助下反复地查找程序漏洞、查看结果,反复修改、优化程序,直至仿真的结果达到预期的任务目标.在这个过程中,学生的学习能力、解决问题能力及编程能力可以得到很好的锻炼与提高.

3.充分发挥了学生的创新思维有了仿真软件来验证程序,学生不再依赖教师的判定,教师主要起点拨、答疑作用.学生完全可以按照自己的思路进行编程,然后验证正确与否,总结经验.这样也就最大限度地发挥了学生的主体性,使学生在主动探索过程中真正理解PLC控制技术的知识,真正掌握根据生产要求设计控制程序的方法,能最大限度地发挥学生的想象能力,学生的创造思维在完成任务的过程中得到了很好的培养,大大地提高学生的创新意识.

总之,通过教学实践,用PLC仿真学习软件进行PLC辅助教学是可行的,能收到较好的教学效果.学生通过电脑上机,仿真实践,可以更好地观察和消化所学的理论知识,同时通过PLC仿真学习软件实现人机交互,可以尝试改变某些指令、程序,再观察试验结果,立竿见影,能极大地调动学生的学习热情,使学生体会到成功的快乐,有成就感,学习时兴趣盎然,产生不断深入学习PLC的动力.在笔者所教授的学生当中,就涌现了不少学习积极性高、编程能力强的尖子生,通过这些尖子生可带动班级同学共同学习、共同进步.笔者所教授班级的大部分学生都具备了初步的编程能力,掌握了一定的编程技巧,取得了较为显著的教学效果.

[3]姜新桥,石建华.可编程控制器应用基础[M].华中科技大学出版社,2007.

[4]杨进.谈PLC仿真学习软件在PLC教学中的应用[J].职业教育研究,2007,5.