PLC硬件設備共享在實驗教學中的應用研究

李光平　唐月夏

摘要：針對目前大多數高校PLC實驗教學中實驗設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硬件設備共享，學生可以隨時隨地進行實驗。通過PLC硬件設備共享實踐表明，學習課前可以驗證自己的程序，課后可以進行創新性實驗，為學生創新訓練提供了良好實踐平臺。

關鍵詞：設備共享；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控制技術是電氣工程及其自動化專業實踐性很強的一門專業核心課程，它以知識為基礎，能力為目標，教、學、做一體化，培養對PLC控制系統進行系統程序設計、調試、維護的能力，培養學生良好的職業素養和團結合作精神，是獲得職業資格證書必須學習的領域，也是電氣工程及其自動化專業崗位能力體系中的核心技術能力。

二、PLC教學模式現狀

目前PLC控制技術的教學受到校外實訓基地生產任務、安全及衛生等實際情況限制，只在校內實訓基地進行，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，利用由專業的教學儀器公司開發的實訓平臺，實驗設備有PLC硬件設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，能夠實現的實驗項目有限，沒有職場化的實戰環境。

2.虛擬仿真教學模式。隨著虛擬仿真技術的發展，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設備，教學的教和學兩端在時間、空間、內容、進度、方法上都比較統一。無論哪種教學模式，都離不開PLC硬件設備，但是價格比較昂貴的專業設備無法像個人電腦一般普及。同時，由于思想意識、管理制度、維護經費、管理隊伍等原因，設備資源配置分散、封閉，只能在有限的時間內開放，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實驗，無法滿足網絡時代個性化教學的需求，學生創新的精神得不到培養，創業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。這就需要不斷創新教學模式，解決人才培養過程中的實際問題。

三、網絡共享實驗提出

“網絡共享實驗”教學模式是通過互聯網共享實驗設備資源進行教學，即通過將實驗設備接入互聯網，打破時、空限制使用設備的教學模式。隨著學校教育信息化基礎設施的完善，基本實現了學校寬帶網絡全覆蓋和網絡教學環境的普及。同時，信息技術的快速發展，日益成熟的交互式控制技術、數據庫技術、并發處理技術、網絡通信技術和硬件設備，為網絡共享實驗提供了重要的技術保障。互聯網的強大互聯功能使得教師、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設備中進行實驗操作，實時觀察實驗結果。

四、網絡共享實驗架構

網絡共享實驗的架構如圖1所示，將帶有網絡端口的西門子PLC通過路由連接到以太網中，服務器控制數據的流向與學生的登錄權限。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備的連接。客戶端可以通過互聯網訪問連接于服務器端的硬件實驗設備，控制其動作，實時獲取運行結果。

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

五、結論

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新實驗，不再局限于課本的驗證性實驗，極大地提高了設備使用率的同時也提高了學生的學習效果。

參考文獻：

[1]趙正平，陳靜.MOOC背景下工科專業實踐教學思考[J].湖北經濟學院學報，2015，12（9）：204-205.

[2]金鑫.基于PXI的無線通信遠程實驗平臺的設計[D].東華大學，2015.

[3]紀靜.地方工科高校實驗室開放共享平臺的構筑[D].華東師范大學，2010.

[4]楊兵.大型儀器設備開放共享平臺建設誤區及對策[J].實驗室研究與探索，2011，30（9）：407-409，413.

[5]梁碧超，肖祖寧.建立高校資源共享平臺，促進大型儀器設備的使用效益[J].實驗技術與管理，2009，26（3）：296-297，304.

[6]朱軍，周建軍.提高高校大型儀器設備使用效益的思考[J].實驗技術與管理，2011，28（7）：205-206，209.

[7]陳文倩，佟慶偉，戰永佳.大型儀器設備資源共享平臺建設的實踐與探索[J].實驗技術與管理，2010，27（3）：296-298.

[8]胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究[J].實驗室研究與探索，2015，34（2）：140-144，201.

[9]黃小斌，朱志明.大型儀器設備管理使用的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2009，26（9）：171-172，177.

[10]崔貫勛.互聯網+模式下開放共享實驗平臺的設計與實現[J].實驗技術與管理，2016，33（5）：143-146.

[11]劉嘉南，潘信吉.大型儀器設備開放共享的研究與探索[J].實驗室研究與探索，2009，12（3）：284-287.

[12]張麗梅，劉震.大型儀器設備共享平臺建設的探討與實踐[J].實驗技術與管理，2009，26（3）：292-295.

[13]趙青山，鄒月利，徐雅琴.大型儀器設備科學管理體系的研究與實踐[J].實驗科學與技術，2010，8（3）：171-173.

[14]李欣，謝宏.虛擬儀器技術在通信原理教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2014，33（5）：155-159.

[15]張茜，雷勇.基于虛擬儀器技術的網絡化遠程實驗室系統[J].實驗室研究與探索，2013，32（9）：90-93.

[16]牛杰，權小紅.基于Lab VIEW的遠程數字信號處理實驗室構建[J].現代企業教育，2012（4）：127-128.