觸摸屏仿真軟件在高職PLC實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

張梅梅

摘 要：現(xiàn)階段高職PLC課程的實踐教學(xué)效果不甚理想，不利于技術(shù)型人才的培養(yǎng)，文章針對PLC教學(xué)實踐中遇到的一些問題，提出了將觸摸仿真軟件引入到實踐教學(xué)中，利用虛擬仿真的方式結(jié)合觸摸屏技術(shù)，有效模擬PLC控制對象，通過觸摸屏仿真顯示PLC的自動過程。實踐證明，這種方式便于操作和理解，同時還能達到激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣、鍛煉學(xué)生實際操作能力，以及降低實驗開發(fā)成本的目的。

關(guān)鍵詞：觸摸屏；仿真軟件；高職；PLC課程

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】B 【文章編號】1008-1216（2018）05B-0055-02

可編程控制器（PLC）是自動化專業(yè)的必修課，涉及到通信技術(shù)、檢測技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)以及電工電子等學(xué)科領(lǐng)域的知識，具有極強的專業(yè)性和實踐性。由于PLC技術(shù)具有編程簡單、抗干擾能力強、可靠性高、使用方便等優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動控制中。在這種背景下，企業(yè)對PLC設(shè)計及調(diào)試等方面的專業(yè)人才需求量逐漸增加。為此，各院校普遍開設(shè)了PLC課程，但由于PLC教學(xué)實驗的相關(guān)設(shè)備不僅體積龐大且非常昂貴，導(dǎo)致許多高職院校的實驗設(shè)備無法滿足鍛煉學(xué)生PLC實踐能力的需求。為此，在PLC實踐教學(xué)中，有必要搭建完善的PLC仿真實驗平臺，滿足人才培養(yǎng)的需求。

一、 PLC課程的實踐教學(xué)現(xiàn)狀

（一）實驗設(shè)備不足

PLC課程具有極強的實踐性，主要在于培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，需要大量與之相關(guān)的實驗設(shè)備，但由于大部分院校的經(jīng)費有限，PLC教學(xué)實驗相關(guān)設(shè)備又非常昂貴，從而，導(dǎo)致許多與PLC相關(guān)的實驗課程無法正常開設(shè)，部分實驗僅能通過教師進行課堂演示，這樣，使得學(xué)生的理論知識學(xué)習與實踐教學(xué)嚴重脫離，學(xué)生動手能力較差，無法滿足現(xiàn)代社會自動化企業(yè)人才崗位職能的需求。

（二）缺乏雙師型教師

目前，高職院校的教師大多是學(xué)校畢業(yè)后直接入職從事專業(yè)課教學(xué)，雖然有著較高的理論研究水平，但是由于缺乏在企業(yè)的從業(yè)經(jīng)歷和實踐教學(xué)經(jīng)驗，導(dǎo)致教師自身的實踐能力和動手能力不足，對于學(xué)生的實踐學(xué)習無法進行有效地指導(dǎo)，從而影響了教學(xué)實踐活動的順利開展。

二、 高職PLC實踐教學(xué)中引入觸摸屏仿真軟件的思路和目標

觸摸屏仿真軟件是指連接功能模塊、傳感器、變頻器、控制器及PLC等控制元件，通過觸摸屏和計算機配合進行使用，通過電腦上安裝觸摸屏的應(yīng)用軟件來點擊觸摸屏上的指示、圖片等，從而，完成與PLC設(shè)備同樣的工作。該軟件地使用代替了傳統(tǒng)控制設(shè)備的控制按鈕及指示燈的智能化操作，具有較強的可操作性。

（一）條件成熟，易于嘗試

觸摸屏軟件集編程、在線模擬和錯誤檢查等功能于一體，同時還提供了離線模擬、遠程網(wǎng)絡(luò)模式等，操作極為簡便。PLC實踐教學(xué)的核心內(nèi)容就是編程、運行、調(diào)試，要驗證程序是否正確，需要進行大量的實驗來進行驗證。為此，PLC實踐教學(xué)中引入觸摸屏仿真軟件，學(xué)生可以及時有效地驗證自己的程序，同時不用擔心會損壞實驗設(shè)備或出現(xiàn)設(shè)備故障等問題，這樣，學(xué)生就可以放心大膽地編寫程序，并且利用仿真軟件在電腦上做大量的驗證性實驗。這樣，讓所有的學(xué)生都參與到了實踐教學(xué)活動中，促使學(xué)生積極動腦、動口、動手，有效地提高了學(xué)生動手實踐能力。

（二）配置方便，應(yīng)用成本低

觸摸屏作為一種集輸入輸出于一體的實驗設(shè)備，將觸摸屏和仿真軟件引入到課堂與實踐教學(xué)以后，能化解課堂傳統(tǒng)實驗設(shè)備時間與空間上的局限性，不需要通過按鈕、指示燈等設(shè)備就能完成程序的運行、驗證，而且在教學(xué)中的多個實驗還能使用同一套設(shè)備來完成，設(shè)備集約化好。此外，采用這套系統(tǒng)以后，學(xué)生僅僅需要一臺電腦就能完成所有工作，這有效地提高了學(xué)生處理問題能力及動手能力。

（三）與實際聯(lián)系密切

目前，PLC技術(shù)和觸摸屏技術(shù)在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于在實際應(yīng)用中的控制對象，一般都具有價格昂貴、體積大、維護困難、危險性強等特點，因此無法直接在課堂教學(xué)實踐過程中進行操作，即使實驗室配備了一些比較便宜、簡單的設(shè)備，但由于其種類單一、功能不全，易于損害等問題，導(dǎo)致學(xué)生只能單純地學(xué)習理論知識，理論教學(xué)與實踐教學(xué)嚴重脫節(jié)，使得學(xué)生的學(xué)習效果大打折扣。而在PLC實踐教學(xué)中引入觸摸屏仿真軟件，不僅能克服傳統(tǒng)教學(xué)的缺點，而且增加了實驗教學(xué)內(nèi)容的豐富性，也大大增強了PLC實踐教學(xué)的效果。

三、觸摸屏仿真軟件在高職PLC實踐教學(xué)中的實例分析

（一） 搭建PLC仿真實驗環(huán)境

目前，我國小型化PLC應(yīng)用比較多的是三菱系列和西門子系列，其中三菱系列中的FX2N由于具有編程調(diào)試方便、功能指令豐富等方面的優(yōu)勢，在高校PLC實踐教學(xué)中的應(yīng)用較為廣泛。為此，筆者以三菱的FX2N系列為例進行高職PLC實踐教學(xué)探討。

1.軟件安裝。

利用觸摸屏仿真軟件開展PLC實踐教學(xué)，首先需要安裝觸摸屏和PLC相關(guān)仿真軟件，如GX Developer軟件用于PLC編程、調(diào)試和下載；GX Simulator軟件用于PLC邏輯測試和仿真；GT desinger軟件用于觸摸屏界面設(shè)計；GT Simulator 軟件用于觸摸屏仿真等等，從而，搭建仿真實驗環(huán)境。值得注意的是，在安裝軟件時，要先安裝PLC編程軟件和觸摸屏設(shè)計軟件，然后安裝PLC和觸摸屏的仿真軟件，完成軟件環(huán)境安裝之后，即可開始進行仿真實驗操作。

2.應(yīng)用范圍。

觸摸屏仿真軟件適合自動控制專業(yè)和數(shù)控專業(yè)的教學(xué)，能夠滿足專業(yè)課程實踐教學(xué)中對PLC、數(shù)控機床電氣控制與設(shè)計、數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試、數(shù)控機床故障診斷等多方面實驗的需求。它能夠簡便、安全、快捷地驗證學(xué)生編寫程序是否合理、是否具有實踐性，同時學(xué)生能夠清晰地觀察到數(shù)控機床的實際運動情況及各個組成部件的連接情況，有效地彌補了當前高職院校實踐教學(xué)中數(shù)控機床和PLC實驗設(shè)備數(shù)量不足等問題。

（二）仿真實例分析

1.設(shè)計項目：倉庫運料小車自動往返系統(tǒng)設(shè)計。

2.控制要求：A點為小車裝料點，工作人員按下啟動按鈕SB1之后，小車開始前行至B點處，壓合SQ1后停留5秒，倉庫員卸料；在5秒之后，小車開始自動倒退，并返回A點，壓合SQ2停留7秒，繼續(xù)裝料；在7秒之后，小車繼續(xù)前行至B點后卸料。小車如此反復(fù)工作6次后，當壓合SQ2時停止工作。當再次按下啟動按鈕SB1后，小車重復(fù)上述工作過程。

3.設(shè)計步驟：

（1）建立軟件分配表。

首先，根據(jù)題目控制要求，建立軟件分配表，如下表所示。

（2）利用GT desinger軟件設(shè)計小車自動往返系統(tǒng)觸摸屏界面。

點擊運行GT desinger軟件，選擇MELSEC-FX PLC 類型后，根據(jù)題目要求設(shè)計觸摸屏仿真界面，如下圖所示。

在觸摸屏仿真界面中，位開關(guān)控件表示小車啟動按鈕和前進/后退限位開關(guān)，主要用于控制輸入單元；點動模擬按鈕表示小車位開關(guān)的動作；使用指示燈表示小車前進、后退；symbol左右箭頭表示小車運動方向；軟件顏色變化表示按鈕啟動和斷開狀態(tài)；數(shù)據(jù)輸入控件顯示小車循環(huán)工作次數(shù)和裝料、卸料時間，這樣便于調(diào)試及實時修改。

（3）利用GX Developer軟件進行PLC編程。

在實際工程中，主要通過梯形圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來進行PLC編程，對于初學(xué)PLC編程的學(xué)生而言，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計更為容易。學(xué)生只需要根據(jù)題目條件設(shè)計出各種狀態(tài)及各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移條件，這些都能通過編寫程序有效地解決問題，且調(diào)試與修改極為方便，這樣便于初學(xué)者掌握。在這里，利用GX Developer軟件進行PLC編程，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移設(shè)計圖，為后續(xù)仿真調(diào)試奠定基礎(chǔ)。

（4）仿真調(diào)試。

點擊觸摸屏仿真軟件的聯(lián)合模擬調(diào)試運行功能：接通左限位開關(guān)，按下啟動按鈕X0，小車前進指示燈亮，小車處于前進的狀態(tài)；斷開左限位開關(guān)，接通右限位開關(guān)，小車前進指示燈熄滅，小車處于停止狀態(tài)，同時小車卸料定時器T1開始工作，在5秒之后，小車后退指示燈亮，小車處于后退狀態(tài)；斷開右限位開關(guān)，接通左限位開關(guān)，小車后退指示燈熄滅，小車循環(huán)計數(shù)器C0數(shù)值增加一，小車裝料定時器T0開始工作，在7秒之后，小車裝料結(jié)束，小車前進指示燈亮，小車進入下一輪的循環(huán)工作過程。當小車循環(huán)計數(shù)器CO的數(shù)值顯示為6時，小車停止工作。

在調(diào)試運行過程中，學(xué)生可以根據(jù)步驟（3）得到的狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移設(shè)計圖，對當前狀態(tài)進行實時監(jiān)測，這樣，可以及時發(fā)現(xiàn)運行不正常的程序段。

（三）實踐教學(xué)效果

整個PLC編程、仿真、調(diào)試過程，學(xué)生僅需要一臺電腦就能完成，大大節(jié)省了課堂教學(xué)時間，解決了PLC實踐教學(xué)實驗設(shè)備數(shù)量不足、經(jīng)費不足等問題，讓學(xué)生在安全的環(huán)境下進行實踐操作，讓實踐操作變得更加方便、快捷。實踐證明，在PLC實踐教學(xué)中，運用觸摸屏仿真軟件，學(xué)生能夠在有效指導(dǎo)下自主的完成PLC控制模擬過程，隨著學(xué)生對仿真軟件操作的熟練以及設(shè)計思路的開拓，學(xué)生的自主學(xué)習能力、創(chuàng)新能力和實踐能力得到大幅度提升。

四、結(jié)束語

綜上所述，觸摸屏仿真軟件在高職PLC實踐教學(xué)中的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)實物仿真方法開設(shè)實驗課所遇到的各種困難，不僅大大縮短了實驗時間，提高了實驗運行安全性，同時該方法增加了實驗的多樣性，充分調(diào)動了學(xué)生的主動性，加深了學(xué)生對PLC技術(shù)的理解和運用，對于提高PLC實踐教學(xué)質(zhì)量具有積極的促進作用。

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