陳明 馬善紅 婁海峰

【摘 要】針對(duì)高?？删幊炭刂破鲗?shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，本文提出了用虛擬技術(shù)用于可編程控制器教學(xué)的解決方案。實(shí)踐證明這個(gè)軟件對(duì)可編程控制器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是有不少幫助的，能夠提高學(xué)生的興趣，同時(shí)也提高了教學(xué)質(zhì)量，在學(xué)生中還是比較歡迎的。

【關(guān)鍵詞】PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué) ? ? 虛擬技術(shù) ? ? 應(yīng)用

一、虛擬PLC實(shí)驗(yàn)背景

編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC，是工業(yè)控制領(lǐng)域運(yùn)用的比較多的一種控制器件，從字面上講就是一種可以通過編程來實(shí)現(xiàn)控制的工業(yè)計(jì)算機(jī)，它完全符合常規(guī)計(jì)算機(jī)所具有的一些特征，所謂輸入輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器，控制器等等，它都有。

現(xiàn)在可編程控制器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是這樣一種模式，就是老師先在課堂上講解指令系統(tǒng)及其運(yùn)行原理，然后學(xué)生通過一些基礎(chǔ)性的非常簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)對(duì)知識(shí)進(jìn)行鞏固。

雖然現(xiàn)在國內(nèi)許多高校比較重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一塊，但學(xué)校在實(shí)踐教學(xué)這一方面的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上學(xué)生的需求，再加上目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器及其相關(guān)配件的速度在不斷加快，這就要求學(xué)校也要能跟上這個(gè)速度，而這恰恰是很多高校不能夠做到的，也沒有必要不斷更新自己的設(shè)備，造成巨大的浪費(fèi)。

為了解決這個(gè)問題，本文提出運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也就是常說的虛擬技術(shù)，模擬可編程控制器及其相關(guān)的設(shè)備，來解決學(xué)校資金不足的情況，同時(shí)能跟上時(shí)代的步伐，取代一些損耗性比較大，具有危險(xiǎn)性和一些破壞性的實(shí)驗(yàn)，從而不斷提高學(xué)生的職業(yè)技能水平。

二、虛擬技術(shù)的簡(jiǎn)介

虛擬技術(shù)在PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是建立在計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的深入發(fā)展以及硬件對(duì)其支撐的基礎(chǔ)上的，利用圖形引擎模擬現(xiàn)實(shí)生活中的一些場(chǎng)景，并通過高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)人與圖形之間的交互。

模擬現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的一些環(huán)境，就需要建模，建模就需要一些3DMAX、PRO/E等高級(jí)軟件。

3DMAX在渲染方面的效果比較好，PRO/E在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的效果比較好。

開發(fā)虛擬PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)需要開發(fā)人員根據(jù)不同設(shè)備在不同環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，完成旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等功能，這些方面的開發(fā)還是比較有難度的，而這些都影響著此款應(yīng)用軟件的開發(fā)效率。

圖形開發(fā)完成之后還需要跟編好的高級(jí)語言進(jìn)行對(duì)接，真正實(shí)現(xiàn)PLC的梯形圖控制圖形的運(yùn)動(dòng)變化，而這些都是圖形引擎的支撐下實(shí)現(xiàn)對(duì)三維圖形的各種變化顯示，要實(shí)現(xiàn)對(duì)三維圖形的顯示只要調(diào)用相應(yīng)的API接口就可以了，程序開發(fā)人員只要完成一些邏輯功能就可以了。

三、虛擬技術(shù)在可編程控制器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用

談到可編程控制器編程，就要涉及梯形圖和指令表的編程，因此本文在設(shè)計(jì)虛擬PLC系統(tǒng)的時(shí)候要把這兩個(gè)功能實(shí)現(xiàn)出來，也就是要考慮到梯形圖圖形編輯平臺(tái)的開發(fā)。圖形是開發(fā)出來了，下一步如何讓計(jì)算機(jī)知道哪個(gè)圖形代表什么意思。

因?yàn)橛?jì)算機(jī)對(duì)圖形無法識(shí)別，這時(shí)就需要圖形解釋程序，而要實(shí)現(xiàn)圖形的解釋就需要把圖形轉(zhuǎn)化枯燥的指令表。圖形轉(zhuǎn)化為指令表，需要比較復(fù)雜的算法，本文用AOV圖和二叉樹理論作為中間手段來實(shí)現(xiàn)圖像向指令表的轉(zhuǎn)化。

通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程序的解釋執(zhí)行是虛擬PLC和真正PLC之間的最大區(qū)別。這里就需要研究如何對(duì)指令表進(jìn)行解釋，使輸出結(jié)果不斷發(fā)生變化，從而比較直觀地看到三維圖形如何變化。

本文開發(fā)的流程是通過3DMAX三維制圖軟件制作出三維圖形，并對(duì)其周圍的環(huán)境進(jìn)行渲染，使其更符合真實(shí)環(huán)境，然后EON的插件導(dǎo)入到EON STUDIO中。

通過高級(jí)語言編程對(duì)其進(jìn)行對(duì)接從而實(shí)現(xiàn)虛擬PLC 技術(shù)，這就是這個(gè)軟件比較核心的東西了。虛擬PLC的功能設(shè)計(jì)如下：

四、總結(jié)

本文主要針對(duì)高校PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，為了提高教學(xué)質(zhì)量，提出了用虛擬技術(shù)用于可編程控制器教學(xué)的解決方案。

本校已經(jīng)在可編程控制器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了有效的嘗試，實(shí)踐證明這個(gè)軟件對(duì)可編程控制器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是有不少幫助的，能夠提高學(xué)生的興趣，同時(shí)也提高了教學(xué)質(zhì)量，在學(xué)生中還是比較歡迎的。

本文所提出的一套系統(tǒng)能夠讓學(xué)生融入設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的環(huán)境中，更加深了對(duì)某些知識(shí)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)還有低成本的優(yōu)勢(shì)，比較適宜推廣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]賈玉芬.“可編程控制器”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)考核方法研究[J].張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，22（2）：64-65.

[2]董增文，胡瑢華，劉國平.機(jī)電控制器類課程虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（8）：53-56.

[3]付賀檀.基于PLC助劑自動(dòng)配送控制系統(tǒng)[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2012.

[4]張代聰.基于OpenGL的交互式PLC虛擬仿真系統(tǒng) [D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2009.

[5]郭棟才，詹擁共，曠亞非，等.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（11）：141-143.

[6]陳波.基于虛擬仿真的PLC模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[7]李昀昭.基于虛擬仿真和觸摸屏技術(shù)的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的研究 [D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2014.

[8]羅玉元.基于虛擬仿真技術(shù)的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，31（10）：97-102.

[9]王寶林.基于組態(tài)軟件的中職PLC仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2013.

[10]張婕，李浙昆，吳濤.可編程控制器虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（9）：77-79.

[11]秦兵，何漢武，胡兆勇.可視化實(shí)驗(yàn)PLC試驗(yàn)系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代制造工程，2009，1（1）：131-135.

[12]吳小良，胡旭東，張建新.基于虛擬儀器的三相多功能電能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2012，46（8）：1478-1484.