鄒歡 張雪萍 楊彥鑫 蘇紅梅 李裕 黃兆波

隨著高校素質(zhì)教育改革的深入進行，傳統(tǒng)的教學(xué)方法越來越不能適應(yīng)時代發(fā)展的要求，可編程控制器原理是電氣專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，如何幫助學(xué)生盡快的掌握電氣控制及可編程控制器原理的的相關(guān)理論知識，同時提高學(xué)生的實踐動手是能力，是該課程建設(shè)和改革的重點問題。而虛擬仿真技術(shù)是指20世紀40年代伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類試驗研究的新技術(shù)。通過仿真技術(shù)模擬實際的物理系統(tǒng)，如工業(yè)現(xiàn)場的各種設(shè)備和場景。學(xué)生能通過計算機顯示器認識形象生動的虛擬環(huán)境，熟悉理論過程，并能進行實驗操作，觀察實驗效果。

可編程控制器原理課程這門課程的學(xué)習(xí)不但需要系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)做基礎(chǔ)，更加需要充足的實踐操作。在教學(xué)過程中，將虛擬仿真技術(shù)跟課程教學(xué)結(jié)合起來，通過建立仿真模型和進行仿真實驗，能讓學(xué)生了解一般電氣自動化控制系統(tǒng)的組成和控制方法，將抽象的電氣設(shè)備及控制過程用虛擬仿真的形式在計算機上顯示出來，建立系統(tǒng)控制的概念。其次學(xué)生能綜合運用所學(xué)電氣工程專業(yè)相關(guān)理論知識，自己動手完成各個部件的動作控制流程，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際、綜合應(yīng)用知識的能力，更能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。因此，深入研究虛擬仿真技術(shù)在課程講授及實驗中的應(yīng)用優(yōu)勢，并將其應(yīng)用在教學(xué)中，在教學(xué)過程中，具有重要的意義。

一、可編程控制器原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）以理論設(shè)計為主

目前，可編程控制器原理課程仍以傳統(tǒng)的課堂講授為主，側(cè)重課堂理論講授，設(shè)計結(jié)果用仿真軟件在計算機上對部分內(nèi)容進行仿真。這種教學(xué)模式下，課程內(nèi)容偏理論化，缺乏培養(yǎng)學(xué)生實際崗位能力的硬件設(shè)施，沒有職場化的實戰(zhàn)環(huán)境，學(xué)生畢業(yè)后難以立馬適應(yīng)相關(guān)工作崗位要求。

（二）利用綜合實訓(xùn)考核裝備

利用由專業(yè)的教學(xué)儀器公司開發(fā)的綜合實訓(xùn)平臺，該實訓(xùn)平臺被控對象能夠利用真實的傳感器來控制被控對象。通過設(shè)備的拆解、安裝、試驗和調(diào)試，大大提高了學(xué)生的動手能力，學(xué)生參與積極性高。但是實踐操作時受到設(shè)備數(shù)量、品種、場地等方面的限制。同時，這種教學(xué)模式所需課時長、實驗耗材消耗大，綜合實訓(xùn)設(shè)備的購買、日常維護成本高。

二、可編程控制器原理課程虛擬仿真教學(xué)模式構(gòu)建

（一）虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)

目前，大部分學(xué)校由于設(shè)備的臺套數(shù)較少，使分組實驗的學(xué)生人數(shù)較多，每一組實驗控制程序的編寫、調(diào)試需要花費大量的時間，不能滿足實踐教學(xué)的需要，教學(xué)效果也不理想。實現(xiàn)虛擬實驗的仿真技術(shù)往往根據(jù)實驗對象和技術(shù)的不同而不同。引入虛擬仿真技術(shù)后，對于可編程控制器原理課程及虛擬實驗系統(tǒng)，我們主要采用了組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)。組態(tài)技術(shù)是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置、自動執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。組態(tài)軟件能利用系統(tǒng)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作構(gòu)成系統(tǒng)。組態(tài)軟件具有用戶可訂制的功能，能開發(fā)可編程控制器的控制對象;還具有強大的通訊和監(jiān)控功能;具有實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、功能多樣和運行可靠的特點。通過組態(tài)技術(shù)構(gòu)建的虛擬實驗平臺不僅能提供形象的被控對象，展示直觀的控制效果，而且具有良好的重用性和拓展性。

（二）教學(xué)模式改革

在進行實際操作前，學(xué)生根據(jù)裝配單元的控制要求，先完成控制程序的編寫。將編寫好的程序下載到PLC中運行，在計算機上觀察虛擬仿真模型的動作以驗證程序的正確性。在虛擬仿真場景中反復(fù)調(diào)試成功后，進入真實實訓(xùn)操作，大幅度提高了設(shè)備的有效利用率，解決了學(xué)校實驗、實訓(xùn)條件建設(shè)投入不足的問題。

三、虛擬仿真教學(xué)模式建設(shè)的思路

（一）構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)

為解決現(xiàn)代電氣控制技術(shù)實驗裝置成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、很難滿足學(xué)生課外自學(xué)需求的問題。我們利用組態(tài)軟件模擬可編程控制器控制對象，結(jié)合可編程控制器仿真軟件及NetToPLCsim軟件，。將設(shè)計的虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用于實際教學(xué)，虛擬系統(tǒng)無需實際物理控制對象便可實現(xiàn)對可編程控制器控制程序的調(diào)試和仿真運行，節(jié)約了設(shè)備成本，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了授課效果與實驗效果。

（二）教師運用現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)能力

目前虛擬仿真實訓(xùn)場景的設(shè)計、制作多由專業(yè)公司完成，與專業(yè)課教師在對接上還存在一些問題。教師缺乏設(shè)計、修改虛擬仿真場景的能力，項目固定化。因此，不斷提高教師將真實工作任務(wù)、場景轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容的能力，也是開展虛擬仿真教學(xué)的重要保障。

（三）學(xué)生自主開發(fā)虛擬仿真場景

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以促進教學(xué)方法的現(xiàn)代化和教學(xué)手段的多樣化，讓學(xué)生自主開發(fā)虛擬仿真場景，不但可以提高學(xué)生的查閱資料、三維建模、建立人機界面、編程調(diào)試的綜合能力，還可以快速的增加實訓(xùn)項目的數(shù)量。

四、結(jié)束語

綜上所述，通過引入虛擬仿真技術(shù)，操作虛擬的實驗對象，即可進行各種理論教學(xué)模擬和實驗，達到與操作真實的實驗被控對象相同的目的，解決學(xué)校實驗、實訓(xùn)條件建設(shè)投入不足的問題。同時，虛擬仿真開放性的特點，可隨時擴展工作場景資源庫，解決校內(nèi)實訓(xùn)設(shè)備落后于企業(yè)先進設(shè)備、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程缺乏對接的問題。