基于PLC仿真軟件的PLC課程任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的探索

【摘要】基于任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)模式。在教學(xué)過程中，以若干個具體任務(wù)為中心，通過完成任務(wù)的過程，介紹和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的綜合能力。本文主要基于三菱PLC仿真軟件FX—TRN—BEG—CL進(jìn)行PLC課程任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的探索。

【關(guān)鍵詞】仿真軟件 PLC 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

【中圖分類號】G71【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0224-02

可編程序控制器（PLC）原理及應(yīng)用是自動化專業(yè)的一門實踐性較強(qiáng)的專業(yè)課。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)自動化的四大支柱之首。本課程的目的是使學(xué)生掌握三菱PLC仿真軟件及其編程技術(shù)，通過相應(yīng)實訓(xùn)項目操作，能夠熟練地進(jìn)行系統(tǒng)配置、程序輸入、顯示、修改、測試、故障診斷和系統(tǒng)調(diào)試。課程對學(xué)生的專業(yè)理論知識的提高和實操能力的培養(yǎng)起著舉足輕重的作用。以下將結(jié)合任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的特點及其方法，分析PLC課程教學(xué)[1]。

1.實用的PLC仿真軟件——FX—TRN—BEG—CL

FX—TRN—BEG—CL是一款實用的三菱PLC仿真軟件，仿真軟件可作為PLC學(xué)習(xí)的輔助工具如果手頭沒有實際的PLC，但有PLC仿真軟件，則通過程序仿真，能幫助理解指令。利用三菱PLC仿真軟件學(xué)習(xí)，需注意兩點：1）仿真不能代替實際調(diào)試。雖然仿真軟件能夠模仿大多數(shù)指令的工作結(jié)果，但受軟件的局限，有的指令不能完全模仿。而且，仿真結(jié)果會受到軟件版本的影響；比如較早的版本，可能對有的指令就不能取得與PLC一致的結(jié)果。還有掃描周期的影響，比如GX仿真軟件的掃描周期就固定為100ms，這樣對于100ms以下的時鐘計數(shù)，當(dāng)PLC的掃描周期遠(yuǎn)小于100ms時，仿真結(jié)果就可能會與PLC的實際運行結(jié)果不一致。2）仿真軟件僅是學(xué)習(xí)的輔助手段。用仿真軟件學(xué)習(xí)，終究有紙上談兵的感覺。所以，有機(jī)會應(yīng)當(dāng)用實際的PLC學(xué)習(xí)，或編寫實際的應(yīng)用程序，這樣才能形成良好的思考習(xí)慣，做好實際應(yīng)用。因為現(xiàn)場的情況，與試驗的環(huán)境有區(qū)別，甚至有很大的區(qū)別。所以前面提到，仿真的“使用效果與實際工作經(jīng)驗很有關(guān)系”。學(xué)習(xí)、試驗或工作中，通過兩者的比對，總結(jié)出軟件仿真與PLC現(xiàn)場運行的異同，積累經(jīng)驗，則能夠更好地使用仿真功能，減少現(xiàn)場調(diào)試時間。

2.任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的基本過程和方法

一般說，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的實施過程可以分四個過程或階段，它們是：任務(wù)提出、任務(wù)分析、完成任務(wù)（任務(wù)設(shè)計與制作）和交流、評價與總結(jié)。由于任務(wù)的大小與復(fù)雜程度有很大差異，有的任務(wù)可以在一節(jié)課完成，有的需要一個階段才能完成，每節(jié)課只能完成其中部分子任務(wù)，因此，這四個階段在每節(jié)課中所占比例是有很大差異的。

2.1任務(wù)提出

任務(wù)的提出是十分重要的環(huán)節(jié)，主要目的是任務(wù)的呈現(xiàn)和描述，從而引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使其初步了解本節(jié)課或本階段可能掌握的知識、技能和可以實現(xiàn)的具體目標(biāo)。任務(wù)的呈現(xiàn)和描述方式往往采取兩種方式：“樣板”方式和文字（語言）描述方式。有時需要二者結(jié)合進(jìn)行。具體采取哪種方式，要根據(jù)任務(wù)具體內(nèi)容和教學(xué)的需要。

2.2任務(wù)分析

任務(wù)提出后必須進(jìn)行任務(wù)分析，任務(wù)分析的目的和內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）使學(xué)生進(jìn)一步理解任務(wù)的內(nèi)容，討論可能分解出的子任務(wù)，以及任務(wù)和子任務(wù)的關(guān)系，從而研究出任務(wù)設(shè)計的基本思路。（2）明確本節(jié)課可能完成的子任務(wù)是什么。（3）具體分析子任務(wù)包括哪些內(nèi)容，其中哪些內(nèi)容可以用過去的知識技能實現(xiàn)，哪些還不知道該怎么實現(xiàn)。這樣引導(dǎo)出本節(jié)課需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，引起學(xué)生的注意和興趣[2]。

2.3任務(wù)完成（設(shè)計制作）

任務(wù)完成（任務(wù)設(shè)計與制作）應(yīng)該包括新知識、新功能的學(xué)習(xí)、探索活動和任務(wù)設(shè)計活動，不應(yīng)該理解成學(xué)生埋頭設(shè)計作品的單向活動。首先，任務(wù)分析中，我們只發(fā)現(xiàn)了本次需要補(bǔ)充的學(xué)習(xí)內(nèi)容，但是還沒有完成學(xué)習(xí)。根據(jù)任務(wù)驅(qū)動原則，我們應(yīng)該在任務(wù)設(shè)計中學(xué)習(xí)和探索這些內(nèi)容。

2.4交流、評價與總結(jié)

在學(xué)生群體各自完成任務(wù)過程中發(fā)現(xiàn)傾向性問題，在任務(wù)完成之后組織交流，相互介紹中間成果或者最后的作品，交流的目的一方面是通過相互評價，提升學(xué)生對于信息作品的評價能力，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新精神，創(chuàng)造有特色的信息作品。

3.基于PLC仿真軟件的PLC課程任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的應(yīng)用

3.1任務(wù)的提出

理論講授以“必需、夠用”為度，將理論與操作實踐緊密結(jié)合，通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用的理論、實訓(xùn)技能和職業(yè)素質(zhì)方面應(yīng)達(dá)到如下要求：要求學(xué)生掌握PLC的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、軟件結(jié)構(gòu)和特點、應(yīng)用領(lǐng)域及主要生產(chǎn)廠家；掌握PLC的編程語言、梯形圖的主要設(shè)計特點；掌握PLC編程器及編程軟件的使用；掌握外部接線圖的設(shè)計原則；能熟練運用PLC的基本編程指令和編程器編程；掌握梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法，學(xué)習(xí)多種常用電路的設(shè)計；掌握順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計注意事項；掌握步進(jìn)指令的應(yīng)用和順序控制梯形圖的編程方法。特別選擇設(shè)計任務(wù)：交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計[3]。

3.2任務(wù)分析

（1）控制要求。用交通燈控制實驗?zāi)０迥M路口交通的分時控制系統(tǒng)。開關(guān)合上后，右轉(zhuǎn)始終允許，東西直行綠燈亮4s后滅；黃燈亮2s滅；紅燈亮4s；東西左行綠燈亮4s后滅；黃燈亮2s滅；紅燈亮4s，南北方向再重復(fù)上述過程。燈光顯示采用三色二極管，單端加電壓分別顯示紅色、綠色，兩端同時加電顯示黃色。（2）輸入輸出端口配置。（3）任務(wù)操作過程。①根據(jù)課題的要求，用計算機(jī)軟件編程。②按工藝要求畫出控制流程圖。③寫出梯形圖程序或語句程序（自選其一）。④用FX2系列PLC計算機(jī)軟件進(jìn)行程序輸入。⑤在考核箱上接線，用計算機(jī)軟件模擬仿真進(jìn)行調(diào)試。⑥隨機(jī)設(shè)置程序故障兩處，根據(jù)工藝分析故障可能產(chǎn)生的原因。確定故障發(fā)生的范圍，并進(jìn)行程序修改。

3.3任務(wù)完成（設(shè)計制作）

在本模塊中，我們采用步進(jìn)梯形指令并聯(lián)分支、匯合編程的方法來實現(xiàn)人行橫道信號燈的功能。這里把車道（東西方向）信號燈的控制作為并聯(lián)分支的右面支路，并聯(lián)分支的轉(zhuǎn)移條件是人行道南北兩只按鈕的或關(guān)系，燈亮的長短利用定時器控制，人行道綠燈閃是利用子循環(huán)加計數(shù)器來實現(xiàn)的[4]。

程序模擬調(diào)試的目的是以方便的形式模擬現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬和軟件模擬兩種。

將設(shè)計好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀節(jié)態(tài)用PLC上的發(fā)光二極管來顯示，一般不接PLC實際的負(fù)載（如接觸器、電磁閥等）。可以根據(jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的狀態(tài)變化，即該轉(zhuǎn)換所有的不活動步是否變?yōu)榛顒硬剑械幕顒硬绞欠褡優(yōu)椴换顒硬剑约案鞑奖或?qū)動的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。在調(diào)試時，應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。

3.4任務(wù)評價

任務(wù)設(shè)計活動中的“亮點”所涉及的思維方法和技巧應(yīng)該是交流的重要內(nèi)容。評價、交流和總結(jié)活動是使學(xué)習(xí)成果從純技術(shù)層面提升、內(nèi)化為信息素養(yǎng)的重要步驟。評價活動不一定都放在一節(jié)課的最后，有的問題要及時評價，及時交流，否則就失去或降低評價交流的意義。評價方式也應(yīng)該形成師生合作和互動方式，應(yīng)該積極鼓勵學(xué)生進(jìn)行互評，從而提升他們對信息作品的評價能力。培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣；培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維習(xí)慣和規(guī)范的操作意識；養(yǎng)成獨立分析問題和解決問題的能力并具有協(xié)作和團(tuán)隊精神；能綜合運用所學(xué)知識和技能獨立解決實訓(xùn)中遇到的實際問題；具有一定的歸納、總結(jié)能力；具有一定的創(chuàng)新意識；具有一定的自學(xué)、表達(dá)、獲取信息等各方面的能力。

結(jié)論

對于要求復(fù)雜的任務(wù)，任務(wù)的具體要求可以分層次提出，而不要像羅列軟件功能清單那樣一次性提出。可以根據(jù)任務(wù)的逐步完成而繼續(xù)提出進(jìn)一步完善的要求，這樣，可以減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，有利于學(xué)生逐步建構(gòu)自己的知識、技能。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳蘇波等編著. 三菱PLC快速入門與實例提高[M]. 人民郵電出版社，2008.8：98.

[2]李春華主編.職業(yè)技術(shù)教育自動化類課程教學(xué)法.國防工業(yè)出版社，2008.9：105-106.

[3]武昌俊. “PLC控制技術(shù)”課程的任務(wù)驅(qū)動的項目化教學(xué)模式改革[J]. 安慶師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011.05：47-48.

[4]鄧慧君. 利用任務(wù)驅(qū)動法 促進(jìn)PLC課程的一體化教學(xué)[J]. 安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2009.10：115-116.