论文部分内容阅读
【摘要】《PLC技术及应用》是一门实践性很强的技术应用型课程，本课程教学的突出特征是理论教学与实践训练并重，而高职院校主要是培养应用型人才，对理论的要求是“适度、够用”，因此，在教学过程中，充分利用PLC编程软件和试验台，将理论教学的基础知识融合到完成驱动任务的技能训练当中，做到“教、学、做、导”一体化，以学和做为主，教和导为辅，把课堂还给学生，以学生为主，激发学生学习该门课的热情和主动性，培养学生独立分析问题、思考问题、解决问题的能力，培养学生的创新意识，并具备一定的工程应用能力。
【关键词】PLC技术 PLC软件 试验台 任务驱动
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）06-0229-02
可编程序控制器（PLC）原理及应用是自动化专业的一门实践性较强的专业课。PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置， 是现代工业自动化的四大支柱之首。本课程的目的是使学生掌握三菱PLC 仿真软件及其编程技术，通过相应的实训项目操作，能够熟练地进行系统配置、程序输入、显示、修改、测试、故障诊断和系统调试。课程对学生的专业理论知识的提高和实操能力的培养起着举足轻重的作用。以下将结合任务驱动教学的特点及其方法，分析PLC 课程教学[1]。
1.三菱PLC的编程软件——GX Developer
GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。由于运用了梯形图逻辑测试功能，使得该软件具有丰富的调试功能，能够更加简单的进行调试作业。因此，在对PLC外部接线熟悉的情况下，只是进行程序的编辑与调试，为了节省时间，提高学习效率，没有必要再和可编程控制器连接，三菱PLC的编程软件使同学们学习PLC更加便捷、快速。
利用三菱PLC仿真软件学习，需注意两点：1）仿真不能代替实际调试。虽然仿真软件能够模仿大多数指令的工作结果，但受软件的局限，有的指令不能完全模仿。而且，仿真结果会受到软件版本的影响；比如较早的版本，可能对有的指令就不能取得与PLC 一致的结果。还有扫描周期的影响，比如GX 仿真软件的扫描周期就固定为100ms，这样对于100ms 以下的时钟计数，当PLC 的扫描周期远小于100ms 时，仿真结果就可能会与PLC 的实际运行结果不一致。2）仿真软件仅是学习的辅助手段。用仿真软件学习，终究有纸上谈兵的感觉。所以，有机会应当用实际的PLC学习，或编写实际的应用程序，这样才能形成良好的思考习惯，做好实际应用。因为现场的情况，与试验的环境有区别，甚至有很大的区别。所以前面提到，仿真的“使用效果与实际工作经验很有关系”。学习、试验或工作中，通过两者的比对，总结出软件仿真与PLC 现场运行的异同，积累经验，则能够更好地使用仿真功能，减少现场调试时间[2]。
2.例说项目引领、任务驱动教学过程
一般说，任务驱动教学的实施过程可以分四个过程或阶段，它们是：任务提出、任务分析、完成任务（任务设计与制作）和交流、评价与总结[3]。由于任务的大小与复杂程度有很大差异，有的任务可以在一次课完成，有的需要一个阶段才能完成，每次课只能完成其中部分子任务，因此，在设定任务时，尽量做到一次课（可以是几节）完成一个任务。下面以《PLC技术及应用》教学过程中的项目二为例，详细说明基于PLC编程软件和试验台的教学过程的实施。
通过以上教学过程可以看出：将LD、LDI、OUT等基本指令的学习融合到三个任务中去。任务一为常用电路——起保停电路的编程，教师分析控制要求，分配I/O，画出PLC外部接线图，编制PLC程序，利用三菱PLC的编程软件编辑、调试和修改，然后根据外部接线图把按钮板和PLC输入端连接，把输出端接到继电器模块，再接到步进电机上，通过通信电缆把PLC程序从计算机传输到PLC，然后运行PLC，按外部按钮观察电机点动和连续运行的区别。从实际按钮调试来体会编程软件和实际操作的异同，总结积累经验。任务二和任务三由学生分组讨论完成，从而实现本次教学的能力目标：1）能够利用所学的基本指令编程实现简单的PLC控制；2）熟练使用手持编程器和编程软件进行程序的输入；3）能够识别PLC的外部结构；4）能够根据接线图进行PLC外部连线；知识目标：1）熟悉梯形图的特点和设计规则；2）掌握LD、LDI、OUT、AND、ANI、OR、ORI、SET、RST指令；3）掌握编程元件输入继电器（X）、输出继电器（Y）；素质目标：1）培养学生分析问题和解决问题及工程实践能力；2）培养学生基础编程和调试能力；3）培养学生知识创新和技术创新能力。
3.PLC软件与试验台在任务引领教学中的运用
《PLC技术及应用》这门课的基本指令和功能指令很多，如何有效的学习和掌握这些指令的用法，达到会用指令设计简单的PLC程序显得尤为重要。下面以电机循环计数正反转控制这个任务为例，来说明PLC软件与试验台的应用。
3.1提出任务
设计一个用PLC的基本逻辑指令来控制电动机循环正反转的控制系统，其控制要求如下：按下起动按钮SB1，电动机正转3S，停2S，反转3S，停2S，如此循环5个周期，然后自动停止；运行中，可按停止按钮SB2停止，热继电器FR动作也应停止。
3.2分析任务
3.2.1 知识链接
本次任务涉及的相关知识有：定时器（T），计数器（C），延时电路与计数电路。
图1 得电延时合电路
图2 计数器（C）电路
通过图1的得电延时电路和图2的计数器（C）电路来说明用法，用仿真软件中强制接通输入继电器的功能，很直观的看到定时器必须计时达到设定值，计时器（T）的常开触点才会闭合；强制接通计数器前面的输入继电器，然后再强制关，再强制开，反复开关，即可看到计数器（C）当前值在不停的计数，达到设定值，计数器触点就动作。通过仿真软件，同学们既可以加深对定时器（T），计数器（C）两个元件用法的理解，又温习了延时电路和计数电路，可谓事半功倍。
3.2.2 任务实施——I/O分配
分析上述控制要求可确定PLC需要3个输入点，2个输出点。
3.2.3 任务实施——硬件接线
图3 PLC外部接线图
3.2.4 任务实施——梯形图设计
编程软件编辑调试后，再根据外部接线图连接试验台PLC的外部连线并调试程序。
4.结论
教师示范一个任务的分析、PLC程序编制与调试，同学独立完成几个难度类似的任务，通过具体任务，在PLC软件在线调试中学习基本指令、功能指令的用法，再利用这些指令在软件中编制PLC程序，完成程序的模拟运行调试后，再下载到试验台PLC中进行外部连线进行驱动实际负载的调试，每个任务都如此进行，这样，学生不仅熟练掌握了编程软件，而且能熟练运用真实的PLC控制被控负载；当学生熟练PLC的外部接线并且弄清楚模拟软件和真实PLC的区别之后，若只是验证程序是否能够实现控制要求，就不必每次都进行真实PLC的外部连线，这样不仅可以提高学习PLC的效率和热情，也降低了实验室的成本。
参考文献：
[1]陈苏波等编著. 三菱PLC 快速入门与实例提高[M]. 人民邮电出版社，2008.8：98.
[2]李春华主编.职业技术教育自动化类课程教学法.国防工业出版社，2008.9：105-106.
[3]李志林. 基于PLC 仿真软件的PLC课程任务驱动教学法的探索，课程教育研究，2012.10：224-225.
【关键词】PLC技术 PLC软件 试验台 任务驱动
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）06-0229-02
可编程序控制器（PLC）原理及应用是自动化专业的一门实践性较强的专业课。PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置， 是现代工业自动化的四大支柱之首。本课程的目的是使学生掌握三菱PLC 仿真软件及其编程技术，通过相应的实训项目操作，能够熟练地进行系统配置、程序输入、显示、修改、测试、故障诊断和系统调试。课程对学生的专业理论知识的提高和实操能力的培养起着举足轻重的作用。以下将结合任务驱动教学的特点及其方法，分析PLC 课程教学[1]。
1.三菱PLC的编程软件——GX Developer
GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。由于运用了梯形图逻辑测试功能，使得该软件具有丰富的调试功能，能够更加简单的进行调试作业。因此，在对PLC外部接线熟悉的情况下，只是进行程序的编辑与调试，为了节省时间，提高学习效率，没有必要再和可编程控制器连接，三菱PLC的编程软件使同学们学习PLC更加便捷、快速。
利用三菱PLC仿真软件学习，需注意两点：1）仿真不能代替实际调试。虽然仿真软件能够模仿大多数指令的工作结果，但受软件的局限，有的指令不能完全模仿。而且，仿真结果会受到软件版本的影响；比如较早的版本，可能对有的指令就不能取得与PLC 一致的结果。还有扫描周期的影响，比如GX 仿真软件的扫描周期就固定为100ms，这样对于100ms 以下的时钟计数，当PLC 的扫描周期远小于100ms 时，仿真结果就可能会与PLC 的实际运行结果不一致。2）仿真软件仅是学习的辅助手段。用仿真软件学习，终究有纸上谈兵的感觉。所以，有机会应当用实际的PLC学习，或编写实际的应用程序，这样才能形成良好的思考习惯，做好实际应用。因为现场的情况，与试验的环境有区别，甚至有很大的区别。所以前面提到，仿真的“使用效果与实际工作经验很有关系”。学习、试验或工作中，通过两者的比对，总结出软件仿真与PLC 现场运行的异同，积累经验，则能够更好地使用仿真功能，减少现场调试时间[2]。
2.例说项目引领、任务驱动教学过程
一般说，任务驱动教学的实施过程可以分四个过程或阶段，它们是：任务提出、任务分析、完成任务（任务设计与制作）和交流、评价与总结[3]。由于任务的大小与复杂程度有很大差异，有的任务可以在一次课完成，有的需要一个阶段才能完成，每次课只能完成其中部分子任务，因此，在设定任务时，尽量做到一次课（可以是几节）完成一个任务。下面以《PLC技术及应用》教学过程中的项目二为例，详细说明基于PLC编程软件和试验台的教学过程的实施。
通过以上教学过程可以看出：将LD、LDI、OUT等基本指令的学习融合到三个任务中去。任务一为常用电路——起保停电路的编程，教师分析控制要求，分配I/O，画出PLC外部接线图，编制PLC程序，利用三菱PLC的编程软件编辑、调试和修改，然后根据外部接线图把按钮板和PLC输入端连接，把输出端接到继电器模块，再接到步进电机上，通过通信电缆把PLC程序从计算机传输到PLC，然后运行PLC，按外部按钮观察电机点动和连续运行的区别。从实际按钮调试来体会编程软件和实际操作的异同，总结积累经验。任务二和任务三由学生分组讨论完成，从而实现本次教学的能力目标：1）能够利用所学的基本指令编程实现简单的PLC控制；2）熟练使用手持编程器和编程软件进行程序的输入；3）能够识别PLC的外部结构；4）能够根据接线图进行PLC外部连线；知识目标：1）熟悉梯形图的特点和设计规则；2）掌握LD、LDI、OUT、AND、ANI、OR、ORI、SET、RST指令；3）掌握编程元件输入继电器（X）、输出继电器（Y）；素质目标：1）培养学生分析问题和解决问题及工程实践能力；2）培养学生基础编程和调试能力；3）培养学生知识创新和技术创新能力。
3.PLC软件与试验台在任务引领教学中的运用
《PLC技术及应用》这门课的基本指令和功能指令很多，如何有效的学习和掌握这些指令的用法，达到会用指令设计简单的PLC程序显得尤为重要。下面以电机循环计数正反转控制这个任务为例，来说明PLC软件与试验台的应用。
3.1提出任务
设计一个用PLC的基本逻辑指令来控制电动机循环正反转的控制系统，其控制要求如下：按下起动按钮SB1，电动机正转3S，停2S，反转3S，停2S，如此循环5个周期，然后自动停止；运行中，可按停止按钮SB2停止，热继电器FR动作也应停止。
3.2分析任务
3.2.1 知识链接
本次任务涉及的相关知识有：定时器（T），计数器（C），延时电路与计数电路。
图1 得电延时合电路
图2 计数器（C）电路
通过图1的得电延时电路和图2的计数器（C）电路来说明用法，用仿真软件中强制接通输入继电器的功能，很直观的看到定时器必须计时达到设定值，计时器（T）的常开触点才会闭合；强制接通计数器前面的输入继电器，然后再强制关，再强制开，反复开关，即可看到计数器（C）当前值在不停的计数，达到设定值，计数器触点就动作。通过仿真软件，同学们既可以加深对定时器（T），计数器（C）两个元件用法的理解，又温习了延时电路和计数电路，可谓事半功倍。
3.2.2 任务实施——I/O分配
分析上述控制要求可确定PLC需要3个输入点，2个输出点。
3.2.3 任务实施——硬件接线
图3 PLC外部接线图
3.2.4 任务实施——梯形图设计
编程软件编辑调试后，再根据外部接线图连接试验台PLC的外部连线并调试程序。
4.结论
教师示范一个任务的分析、PLC程序编制与调试，同学独立完成几个难度类似的任务，通过具体任务，在PLC软件在线调试中学习基本指令、功能指令的用法，再利用这些指令在软件中编制PLC程序，完成程序的模拟运行调试后，再下载到试验台PLC中进行外部连线进行驱动实际负载的调试，每个任务都如此进行，这样，学生不仅熟练掌握了编程软件，而且能熟练运用真实的PLC控制被控负载；当学生熟练PLC的外部接线并且弄清楚模拟软件和真实PLC的区别之后，若只是验证程序是否能够实现控制要求，就不必每次都进行真实PLC的外部连线，这样不仅可以提高学习PLC的效率和热情，也降低了实验室的成本。
参考文献：
[1]陈苏波等编著. 三菱PLC 快速入门与实例提高[M]. 人民邮电出版社，2008.8：98.
[2]李春华主编.职业技术教育自动化类课程教学法.国防工业出版社，2008.9：105-106.
[3]李志林. 基于PLC 仿真软件的PLC课程任务驱动教学法的探索，课程教育研究，2012.10：224-225.