張璐

摘要：《電氣控制及PLC應用》是中職電子電工類專業(yè)對口升學高考的必修課程。教材內(nèi)容包括理論型知識及軟件編程實操知識，若單純地采用傳統(tǒng)型課堂教學，較難將知識具象化，學生亦難以將程序?qū)碾姎鈩幼髀?lián)系起來。通過問卷調(diào)查與經(jīng)驗總結(jié)，迫切需要借助仿真軟件設計教學，輔助實訓課堂，實現(xiàn)理實一體化教學，鞏固PLC基本指令的應用，并讓學生對編程控制有一個全面且直觀的認識，而設計教學時，主要采用項目式教學法，運用仿真軟件結(jié)合實訓課堂讓學生通過完整的編程控制項目階段性的學習PLC可編程序控制的知識并掌握三菱PLC編程技能。

關(guān)鍵詞：PLC；仿真；中職電子

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2017）10-0121-02

1.FX-TRN可編程序控制器仿真學習軟件簡介

可編程序控制器FX-TRN仿真軟件系屬三菱電機公司版權(quán)所有，全稱為MELSOFT FX-TRAINER，是日本三菱電機公司為FX系列PLC產(chǎn)品專門設計的仿真模擬訓練軟件，該軟件有3D造型的實物模型，逼真有趣的聲、光多媒體效果，使學習者有如親臨現(xiàn)場操控各種自動控制設備的感受。

三菱FX2N系列PLC可用“FX-TRN-BEG-C”仿真軟件進行仿真編程和仿真運行，仿真軟件安裝成功后便在用戶的計算機中裝人了編程工具，一個虛擬PLC，模擬機器，輸入/輸出開關(guān)和指示燈。安裝過程簡單，界面色彩明亮，結(jié)合輸出指示燈、聲音、動畫以及程序的運行監(jiān)控過程，給用戶猶如現(xiàn)場實訓操作的真實體驗，而且整個仿真系統(tǒng)采用挑戰(zhàn)過關(guān)式，巧妙利用中職學生的闖關(guān)意識，依照模塊的難度系數(shù)，指引學習者依次編寫出越來越復雜的控制程序，逐步提升學生的專業(yè)技能。

“讓我們看一個順序動作的事例”——軟件通過車庫卷簾門自動升降的動畫，開啟軟件學習闖關(guān)的大門，吸引學習者進一步了解的好奇心，提高學習興趣。

2.可編程序控制器PLC簡介

可編程序控制器PLC是運用計算機技術(shù)的電氣自動控制設備。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/偷出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC的速度更快，可靠性能更高，靈活性更強，接線更加簡單，生產(chǎn)工藝更加方便，是隨著信息化發(fā)展的電氣控制的產(chǎn)物。三菱系列PLC應用于農(nóng)業(yè)/漁業(yè)、交通、食品工業(yè)、制造業(yè)、娛樂業(yè)、健康和醫(yī)療、建筑/環(huán)境等生活的各個方面，如自動裝配機、霓虹燈廣告、舞臺升降裝置、工廠分揀設備等等，在中國市場常見的有FX系列，A系列，Q系列等。

3.FX-TRN仿真軟件在學習三菱PLc仿真過程中的突出特點

1）科學的學習流程

仿真軟件有A-F共6個難度梯級模塊，A模塊介紹FX系列PLC并讓學習者首先熟悉軟件編程，B模塊讓學習者嘗試編寫基本輸入/輸出程序及互鎖程序等，依次往后加大挑戰(zhàn)難度，F(xiàn)模塊便是高級挑戰(zhàn)模塊，有舞臺裝置控制程序及部件分揀的控制程序等，逐步提高學習者的學習興趣，讓學生在心理和技能上平衡發(fā)展，穩(wěn)步提升。

2）演示與提示

選定一個模塊后打開，編輯區(qū)域在視野的中間偏左，控制面板在右手邊，方便操作鼠標的同時觀察操作動作，視野的上方是仿真場景區(qū)域，編寫的程序控制過程在該區(qū)域體現(xiàn)，而PLC內(nèi)部的指示燈依然可在編程區(qū)和控制面板中間顯示。編寫完成后，可通過“幫助”按鈕獲得答案，供學習者參考自行修改程序。另外界面的索引窗口，還可顯示練習指導和操作方法，引導學習者完成這個練習。

3）虛擬的工作場景

以D--初級模塊“交通燈的時間控制”為例，仿真場景區(qū)域就是一個交通燈，交通燈的三燈會根據(jù)學習者編寫的程序點亮，而物料分揀的模塊就會有傳送帶以及機器人機械臂夾取裝置，將真實的工作場景以三維動畫還原，使虛擬電氣動作更加清晰和直觀，亦便于學習者校核程序。

4）生動有趣

軟件兼具聲、光與動畫，活靈活現(xiàn)的呈現(xiàn)給學習者虛擬的仿真場景。例如，在某些特定的場景中，有機器人穿墻而出搬卸盒子內(nèi)盛滿的物料，十分有趣，給學習者奇妙的仿真體驗。

4.FX-TRN仿真軟件在教學設計中的應用

《電氣控制及PLC應用》是一門綜合性較強的課程，若采用傳統(tǒng)的教學方法或單純地使用多媒體教學，學生很難將實訓過程與理論知識聯(lián)系起來，授課過程中學生會感覺枯燥，難以集中精力，日積月累，學生會產(chǎn)生厭學情緒，因此在設計教學時，借助FX-TRN仿真軟件輔助教學，采用項目式教學法，引導學生完成PLC程序控制項目，學習PLC基本指令與編程要點。如，學習自鎖控制環(huán)節(jié)時，可用“客人呼叫系統(tǒng)”的項目：客人點動桌面按鈕，對應的指示燈常亮；學生通過PLC編寫程序控制該項目，掌握自鎖環(huán)節(jié)的功能及應用。學習定時器和計數(shù)器的應用時，用“交替亮燈計數(shù)”的項目：啟動按鈕，紅綠燈交替點亮各1s，自動重復5次，停止工作；通過該項目掌握定時器設定延時時間和計數(shù)器的應用等知識要點。

1）交通燈的時間控制

以交通燈的時間控制項目為例，首先給學生展示“基本輸入/輸出程序”模塊，明晰梯形圖與信號燈明滅過程之間的控制關(guān)系，接著，展示“基本定時器操作”模塊，讓學生掌握定時器延時的控制過程。最后，進入“交通燈的時間控制”模塊，控制交通燈使之在規(guī)定的時間間隔內(nèi)變換信號。仿真界面由六部分組成，索引窗口、3-D畫面仿真、操作面板、輸入輸出映像表、梯形圖程序區(qū)域、遠程控制。根據(jù)控制要求對應于控制面板中輸入輸出繼電器畫出I/O接線圖，如圖1所示：

而后，依次點擊“轉(zhuǎn)換”按鈕或者F4快捷鍵、“PLC寫人”按鈕，完成梯形圖的轉(zhuǎn)換和寫入后，便可運行程序，在仿真場景區(qū)域便能看到自己所編寫的程序的仿真效果，若要做細微改動或者校核程序，還可繼續(xù)編輯梯形圖，同時觀察仿真區(qū)域三燈的明滅情況，進一步將燈的明滅動作與PLC基本指令聯(lián)系起來。該模塊的學習過程中，學習者能夠鞏固PLC基本指令的應用，通過仿真虛擬出基本指令在實際應用中的功能，例如邏輯取指令“LD”、并聯(lián)常開觸點指令“OR”、串聯(lián)常閉觸點指令“ANI”、驅(qū)動指令“OUT”，還能夠觀察到定時器如“TO K30”延時3秒的延時效果，對學習者來說，仿真軟件還幫助提高了邏輯思維，加深了對PLC基本指令的理解。

2）部件分配

隨著生產(chǎn)設備的自動化，很多企業(yè)都采用輸送機進行自動分揀物品，以F-3模塊為例，學生以三維動畫模式直觀體驗到輸送帶根據(jù)部件大小分配特定數(shù)目的部件至物料盒，走向企業(yè)化、社會化、實踐化的電氣控制。

當按下操作面板上的PBl（x20）以后，機器人的供給指令（Y0）被置為ON，在機器人機械臂完成移動部件并返回出發(fā)點后供給指令（YO）被置OFF；當操作面板上的SWl（x24）被置為ON，傳送帶正轉(zhuǎn)，若SWl被置為OFF，傳送帶停止。在傳送帶上的部件大小被輸入傳感器上（x1），中（x2），下（x3）檢測出來并分別放到指定的盒子上面的傳送帶，當推動器上的傳感器檢測到部件（x10，X11，X12）被置為ON，傳送帶停止而且部件被推到盒子里。

學生依次了解必要的細節(jié)然后創(chuàng)建程序，并驗證操作項目，寫入PLC，通過3維動畫再次確認程序。利用PLC仿真軟件，學生可實時監(jiān)控運行中的程序，觀察程序?qū)碾姎鈩幼?，實時監(jiān)控單條支路程序，分解每一個電氣動作，將程序與電氣輸出動作聯(lián)系起來，幫助提高學習者的邏輯思維能力，3維聲光動畫很好的映射出PLC編程控制的特點及優(yōu)勢，避免課堂中教師的枯燥陳述，也將復雜的板書簡單化，將文字切換成動畫，輕松解決教學難題。甚至對于某一特定動作，教師可引導學生用特殊方法單獨控制，單獨觀察，進一步鞏固控制該特定動作的相關(guān)PLC指令。

打開操作面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)X24，傳送帶正轉(zhuǎn)，按下操作面板上的PBl（x20），機器人補給一個部件至傳送帶，每個部件根據(jù)大小停留在相應的推動器前，并被推到下方的盒子里。程序如圖4所示。

5.FX-TRN設計教學過程中的缺陷

設計教學時，F(xiàn)X-TRN的確有很多優(yōu)點，在學校場地、設備缺乏的情況下，學生無法直接操控升降機、舞臺設備、分揀裝置等，利用PLC仿真軟件較高效地解決了問題，但是仿真軟件畢竟不能完全還原企業(yè)中的電氣設備，也無法體現(xiàn)出現(xiàn)實中可能隨機出現(xiàn)的情況，學生無法真正地做到掌握實際操作情況，況且仿真軟件的虛擬模塊有限，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能受模塊的限制，學習者技能提高的空間條件有限。因此，仿真軟件FX-TRN僅僅只能作為教學工具輔助教學，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實訓在PLC實驗裝置上接線，通過校企合作，讓學生下廠實習，才能達到理實一體化的職教目的，提高學生的專業(yè)技能。