浅谈PLC仿真软件在PLC教学中的应用

新乡职业技术学院 姜 坤

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实训设备价格较高，而很多高职院校的资金又相对紧张，因此购买的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FXTRN-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，才会有求知的欲望，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。

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