将组态仿真技术应用于PLC教学中.docx
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将组态仿真技术应用于PLC教学中
将组态仿真技术应用于PLC教学中
[摘要]本文就PLC在中等职业学校教学中遇到的问题，提出了把组态仿真技术应用于PLC教学中，不仅能填补中专、中技PLC教学内容的空白，还能使职业教育与生产实践发展同步，同时又为PLC提供了一个多媒体教学平台。
[关键词]PLC PLC教学 组态技术 技能培养
可编程序控制器（ProgrammableLogicalController简称PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的。
它是集计算机技术、自动化控制技术、通讯技术为一体的新型自动控制装置。
由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，是现代工业自动化三大支柱之一。
随着技工教育的发展，为了适应PLC日益广泛的应用形势，近几年，许多技工学校都开设了PLC这门课程。
且在职业技能鉴定中可编程序控制器也成为指定的考核内容。
技工学校专业课程在理论要求方面不亚于大专院校，而技校层次的学生基础较薄弱，近几年生源素质不断下降，增加了技校教师的教学难度。
另一方面，在新技术的专业课教材使用方面，没有成熟、统一的技校配套教材。
如何在技工学校教好这门课程？
这是广大教师值得思考的一个问题。
由于学校前期缺乏实验设备，所以主要靠传统教学手段，引导学生按教师的思路接触问题的核心，由于学生的理论基础薄弱，无论我怎么努力，大部分学生还是对该课程提不起兴趣。
我深切感受到只有传统的教学是不够的，所以我努力从自身找原因，走下讲台，走进实验室，我们知道，学生在学习过程中遇到的困难，多数来自学生对客观现象缺乏实际感受，由于感性知识太少，很难从感性认识到抽象认识的飞跃。
PLC应用特点之一是逻辑性、抽象性强。
所以在后来的教学中我自己制作了示教板，为直观教学提供条件，从而增强了学生的感性认识，降低了学习的难度。
为了更好的适应学生的学习，调动他们学习的积极性，我尝试用项目教学法讲授一些新的课题，用FLASH软件制作多媒体课件，通过一个学期的努力，教学效果较以前有了很大提高。
经过几年教学，我发现学生在学完《电力拖动与控制线路》课程后，经过很短时间的学习就掌握了从电气原理图转换成PLC梯形图程序的过程,尤其是一些如“电动机双重联锁正反转”“星—三角降压启动”等简单的控制编程。
但对于如混合液体、车床运转、小车送料、机械手、电梯等略复杂的控制系统编程，时常是编写好程序后，自认为十分严密、完美，可到调试运行时，若出现问题，同样判断不出哪一段的逻辑运算出现错误。
因为我们用的大都是最普遍的方法，观察PLC输出、输入I／O灯和电脑显示屏上在线监控的梯形图继电器状态。
这对编程人员的抽象思维能力要求十分高，若多几个I／O点的程序就十分不易看得清楚，学生经常对程序运行后的I／O状态，摸不着头脑。
对一些复杂的程序无法验证，就意味着学生毕业无法走向生产第一线，无法实现零距离上岗的就业目标。
如何把抽象的梯形图逻辑运算与现实的设备运转动态有机联系在一起,以此培养学生的创新意识、创新精神,激发学生学习兴趣,调动学生学习的积极性、主动性、创造性，突出理论与实践相结合,培养出具有实践能力与创新精神的高技能型人才。
也是PLC编程实践教学中一个有待解决的问题。
经过一个阶段的艰苦努力，我发现把PLC与组态控制结合起来，组成组态系统，即组态技术应用于PLC，不仅能解决以上问题，还能填补中专、中技PLC教学内容的空白，使职业教育与生产实践发展同步，同时对培养高素质机电人才，高级电工和技师人才，提高人才培养档次起到积极作用。
组态系统是由装有组态
软件的计算机、PLC、输入开关设备（控制开关）、输出设备组成，如下图所示。
该系统是通过RS232／422适配器和电缆使组态软件与PLC直接进行通讯，使PLC程序的执行情况，实时、直观地在电脑画面上显示出来。
实物仿真示例如下:
组态软件目前使用的大部分有两种即MCGS和组态王。
MCGS即“监视与控制通用系统”,英文全称为MonitorandContralGeneraated System。
全中文工控组态软件MCGS是一套基于Windows平台，快速构成上位机监控系统的组态软件，可运行于MicrosoftWindows95\98\ME\NT\2000等操作系统，有宠大的标准的工业器件、设备、图形库，支持各类型PLC可编程器（单片机、智能仪表）等硬件设备。
更令人兴奋的是，MGCS全中文组态软件直接为PLC教学提供了不可多得的多媒体平台，其软件使用简单，操作方便，Windows图形功能完备，界面一次性好，它是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件。
可实现对PLC自动化设备运行状态进行监控、故障报警，数据记录。
运用PLC控制技术对设备工作程序进行编制和修改，对设备进行编程控制。
它功能强大，演示直观。
因为MCGS软件的演示版（不带加密狗），在接上PLC在线只能运行30分钟,所以现在教学中组态王软件比较常用。
组态王软件与MCGS软件具有相似的功能。
它的演示版软件（不带加密狗），在接上PLC在线运行2小时，正好满足教学的需要。
它由工程浏览器和画面运行系统两部分组成。
将所需监控的工艺流程模拟于开发平台上，并将各自属性进行设置，将其相应的数据进行动态连接，画面运行系统为在线监控环境，将工程浏览器中开发的监控画面与实时数据建立连接，并依据各自的数据进行动态交换，以显示现场的实时状况。
工程组态系统一般是先在工程浏览器设计制作完毕，然后在画面运行系统运行。
下面介绍PLC教学中典型示例的制作过程：
第一步，在工程浏览器中建立运料小车系统工程项目。
第二步，在画面开发界面的图库中调出按钮、开关、指示灯、电动机等素材组成运料小车系统的基本画面，再运用绘画工具修饰制作小车的剖开面效果。
第三步，在设备配置中定义三菱FX2N系列PLC的通信设置，具体内容见下图。
第四步，在数据库数据字典中定义I/O变量和中间变量。
例如PLC的输入变量X1的定义见下图。
第五步，在命令语言中定义运料小车系统启动、运行、停止时变量的状态。
第六步，返回画面开发界面，利用已定义的变量设定画面的动画连接。
填充动画效果，动画条件为小车往返运料。
最后一步，在画面运行系统试运行。
而对于一些复杂的控制还要了解C语言的 一般格式和运算符功能，掌握数据库处理数据的模式，例如：
反应罐混合液体控制系统,如果选择松下FP1机型。
在第五步，就要在命令语言中定义反应罐混合液体系统启动、运行、停止时变量的状态和一些运算关系。
具体内容为：
运行命令：
/*反应罐液位控制 */
if（X4==1）
{y1=1;}
if（y1==1||y2==1）
{ 反应罐液位=反应罐液位+2; }
if（y3==1）
{ 反应罐液位=反应罐液位-3; }
泵出液流=泵出液流+5;
ELSE
{ 泵出液流=0; }
if（泵出液流>70）
{ 泵出液流=0; }
if（反应罐液位>500）
{R1=1;}
ELSE
{R1=0;}
if（反应罐液位>250）
{R2=1;}
ELSE
{R2=0;}
if（反应罐液位>100）
{R3=1;}
ELSE
{R3=0;}
if（X4==1||R5==1）
{R8=0;}
/* 假设反应罐温度与反应罐液位的关系是：
*/
反应罐温度=Sqrt（反应罐液位）*6;
停止命令：
R1=0;
R2=0;
R3=0;
y1=0;
y2=0;
y3=0;
反应罐液位=0;
返回画面开发界面，设定画面的动画连接。
然后系统试运行。
组态制作通常是用问答式填表方法完成变量的设置，而所用的图形就直接从图库中调出即可，大大节省了编程开发的工作量，因为组态只有与PLC联机才能使用,所以要求教师不仅要熟练使用计算机，还要熟悉PLC的通讯与编程，若再有一点美术功底就更加完美。
本人深深体会到组态软件对PLC实践教学的帮助是十分之有效的。
时间也证明，只有通过PLC仿真项目方面的实训，让学生亲自编程、实际接线和仿真调试，并对运行过程中所遇到的问题进行分析和改进，才能真正培养学生的创新思维和综合职业能力，真正实现学生毕业后在PLC技术应用领域“零距离上岗”的最终教学目标。
所以这就要求我们专业教师不但要有较扎实的理论基础，而且必需具备相当强的实际动手、实践教学能力，如果专业教师不掌握当今社会所需的专业知识；并且是前沿的技术、先进的科技知识和技术应用，那么又如何锻炼和提高学生的实践动手能力呢？
因此，专业教师的业务素质、实践能力以及先进的教学理念，将直接影响教学质量的好坏，学生的实践动手能力的提高确是我们生存的依赖之一。
因此，对于我们专业教师来说，如何改进教学方法，以期最大程度地提高学生的实际分析、解决问题的能力，提高动手能力，使学生在在社会实际中能够找到自己的位置，能够适应、满足社会发展对专业人才的要求，让学生和家长满意，这才是学校的生命生存之本。
参考文献:
1、可编程序控制器极其网络系统的综合应用技术 机械工业出版社 李全利主编
2、小型可编程序控制器实用技术 高等教育出版社 王兆义主编
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