仿真軟件在PLC教學(xué)中的應(yīng)用

李自成 秦實(shí)宏 江衛(wèi)華

武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院 湖北武漢 430205

仿真軟件在PLC教學(xué)中的應(yīng)用

李自成 秦實(shí)宏 江衛(wèi)華

武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院 湖北武漢 430205

可編程控制器(簡稱PLC)是電氣和自動化類專業(yè)重要的課程，近年來在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，目前的

PLC教學(xué)普遍存在直觀性差、內(nèi)容單調(diào)、理解困難等問題。將PLC仿真軟件應(yīng)用于教學(xué)，貫穿于PLC硬件結(jié)構(gòu)、指令應(yīng)用、編程實(shí)例等教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了控制對象實(shí)際運(yùn)行的計(jì)算機(jī)仿真，使學(xué)生熟練掌握編程指令的運(yùn)用，改善了教學(xué)效果。

可編程控制器；仿真軟件；教學(xué)改革；計(jì)算機(jī)仿真

可編程控制器(PLC)具有可靠性高、編程直觀、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。PLC技術(shù)與數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人一起被稱為工業(yè)自動化的三大支柱。目前在電氣和自動化類本科專業(yè)中一般都開設(shè)了PLC課程。對該課程的講授一般在介紹PLC的一些基本概念的基礎(chǔ)上再選擇1～2種型號的PLC進(jìn)行硬件和指令方面的講授。由于PLC是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的微機(jī)類專業(yè)課程，純粹的課堂教學(xué)很難讓學(xué)生理解PLC內(nèi)部的一些軟元件，如各種線圈和觸點(diǎn)。并且PLC側(cè)重于工業(yè)控制，一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)只能滿足簡單的邏輯觸點(diǎn)控制，對復(fù)雜的控制系統(tǒng)無能為力。通過對近3屆學(xué)生的PLC教學(xué)改革，創(chuàng)造性地將PLC仿真軟件應(yīng)用于課堂教學(xué)，不僅擴(kuò)充了教學(xué)內(nèi)容，而且通過仿真軟件豐富而形象的動態(tài)仿真使學(xué)生對PLC內(nèi)部的軟件資源更加直觀地掌握，實(shí)現(xiàn)“所見即所得”，并且能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的PLC實(shí)例教學(xué)，從而大大提高了教學(xué)效果。

1 教學(xué)模式

以三菱公司FX2N系列PLC為教學(xué)機(jī)型，在采用傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)軟件對編程指令、編程實(shí)例講解的基礎(chǔ)上，再通過仿真實(shí)例加深對PLC工作原理、編程指令、編程方法的理解。學(xué)生通過自己編程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)PLC控制。

目前，在PLC教學(xué)中講授內(nèi)容通常可以分為：PLC內(nèi)部資源，PLC邏輯指令，PLC功能指令、PLC編程方法和PLC編程實(shí)例等幾個部分。在具體講授時，先對PLC的內(nèi)部資源進(jìn)行充分介紹，并可以結(jié)合先修課程單片機(jī)的內(nèi)部資源與PLC來進(jìn)行對比，從而加深學(xué)生對PLC內(nèi)部資源的認(rèn)識。此外，在對PLC的指令進(jìn)行介紹時，按照先易后難的順序，結(jié)合PLC的內(nèi)部資源分別對各種編程指令的助記符、功能、操作對象、指令格式等進(jìn)行介紹。同時，在整個教學(xué)過程中，通過仿真軟件設(shè)計(jì)了仿真實(shí)例與教學(xué)內(nèi)容對照表(見表1)，從而達(dá)到熟練掌握PLC工作原理和編程指令的目的。

表1 仿真實(shí)例與PLC教學(xué)內(nèi)容對照表

2 教學(xué)仿真實(shí)例

PLC教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)主要是PLC內(nèi)部資源的理解和梯形圖編程方法的掌握。以不同尺寸部件分揀控制系統(tǒng)為例，對整個仿真系統(tǒng)進(jìn)行介紹，從而加深學(xué)生對PLC內(nèi)部各種軟元件的掌握和PLC梯形圖程序?qū)嶋H運(yùn)行控制系統(tǒng)的理解。整個仿真實(shí)例圖如圖1所示。其中上半部分為模擬實(shí)物圖，左下圖為梯形圖，右下部分為輸入輸出繼電器指示燈。

圖1 分揀控制系統(tǒng)仿真畫面圖

整個分揀控制系統(tǒng)原理如下：從漏斗出來的部件有大、中、小3種規(guī)格，通過傳送帶1向右移動，并通過傳感器加以識別，當(dāng)傳送到傳送帶2后，大部件和小部件被推出機(jī)構(gòu)推到下面的傳送帶3上，其中大部件向右傳動并送到右邊的大碟子中，小部件向左傳動并送到左邊的小碟子中；而中部件在傳動帶上繼續(xù)向右移動，并被機(jī)械手移動到右邊的中碟子中。根據(jù)控制要求，首先定義PLC的I/O分配表(見表2)。

根據(jù)控制要求編制PLC梯形圖并下載到虛擬的PLC中，并聯(lián)機(jī)仿真，通過控制右邊的按鈕，觀察指示燈和模擬實(shí)物的動作，可以很直觀地了解每一步的運(yùn)行狀態(tài)。通過梯形圖中各觸點(diǎn)和線圈的狀態(tài)可以了解每一個繼電器的通斷和每條指令的具體用法，從而達(dá)到與實(shí)際控制系統(tǒng)相同的控制效果。

表2 PLC輸入輸出繼電器定義

通過仿真軟件對控制實(shí)例講解，要求學(xué)生除掌握基本的PLC指令應(yīng)用外，還要求學(xué)生自己獨(dú)立編制PLC梯形圖，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的PLC模擬仿真，并作為課后作業(yè)完成，在后期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用根據(jù)仿真掌握的PLC知識獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，相當(dāng)于在理論和實(shí)驗(yàn)之間加入了仿真環(huán)節(jié)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成功率大大提高。

PLC仿真軟件在課堂教學(xué)中的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)的PLC教學(xué)模式，將PLC的控制特點(diǎn)與仿真畫面結(jié)合起來進(jìn)行教學(xué)，既豐富了PLC的教學(xué)內(nèi)容，又大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該仿真軟件貫穿于PLC的所有教學(xué)中，在多媒體教學(xué)中以動畫方式再現(xiàn)PLC的控制過程及結(jié)果，既形象又直觀，大大增強(qiáng)了PLC課程的教學(xué)效果。從近3年的PLC實(shí)際教學(xué)效果來看，采用PLC仿真軟件進(jìn)行課堂教學(xué)，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生對PLC軟硬件資源的理解，使其較快地掌握了PLC控制的本質(zhì)，學(xué)生的PLC編程技巧也大大提高，并為PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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The application of simulation software in PLC teaching

Li Zicheng, Qin Shihong, Jiang Weihua
Wuhan institute of technology, Wuhan, 430205, China

PLC is an important specialty course of electric and automation and has been widely used in various industries. However, PLC teaching has the drawbacks such as poor visual impressing, dull content, understanding diff culties and teaching effect. To solve above problems, the simulation software is applied to PLC teaching links such as hardware framework, instruction application and programming examples in this paper. The controlling the objects in the running process is easily implemented. Simulation teaching results show that the application of programming instruction is expertly mastered by students and teaching effect is obviously promoted.

PLC; simulation software; teaching reform; computer simulation

2011-05-18 稿件編號：1105127

李自成，博士，副教授。

湖北省高等教育省級教學(xué)研究項(xiàng)目“電氣信息類專業(yè)‘工程型、創(chuàng)新型’人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”(編號：2009238)；武漢工程大學(xué)校級重點(diǎn)教研項(xiàng)目“電氣控制與PLC理論與實(shí)踐教學(xué)體系的創(chuàng)新研究”(編號：X201015)。