新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 姜 坤

引言

PLC是可編程控制器的簡(jiǎn)稱，PLC技術(shù)是在繼電接觸器控制和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。由于它可以通過(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)程，且編程較為簡(jiǎn)單，所以目前PLC在工業(yè)控制中占據(jù)了主導(dǎo)地位，得到了非常廣泛的應(yīng)用。為適應(yīng)這種形勢(shì)需求，PLC技術(shù)已成為各類職業(yè)技術(shù)院校電子電氣專業(yè)的一門專業(yè)課，我院也不例外。PLC是我院電氣自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)的專業(yè)課之一，教材版本以學(xué)習(xí)三菱FX2N系列PLC的基本指令和應(yīng)用為主。

一、PLC課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.課程要求高，學(xué)生學(xué)習(xí)有困難。PLC課程具有信息量大、編程枯燥的特點(diǎn)。在PLC編程過(guò)程中學(xué)生要根據(jù)控制要求來(lái)確定控制方案，這就要求學(xué)生有一定的理論基礎(chǔ)和自主學(xué)習(xí)意識(shí)，因此導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)這門課有困難。

2.配套實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足，學(xué)生實(shí)踐不夠。一套PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備價(jià)格較高，而很多高職院校的資金又相對(duì)緊張，因此購(gòu)買的PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限，而且近年來(lái)相關(guān)專業(yè)招生人數(shù)激增，根本無(wú)法保證學(xué)生一人一套。其次只要是做硬件實(shí)訓(xùn)，肯定存在設(shè)備的故障損壞和材料的損耗，這一方面增加了維修維護(hù)成本，另一方面也降低了實(shí)訓(xùn)的開(kāi)出率。

3.實(shí)踐遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于理論學(xué)習(xí)，抑制學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。按照通常的教學(xué)過(guò)程，一般是任課教師按照教材的順序進(jìn)行教學(xué)，就是先將全部基本指令講解完畢，再講解PLC的編程方法，然后再讓學(xué)生去做實(shí)訓(xùn)，實(shí)踐遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于理論。以上問(wèn)題在現(xiàn)在的高職院校PLC教學(xué)中還是比較多見(jiàn)，針對(duì)這些問(wèn)題，筆者經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐和探索，認(rèn)為將PLC的仿真軟件應(yīng)用于PLC教學(xué)中是解決這些問(wèn)題的理想方案。

在這種情況下，如何尋找到PLC教學(xué)的突破口，提高教學(xué)質(zhì)量呢？通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和探索，筆者認(rèn)為利用PLC仿真學(xué)習(xí)軟件(該軟件名稱為FXTRN-BEG-C)，可以輕松有趣地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC，取得事半功倍的教學(xué)效果。FX-TRN-BEG-C是三菱電機(jī)最新推出的中文版教學(xué)軟件，它將虛擬舞臺(tái)和專家操作指導(dǎo)合成在一起，學(xué)習(xí)通用梯形圖邏輯編程。將該軟件安裝在學(xué)校多媒體教室的電腦上，學(xué)生上PLC實(shí)訓(xùn)課時(shí)只要到多媒體教室上機(jī)，就可以身臨其境地感受到PLC的無(wú)窮魅力了。

二、仿真軟件的作用

該軟件在教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面。

1.大量生動(dòng)的圖片，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC的興趣和熱情

教育心理學(xué)認(rèn)為，學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，是推動(dòng)學(xué)生努力學(xué)習(xí)的強(qiáng)大動(dòng)力。學(xué)生只有對(duì)PLC學(xué)習(xí)有了濃厚的興趣，才會(huì)有求知的欲望，才能勤于思考。該教學(xué)軟件一共分六個(gè)單元，分別是A～F。A是PLC簡(jiǎn)介單元，它用大量的圖片介紹了在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域以及日常生活中應(yīng)用PLC技術(shù)的許多實(shí)例，通過(guò)A單元的入門學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到PLC技術(shù)的實(shí)用性。PLC已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)角落，在提高我們的生活質(zhì)量方面扮演著很重要的角色，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC的興趣和熱情。這些生動(dòng)的圖片演示，比在教室里枯燥的講述有趣，學(xué)生更樂(lè)于接受。

2.專家指導(dǎo)式的編程提示，可突破學(xué)生學(xué)習(xí)PLC的難點(diǎn)

在PLC學(xué)習(xí)中，學(xué)會(huì)編程是重點(diǎn)，如何繪制梯形圖是難點(diǎn)。利用該軟件可以較容易突破難點(diǎn)，掌握重點(diǎn)。因?yàn)樵撥浖腂單元就是基本程序的學(xué)習(xí)單元，它主要介紹了基本輸入輸出程序、標(biāo)準(zhǔn)程序、控制優(yōu)化程序、輸入狀態(tài)讀取程序等等。在每一個(gè)程序的學(xué)習(xí)單元中，它都列出了詳細(xì)明了的操作步驟，一步一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)編制簡(jiǎn)單的梯形圖，以及進(jìn)行仿真運(yùn)行，使學(xué)生對(duì)基本程序的編程有初步的認(rèn)識(shí)。該軟件的C單元是輕松的練習(xí)單元，它詳細(xì)介紹了基本定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的編程要領(lǐng)，并介紹了應(yīng)用定時(shí)器和基本計(jì)數(shù)器來(lái)編程的兩個(gè)典型實(shí)例。通過(guò)這個(gè)單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)常用的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的編程有了基本的了解。在B、C兩個(gè)單元的基本編程訓(xùn)練中，它都采用了專家指導(dǎo)式的編程提示，為基礎(chǔ)較差的學(xué)生學(xué)習(xí)PLC提供了非常有用的幫助。通過(guò)這兩個(gè)單元基本編程的訓(xùn)練，學(xué)生能基本了解PLC編程的特點(diǎn)，對(duì)PLC的基本編程方法有了一定的認(rèn)識(shí)，突破了學(xué)習(xí)PLC的難點(diǎn)，為后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用題的編程學(xué)習(xí)打下較扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3.模擬場(chǎng)景中的仿真運(yùn)行，可幫助學(xué)生更好地理解PLC的工作原理

要讓學(xué)生對(duì)PLC的工作過(guò)程有全面的認(rèn)識(shí)和了解，除具備一定的編程能力，掌握基本的編程技巧外，還要讓學(xué)生按照實(shí)際的控制要求進(jìn)行仿真運(yùn)行和調(diào)試，從而找到程序中的不足和漏洞，進(jìn)行反復(fù)修改，達(dá)到優(yōu)化程序、熟悉編程的目的。而FX-TRN-BEG-C教學(xué)軟件就是這樣一個(gè)能提供各種控制要求、仿真運(yùn)行各種控制程序的教學(xué)平臺(tái)。它操作簡(jiǎn)單，利用3D虛擬空間設(shè)計(jì)，模擬出各種真實(shí)場(chǎng)景。例如，交通信號(hào)燈控制、正反轉(zhuǎn)控制、分揀和分配線控制、舞臺(tái)裝置控制、升降機(jī)控制等等，每一個(gè)場(chǎng)景都惟妙惟肖，圖文并茂。學(xué)生可以在任意一個(gè)場(chǎng)景中按照控制要求進(jìn)行編程，繪出梯形圖，并對(duì)PLC進(jìn)行仿真運(yùn)行操作，在仿真運(yùn)行中可以觀察運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，在運(yùn)行中還可以確認(rèn)各個(gè)元件與程序的狀態(tài)，適時(shí)監(jiān)控各個(gè)元件的工作過(guò)程。通過(guò)運(yùn)行監(jiān)控，學(xué)生更好地理解和掌握PLC各個(gè)元件的作用，鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)。

4.循序漸進(jìn)式的課程設(shè)置，科學(xué)合理，可以照顧到全體學(xué)生

教學(xué)是面向全體學(xué)生的。從心理學(xué)的角度來(lái)講，人的個(gè)性特征及心理傾向不盡相同，學(xué)生在智力上有差異，在觀察力、理解力、想象力、記憶力、模仿力、表達(dá)及思維能力方面有所不同。因此，在PLC教學(xué)中，筆者采用了“因人施教”的分層教學(xué)法。而PLC教學(xué)軟件就提供了一個(gè)分層教學(xué)的良好平臺(tái)。因?yàn)樵撥浖腄、E、F單元分別是初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)挑戰(zhàn)單元，每一單元均有6道設(shè)計(jì)題，難度不等，其中初級(jí)挑戰(zhàn)題難度較低，難度系數(shù)為1～2顆星；中級(jí)挑戰(zhàn)題的難度稍大，難度系數(shù)為2～3顆星；高級(jí)挑戰(zhàn)題的難度最大，難度系數(shù)為3～4顆星。在具體教學(xué)過(guò)程中，對(duì)程度較低的學(xué)生，采用“初級(jí)挑戰(zhàn)單元”中的部分內(nèi)容進(jìn)行訓(xùn)練。對(duì)程度較好的學(xué)生采用“中級(jí)挑戰(zhàn)單元”或“高級(jí)挑戰(zhàn)單元”中的部分內(nèi)容進(jìn)行訓(xùn)練。學(xué)生各取所需，各有所獲，這樣既提升了學(xué)生的自信心，又拓展了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。另外，對(duì)于較復(fù)雜的設(shè)計(jì)題，如自動(dòng)門操作控制、輸送帶控制等等，還可以采用讓學(xué)生分工合作的教學(xué)形式，將全班學(xué)生分成不同的小組，明確各小組的設(shè)計(jì)任務(wù)和目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。

三、仿真軟件應(yīng)用在PLC教學(xué)中取得的效果

1.提高了學(xué)生學(xué)習(xí)PLC課程的興趣

由于使用仿真軟件在計(jì)算機(jī)上就可以直觀生動(dòng)地顯示執(zhí)行程序結(jié)果，使抽象的程序得到了形象化的演示。而且學(xué)生對(duì)程序做的每一點(diǎn)改進(jìn)都能導(dǎo)致仿真結(jié)果的變更，這使得學(xué)生很有成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)參與意識(shí)。

2.培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)能力、解決問(wèn)題能力

當(dāng)學(xué)生掌握了基本的編程指令，具備一定的編程能力后，教師可運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，放手讓學(xué)生自己完成某一個(gè)明確的編程任務(wù)，讓學(xué)生自己去想方法、查指令、編程序，教師只是適時(shí)予以點(diǎn)撥，讓學(xué)生在仿真軟件的輔助下反復(fù)地查找程序漏洞、查看結(jié)果，反復(fù)修改、優(yōu)化程序，直至仿真的結(jié)果達(dá)到預(yù)期的任務(wù)目標(biāo)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問(wèn)題能力及編程能力可以得到很好的鍛煉與提高。

3.充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新思維

有了仿真軟件來(lái)驗(yàn)證程序，學(xué)生不再依賴教師的判定，教師主要起點(diǎn)撥、答疑作用。學(xué)生完全可以按照自己的思路進(jìn)行編程，然后驗(yàn)證正確與否，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。這樣也就最大限度地發(fā)揮了學(xué)生的主體性，使學(xué)生在主動(dòng)探索過(guò)程中真正理解PLC控制技術(shù)的知識(shí)，真正掌握根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)控制程序的方法，能最大限度地發(fā)揮學(xué)生的想象能力，學(xué)生的創(chuàng)造思維在完成任務(wù)的過(guò)程中得到了很好的培養(yǎng)，大大地提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

總之，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，用PLC仿真學(xué)習(xí)軟件進(jìn)行PLC輔助教學(xué)是可行的，能收到較好的教學(xué)效果。學(xué)生通過(guò)電腦上機(jī)，仿真實(shí)踐，可以更好地觀察和消化所學(xué)的理論知識(shí)，同時(shí)通過(guò)PLC仿真學(xué)習(xí)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，可以嘗試改變某些指令、程序，再觀察試驗(yàn)結(jié)果，立竿見(jiàn)影，能極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生體會(huì)到成功的快樂(lè)，有成就感，學(xué)習(xí)時(shí)興趣盎然，產(chǎn)生不斷深入學(xué)習(xí)PLC的動(dòng)力。在筆者所教授的學(xué)生當(dāng)中，就涌現(xiàn)了不少學(xué)習(xí)積極性高、編程能力強(qiáng)的尖子生，通過(guò)這些尖子生可帶動(dòng)班級(jí)同學(xué)共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。筆者所教授班級(jí)的大部分學(xué)生都具備了初步的編程能力，掌握了一定的編程技巧，取得了較為顯著的教學(xué)效果。

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