触摸屏仿真软件在高职PLC实践教学中的应用研究

张梅梅

摘 要：现阶段高职PLC课程的实践教学效果不甚理想，不利于技术型人才的培养，文章针对PLC教学实践中遇到的一些问题，提出了将触摸仿真软件引入到实践教学中，利用虚拟仿真的方式结合触摸屏技术，有效模拟PLC控制对象，通过触摸屏仿真显示PLC的自动过程。实践证明，这种方式便于操作和理解，同时还能达到激发学生学习兴趣、锻炼学生实际操作能力，以及降低实验开发成本的目的。

关键词：触摸屏；仿真软件；高职；PLC课程

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2018）05B-0055-02

可编程控制器（PLC）是自动化专业的必修课，涉及到通信技术、检测技术、控制技术、计算机技术以及电工电子等学科领域的知识，具有极强的专业性和实践性。由于PLC技术具有编程简单、抗干扰能力强、可靠性高、使用方便等优势，被广泛地应用于工业自动控制中。在这种背景下，企业对PLC设计及调试等方面的专业人才需求量逐渐增加。为此，各院校普遍开设了PLC课程，但由于PLC教学实验的相关设备不仅体积庞大且非常昂贵，导致许多高职院校的实验设备无法满足锻炼学生PLC实践能力的需求。为此，在PLC实践教学中，有必要搭建完善的PLC仿真实验平台，满足人才培养的需求。

一、 PLC课程的实践教学现状

（一）实验设备不足

PLC课程具有极强的实践性，主要在于培养学生的动手实践能力，需要大量与之相关的实验设备，但由于大部分院校的经费有限，PLC教学实验相关设备又非常昂贵，从而，导致许多与PLC相关的实验课程无法正常开设，部分实验仅能通过教师进行课堂演示，这样，使得学生的理论知识学习与实践教学严重脱离，学生动手能力较差，无法满足现代社会自动化企业人才岗位职能的需求。

（二）缺乏双师型教师

目前，高职院校的教师大多是学校毕业后直接入职从事专业课教学，虽然有着较高的理论研究水平，但是由于缺乏在企业的从业经历和实践教学经验，导致教师自身的实践能力和动手能力不足，对于学生的实践学习无法进行有效地指导，从而影响了教学实践活动的顺利开展。

二、 高职PLC实践教学中引入触摸屏仿真软件的思路和目標

触摸屏仿真软件是指连接功能模块、传感器、变频器、控制器及PLC等控制元件，通过触摸屏和计算机配合进行使用，通过电脑上安装触摸屏的应用软件来点击触摸屏上的指示、图片等，从而，完成与PLC设备同样的工作。该软件地使用代替了传统控制设备的控制按钮及指示灯的智能化操作，具有较强的可操作性。

（一）条件成熟，易于尝试

触摸屏软件集编程、在线模拟和错误检查等功能于一体，同时还提供了离线模拟、远程网络模式等，操作极为简便。PLC实践教学的核心内容就是编程、运行、调试，要验证程序是否正确，需要进行大量的实验来进行验证。为此，PLC实践教学中引入触摸屏仿真软件，学生可以及时有效地验证自己的程序，同时不用担心会损坏实验设备或出现设备故障等问题，这样，学生就可以放心大胆地编写程序，并且利用仿真软件在电脑上做大量的验证性实验。这样，让所有的学生都参与到了实践教学活动中，促使学生积极动脑、动口、动手，有效地提高了学生动手实践能力。

（二）配置方便，应用成本低

触摸屏作为一种集输入输出于一体的实验设备，将触摸屏和仿真软件引入到课堂与实践教学以后，能化解课堂传统实验设备时间与空间上的局限性，不需要通过按钮、指示灯等设备就能完成程序的运行、验证，而且在教学中的多个实验还能使用同一套设备来完成，设备集约化好。此外，采用这套系统以后，学生仅仅需要一台电脑就能完成所有工作，这有效地提高了学生处理问题能力及动手能力。

（三）与实际联系密切

目前，PLC技术和触摸屏技术在工业控制的各个领域中得到了广泛的应用，但由于在实际应用中的控制对象，一般都具有价格昂贵、体积大、维护困难、危险性强等特点，因此无法直接在课堂教学实践过程中进行操作，即使实验室配备了一些比较便宜、简单的设备，但由于其种类单一、功能不全，易于损害等问题，导致学生只能单纯地学习理论知识，理论教学与实践教学严重脱节，使得学生的学习效果大打折扣。而在PLC实践教学中引入触摸屏仿真软件，不仅能克服传统教学的缺点，而且增加了实验教学内容的丰富性，也大大增强了PLC实践教学的效果。

三、触摸屏仿真软件在高职PLC实践教学中的实例分析

（一） 搭建PLC仿真实验环境

目前，我国小型化PLC应用比较多的是三菱系列和西门子系列，其中三菱系列中的FX2N由于具有编程调试方便、功能指令丰富等方面的优势，在高校PLC实践教学中的应用较为广泛。为此，笔者以三菱的FX2N系列为例进行高职PLC实践教学探讨。

1.软件安装。

利用触摸屏仿真软件开展PLC实践教学，首先需要安装触摸屏和PLC相关仿真软件，如GX Developer软件用于PLC编程、调试和下载；GX Simulator软件用于PLC逻辑测试和仿真；GT desinger软件用于触摸屏界面设计；GT Simulator 软件用于触摸屏仿真等等，从而，搭建仿真实验环境。值得注意的是，在安装软件时，要先安装PLC编程软件和触摸屏设计软件，然后安装PLC和触摸屏的仿真软件，完成软件环境安装之后，即可开始进行仿真实验操作。

2.应用范围。

触摸屏仿真软件适合自动控制专业和数控专业的教学，能够满足专业课程实践教学中对PLC、数控机床电气控制与设计、数控系统调试、数控机床故障诊断等多方面实验的需求。它能够简便、安全、快捷地验证学生编写程序是否合理、是否具有实践性，同时学生能够清晰地观察到数控机床的实际运动情况及各个组成部件的连接情况，有效地弥补了当前高职院校实践教学中数控机床和PLC实验设备数量不足等问题。

（二）仿真实例分析

1.设计项目：仓库运料小车自动往返系统设计。

2.控制要求：A点为小车装料点，工作人员按下启动按钮SB1之后，小车开始前行至B点处，压合SQ1后停留5秒，仓库员卸料；在5秒之后，小车开始自动倒退，并返回A点，压合SQ2停留7秒，继续装料；在7秒之后，小车继续前行至B点后卸料。小车如此反复工作6次后，当压合SQ2时停止工作。当再次按下启动按钮SB1后，小车重复上述工作过程。

3.设计步骤：

（1）建立软件分配表。

首先，根据题目控制要求，建立软件分配表，如下表所示。

（2）利用GT desinger软件设计小车自动往返系统触摸屏界面。

点击运行GT desinger软件，选择MELSEC-FX PLC 类型后，根据题目要求设计触摸屏仿真界面，如下图所示。

在触摸屏仿真界面中，位开关控件表示小车启动按钮和前进/后退限位开关，主要用于控制输入单元；点动模拟按钮表示小车位开关的动作；使用指示灯表示小车前进、后退；symbol左右箭头表示小车运动方向；软件颜色变化表示按钮启动和断开状态；数据输入控件显示小车循环工作次数和装料、卸料时间，这样便于调试及实时修改。

（3）利用GX Developer软件进行PLC编程。

在实际工程中，主要通过梯形图和状态转移图来进行PLC编程，对于初学PLC编程的学生而言，状态转移图设计更为容易。学生只需要根据题目条件设计出各种状态及各个状态之间的转移条件，这些都能通过编写程序有效地解决问题，且调试与修改极为方便，这样便于初学者掌握。在这里，利用GX Developer软件进行PLC编程，得到状态转移流程图和状态转移设计图，为后续仿真调试奠定基础。

（4）仿真调试。

点击触摸屏仿真软件的联合模拟调试运行功能：接通左限位开关，按下启动按钮X0，小车前进指示灯亮，小车处于前进的状态；断开左限位开关，接通右限位开关，小车前进指示灯熄灭，小车处于停止状态，同时小车卸料定时器T1开始工作，在5秒之后，小车后退指示灯亮，小车处于后退状态；断开右限位开关，接通左限位开关，小车后退指示灯熄灭，小车循环计数器C0数值增加一，小车装料定时器T0开始工作，在7秒之后，小车装料结束，小车前进指示灯亮，小车进入下一轮的循环工作过程。当小车循环计数器CO的数值显示为6时，小车停止工作。

在调试运行过程中，学生可以根据步骤（3）得到的状态转移流程图和状态转移设计图，对当前状态进行实时监测，这样，可以及时发现运行不正常的程序段。

（三）实践教学效果

整个PLC编程、仿真、调试过程，学生仅需要一台电脑就能完成，大大节省了课堂教学时间，解决了PLC实践教学实验设备数量不足、经费不足等问题，让学生在安全的环境下进行实践操作，让实践操作变得更加方便、快捷。实践证明，在PLC实践教学中，运用触摸屏仿真软件，学生能够在有效指导下自主的完成PLC控制模拟过程，随着学生對仿真软件操作的熟练以及设计思路的开拓，学生的自主学习能力、创新能力和实践能力得到大幅度提升。

四、结束语

综上所述，触摸屏仿真软件在高职PLC实践教学中的应用，解决了传统实物仿真方法开设实验课所遇到的各种困难，不仅大大缩短了实验时间，提高了实验运行安全性，同时该方法增加了实验的多样性，充分调动了学生的主动性，加深了学生对PLC技术的理解和运用，对于提高PLC实践教学质量具有积极的促进作用。

参考文献：

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