虚实结合的PLC立体课堂的构建

刘洋洋

【摘 要】PLC立体课堂的“虚”指在理论教学过程中注重仿真，“实”指在实践教学过程中注重控制对象的真实性。通过虚实结合的方式，将PLC技术、触摸屏技术和组态技术融合应用，将教师对知识的静态传授转化为学生对知识的动态接受。

【关键词】PLC立体课堂 虚实结合 构建方式

一、引言

PLC（Programmable Logic Controller）、机器人和CAD/CAM并称工业生产自动化的三大支柱，PLC是工业自动化领域应用最多的控制设备之一，因此高职机电类专业学生必须掌握此技术。随着高职教育规模的扩大，伴随出现的是学生入校门槛的降低，入校学生基础薄弱，自我学习和约束能力低。PLC注重实践，实际应用中常与触摸屏和组态控制技术相融合，教学中必须理论与实践并行，职业院校学生掌握起来难度高。

《教育部办公厅关于开展2014年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》中明确指出虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互等技术，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。基于这样的思想，本文提出“构建虚实结合的PLC立体课堂”的教学理念。

二、虚实结合的PLC立体课堂的构建方式

虚实结合的PLC立体课堂的构建方式如图1所示。课堂理论教学以程序仿真为抓手，动态显示程序执行过程；以控制虚拟对象为手段，体现人机交互；实践教学结合真实的PLC控制设备，融入触摸屏和组态技术，实现知识的综合应用，真实再现理论课堂中虚拟仿真的结果，培养学生综合运用知识的能力。

（一）以程序仿真为抓手

三菱FX系列PLC的编程和仿真软件分别为GX Developer、GX Simulator，将GX Simulator嵌入GX Developer中，可以仿真程序的执行过程，将抽象的程序分析转变为直观的视觉观察，使学生更易理解。如讲解FX2N系列PLC定时器，以T0为例，定时时间为10s。图2是仿真结果，使位软元件X0接通，T0得电定时开始，当前值在内部时钟电路作用下每隔100ms加1，当其等于设定值100时，定时时间到，T0常开触点闭合，线圈Y0得电；使X0断开，T0失电，T0自动复位，当前值清零，触点复位，线圈Y0失电。通过仿真使T0工作原理与过程完全展现在学生面前。

（二）以控制虚拟对象为手段

GT Simulator2是三菱触摸屏的仿真软件，联合GX Developer、GX Simulator和GT Simulator2，可实现对触摸屏和PLC组成的电气控制系统的仿真。方法是在GX Developer设计程序，通过GX Simulator启动程序在线逻辑测试；在GT Designer2设计触摸屏画面，将图形对象与PLC软元件连接，通过GT Simulator2启动触摸屏画面仿真[1]。程序的执行结果通过触摸屏画面体现，实现系统操作和程序执行结果的图形化，将抽象的程序分析结果转化成直观的画面认知。

以四组抢答器设计为例，使用GT Designer2设计四组抢答器触摸屏画面，在GX Developer中启动梯形图逻辑测试后，使用GT Simulator2仿真抢答器的操作。图4为第二组抢答成功的画面，虚拟出的四组抢答器，其设计和操作过程可见，实现了人机交互。

（三）以真实PLC控制系统为平台

组态软件以画面的方式运行和监控生产流程，使工作人员能够形象直观了解生产的实时状态，将组态软件引入PLC实践教学中，使学生在掌握PLC的同时，理解组态的含义和其在工业控制中的应用，使课程内容变得丰富、生动，利于培养学生的创新意识。以真实PLC控制系统为平台，构建基于PLC和力控ForceControl V6.1监控组态软件的控制系统，其方法是：在GX Developer设计程序，并将其写入PLC；在ForceControl V6.1中设计组态画面，建立数据库变量，将组态画面中的图形对象与数据库变量连接；将组态软件与PLC建立通信连接，将数据库变量与PLC软元件连接。

使用力控ForceControl V6.1开发设计十字路口交通灯控制项目，建立数据库变量，共7个，分别为NBR、NBY、NBG、DXR、DXY、DXG、SD，将组态画面中的图形对象分别连接数据库变量（如开关连接变量SD）。在组态软件与PLC建立通信连接后，将数据库变量分别连接PLC软元件，如图4所示。

图5是南北红灯东西绿灯亮的执行结果。设置车的流动属性，当绿灯亮起时，车会模拟运动起来，增强了实验结果的形象性[2]。在控制系统操作过程中，既可以通过控制系统中的实际开关来实现对交通灯系统的控制，还可以通过组态画面中的虚拟开关来实现对交通灯系统的控制。

三、结论

基于GX Developer、件GX Simulator、GT Designer2、GT Simulator2和ForceControl V6.1所构建的虚拟仿真学习模式，提高了学生的学习兴趣，激发了学生的学习欲望。虚拟仿真之后，再在实训设备上进行实训操作，学生对知识的理解进一步深入，综合创新能力进一步提升，这种虚拟与真实结合的立体课堂教学模式，在教学实践过程中取得了良好的效果，是行之有效的。

【参考文献】

[1]李昀昭.基于虚拟仿真和触摸屏技术的PLC实验教学平台的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2014.

[2]华玉明.组态软件在PLC实验教学中的应用之探析[J].才智，2015（34）.