探討三菱PLC仿真軟件教學(xué)效果

朱峰剛，賈聃

（新疆工程學(xué)院，新疆烏魯木齊，830023）

1 當(dāng)前PLC實驗教學(xué)存在的問題

基于PLC實驗教學(xué)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前PLC課程實驗教學(xué)存在以下幾點問題：

（1）PLC實驗教學(xué)較為傳統(tǒng)，且只能進(jìn)行課內(nèi)基礎(chǔ)實驗教學(xué)。在實驗教學(xué)過程中，通常采用實驗箱方式進(jìn)行，導(dǎo)致學(xué)生對電器輸出控制信號認(rèn)識不足，控制程序執(zhí)行不完善。

（2）課內(nèi)基礎(chǔ)實驗教學(xué)存在不直觀的缺點，學(xué)生輸入并執(zhí)行程序后，只能觀察到二極管被點亮，不利于學(xué)生程序運行判斷能力的提升。

（3）PLC理論知識較為抽象，學(xué)生理解難度大，具體教學(xué)實踐存在學(xué)生鉆研不深入、知識理解不深刻等問題，無法達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果與教學(xué)目標(biāo)。

（4）實驗教學(xué)過程不靈活，且學(xué)生學(xué)習(xí)的PLC型號與實驗實際使用的PLC型號不同，不利于學(xué)生知識訓(xùn)練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

（5）PLC實訓(xùn)臺應(yīng)用不廣泛，且數(shù)量有限，無法保證實訓(xùn)課程的全面性和深入性，出現(xiàn)實訓(xùn)課程實施問題、書本知識固化問題、實訓(xùn)課程教學(xué)不精準(zhǔn)等問題。

2 仿真軟件教學(xué)優(yōu)勢分析

仿真軟件（Simulation Software）是專用于仿真的計算機軟件。仿真軟件在PLC課程中的應(yīng)用可以幫助學(xué)生更直觀、更全面地了解PLC理論知識和PLC指令系統(tǒng)，以提升學(xué)生獨立編程能力。同時，PLC課程注重對學(xué)生工程經(jīng)驗的培養(yǎng)，應(yīng)用仿真軟件開展PLC教學(xué)，可以通過梯形圖編輯、仿真控制，幫助學(xué)生提升問題分析能力和解決能力，最終實現(xiàn)學(xué)生技術(shù)能力及素養(yǎng)提升。具體而言，仿真軟件教學(xué)優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）具有較高的安全性。PLC實驗教學(xué)過程中，上電實訓(xùn)會用到較大電壓。若學(xué)生操作不規(guī)范，極易出現(xiàn)安全隱患。通過仿真軟件的應(yīng)用，學(xué)生可以對上電過程進(jìn)行模擬，在有效保障學(xué)生人身安全的基礎(chǔ)上，不斷提高學(xué)生操作的規(guī)范性和精準(zhǔn)性，有利于學(xué)生技術(shù)能力發(fā)展。

（2）具有較高的靈活性。PLC實驗教學(xué)實踐過程中會應(yīng)用到一些特殊設(shè)備，且這些設(shè)備的應(yīng)用具有較高要求。為保證實驗順利進(jìn)行，教師通常應(yīng)用固定化模塊和編程思維，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，不利于學(xué)生思維延伸和發(fā)展。通過仿真軟件的應(yīng)用，學(xué)生可以在軟件程序中對每個器件進(jìn)行調(diào)試，有效提高了實驗教學(xué)的靈活性，有利于學(xué)生在器件的靈活應(yīng)用中，全面理解和掌握PLC知識，并獲得技術(shù)能力提升。

（3）節(jié)約實驗教學(xué)成本。傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，實訓(xùn)臺的應(yīng)用需要購買相應(yīng)教學(xué)模塊，且應(yīng)及時維護和更換相應(yīng)器件，給院校帶來較大的實驗教學(xué)投入壓力。通過仿真軟件的應(yīng)用，可以實現(xiàn)學(xué)生自由編寫程序，在節(jié)約實驗教學(xué)成本的基礎(chǔ)上，滿足學(xué)生不同設(shè)備與功能編程需求。

（4）軟件功能豐富。仿真軟件界面功能豐富，在PLC實驗教學(xué)中的應(yīng)用，可以為學(xué)生提供實訓(xùn)室無法模擬的工作場景，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)針對性和全面性，幫助不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生開展有效學(xué)習(xí)。

3 三菱PLC仿真軟件教學(xué)案例

3.1 三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件介紹

三菱FX—TRN—BEG—C是針對PLC系列設(shè)計的仿真軟件，該軟件可以實現(xiàn)梯形圖繪制及梯形圖程序自動轉(zhuǎn)換。同時，三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件的使用門檻低，操作簡便，軟件圖像逼真，具備監(jiān)控功能，可以將梯形圖程序轉(zhuǎn)換后，模擬寫入到PLC主機，從而實現(xiàn)PLC控制現(xiàn)場設(shè)備的仿真運行。應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件，進(jìn)行梯形邏輯編程及虛擬制造單元實時控制，可以完成PLC仿真教學(xué)內(nèi)容。在此過程中，軟件用戶可以動態(tài)、實時了解設(shè)備運行情況，且可以通過模擬結(jié)果分析，找出完善編程的切入點，有利于不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)生選擇適宜的學(xué)習(xí)內(nèi)容，為學(xué)生編程及其他專業(yè)技術(shù)能力提升提供助力。

3.2 三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件教學(xué)舉例

為深化應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件開展PLC教學(xué)實踐活動，應(yīng)先明確仿真軟件應(yīng)用的切入點，具體有以下幾點：

第一，針對學(xué)生對PLC理論知識理解不透徹的問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件，通過實際操作練習(xí)學(xué)習(xí)和內(nèi)化PLC理論知識。需要注意的是，教師應(yīng)密切關(guān)注學(xué)生的實際操作情況，若存在操作偏差等問題，及時指導(dǎo)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行正確操作練習(xí)，以有效提高學(xué)生PLC理論知識能力和技術(shù)操作能力。

第二，針對教師布置的實踐任務(wù)問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件進(jìn)行實踐訓(xùn)練，并讓學(xué)生對實踐結(jié)果進(jìn)行思考，以提升學(xué)生實踐訓(xùn)練深度性，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的積極性。同時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生自由選擇實訓(xùn)練習(xí)，以幫助學(xué)生及時查缺補漏，完善自身知識體系。

第三，針對學(xué)生知識應(yīng)用能力培養(yǎng)問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件中，選擇典型程序進(jìn)行仿真訓(xùn)練，以強化學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，實現(xiàn)學(xué)生知識應(yīng)用能力提升。

第四，針對學(xué)生PLC編程思路問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件執(zhí)行實踐任務(wù)，并引導(dǎo)學(xué)生對實踐效果等進(jìn)行分析和探討，以進(jìn)一步優(yōu)化學(xué)生的編程思路，提升學(xué)生編程能力。

為有針對性的探索三菱PLC仿真教學(xué)效果，分別以電機正反轉(zhuǎn)、自動門控制系統(tǒng)設(shè)計為例進(jìn)行介紹。

（1）電機正反轉(zhuǎn)教學(xué)案例

應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件進(jìn)行電機正反轉(zhuǎn)教學(xué)，軟件控制要求如下：

第一，按動電機正轉(zhuǎn)按鈕，使電機正轉(zhuǎn)，同時正轉(zhuǎn)指示燈亮起；

第二，按動電機停止按鈕，使電機停止運行；

第三，按動電機反轉(zhuǎn)按鈕，使電機反轉(zhuǎn)，同時正指示燈燈亮起；

第四，按動電機停止按鈕，使電機停止運行。

為保證學(xué)會充分掌握課程知識，理解并內(nèi)化難點，教師應(yīng)在教學(xué)實踐中，應(yīng)用工程項目實踐教學(xué)法，將工程項目分成若干子系統(tǒng)，且保證各系統(tǒng)的難度逐層遞增，確保學(xué)生在完成工程項目任務(wù)中充分理解電機正反轉(zhuǎn)控制要求，并學(xué)會思考如何應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件解決此類問題。另外，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生有針對性的利用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件，對程序進(jìn)行編寫和結(jié)果演示，以達(dá)到控制要求。

梯形圖編寫：

應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件，在梯形圖編寫狀態(tài)下輸入程序并轉(zhuǎn)換，最后時限相應(yīng)控制功能，具體如圖1所示。

圖1 梯形圖編寫

仿真控制界面：三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件的控制界面主要包括現(xiàn)場仿真區(qū)、編程區(qū)、模擬控制室等。

通過實驗分析，學(xué)生理解并掌握了電動機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)相關(guān)知識，可以通過不停止的操作，直接實現(xiàn)點擊正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。這有效幫助學(xué)生明確了控制的重點與難點，進(jìn)一步提高了學(xué)生的知識理解能力和應(yīng)用能力。

（2）自動門控制系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)案例

應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件進(jìn)行自動門控制系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)，設(shè)計要求如下：

①當(dāng)汽車到達(dá)門前，門可以自動打開；

②當(dāng)汽車離開門，門可以自動關(guān)閉；

③當(dāng)上限為“開”的狀態(tài)時，門不會再打開；

④當(dāng)下限為“開”的狀態(tài)時，門不會再關(guān)閉；

⑤當(dāng)汽車行駛至檢測范圍內(nèi)，且汽車位置位于入口傳感器、出口傳感器相應(yīng)位置時，門不會再關(guān)閉；

⑥自動門中，蜂鳴器動作為拉響；

⑦當(dāng)汽車行駛至監(jiān)測范圍內(nèi)，且汽車位置位于入口傳感器、出口傳感器響應(yīng)位置時，燈亮起；

⑧可以實現(xiàn)門開關(guān)的手動控制。

梯形圖編寫：在梯形圖編輯狀態(tài)下，輸入相應(yīng)程序并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后寫入三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件中，實現(xiàn)控制功能，具體如圖2所示。

圖2 梯形圖編寫

仿真控制界面：三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件的仿真界面包括編程區(qū)、現(xiàn)場仿真區(qū)等；仿真動畫區(qū)域由位置傳感器、車、自動門等組成。應(yīng)用仿真軟件可以模擬汽車行駛到門入口、出口等位置的實時狀態(tài)，并通過相應(yīng)按鈕、指示燈操作，實現(xiàn)控制程序的啟動和應(yīng)用。

通過仿真實驗分析，學(xué)生理解并掌握了自動門控制設(shè)計相關(guān)知識，并通過不間斷的操作，實現(xiàn)自動門的控制，有效幫助了學(xué)生明確自動門設(shè)計及控制的重點與難點，為提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和思維能力奠定基礎(chǔ)。

3.3 三菱PLC仿真軟件教學(xué)效果

通過三菱PLC仿真軟件的應(yīng)用，有效提升了教學(xué)實效，對學(xué)生綜合能力發(fā)展起到推動作用，具體體現(xiàn)在以下幾點：

（1）明顯提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件過程中，學(xué)生可以根據(jù)軟件中的任務(wù)要求，對程序進(jìn)行自主編寫，并通過仿真實驗，驗證程序編寫的正確性和優(yōu)化切入點。若在程序編寫過程中遇到困難，學(xué)生可以查詢資料或向教師請教，在保證仿真實驗順利性的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，為學(xué)生知識能力和實踐能力發(fā)展提供助力。

（2）提升了實驗學(xué)習(xí)的安全性。傳統(tǒng)教學(xué)實踐中，教師需要在教學(xué)實踐開始前安排學(xué)生做好應(yīng)急保護，避免學(xué)生接錯線路，導(dǎo)致觸電等事故。應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件進(jìn)行實驗訓(xùn)練，無需應(yīng)用實訓(xùn)臺進(jìn)行實驗訓(xùn)練，在降低對實訓(xùn)臺配置要求的同時，有效保證了學(xué)生的安全。

（3）提高學(xué)習(xí)便利性，節(jié)約學(xué)習(xí)成本。應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件開展學(xué)習(xí)實踐活動，學(xué)生只需要通過電腦操作學(xué)習(xí)即可，有效提升了學(xué)習(xí)便利性，節(jié)約了實訓(xùn)臺等教育投入成本。

（4）提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。學(xué)生應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件進(jìn)行編程和實驗學(xué)習(xí)，無需插接線。同時，學(xué)生可以在軟件內(nèi)直接進(jìn)行程序操作，減少了設(shè)備接線的時間損耗，有效提升了學(xué)生的知識學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量。

（5）有利于提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。應(yīng)用三菱FX—TRN—BEG—C仿真軟件進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)，可以提高實驗學(xué)習(xí)的直觀性、全面性，有助于學(xué)生將理論知識內(nèi)化為實踐能力和職業(yè)技能，且在不同實驗流程嘗試中，學(xué)生的知識體系得到完善，創(chuàng)新思維能力得到提升。