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【摘 要】PLC是一门理论性、趣味性及实践性都很强的课程，知识的巩固需要精讲多练，需要搭建良好的实训平台，开设与工况实际应用紧密结合的实训项目。当前，很多中职学校都开发或引进了PLC实训教学平台，但是学生学习效果并不明显，仍需专门设计一套有用、实用、够用的仿真教学软件，保证教学效果。
【关键词】中职PLC课程；仿真系统；教学软件设计
一、引言
可编程逻辑控制器（PLC）是中等职业学校机电类专业的一门核心课程。课程具有知识覆盖面广、技术更新发展快、与生产实际结合紧密等特点。而实际教学过程中，却因为实训工位、设备、资金等条件的限制，严重影响了PLC课程教学效果。为提高学生的学习兴趣和学习效果，培养学生编程和调试能力，设计一套较好展现工控现场效果、节约投入成本的中职学校PLC课程仿真教学软件具有广泛的实际应用意义。
二、软件设计要求
设计的PLC课程教学软件是一套仿真积件系统，由积件库和积件组合平台构成。积件库具有电、液、气等元器件，由各类控制对象等组成；积件组合平台则可用积件库中各类对象进行自由搭建，包括PLC的自由编程，并可对搭建成的项目完成实时运行、监测、故障设定和排除等操作。
1.主要功能
（1）可随意搭建
仿真积件系统可以随意搭建，不论元器件选型是否正确、不论链路是否正确，系统都会实现运行结果。对有对的结果、错有错的结果。
（2）可实时检测
对于所搭建的仿真积件系统，可以实时运行，并且可以使用各种仿真仪器仪表进行实时检测。软件根据各元器件参数特性、导线参数特性和管路连接关系进行实时计算。并且，根据计算结果实现可视化结果。
（3）PLC自由编程
软件提供PLC元器件仿真程序编辑器。在这些编辑器中，学生可以自由进行PLC程序的编制。软件灌入学生所编制的PLC程序后，将对这些PLC程序进行指令解析并且运行。PLC程序以可视化形式真实直观地表现对应用对象的控制。
2.技术规格
（1）界面
仿真教学软件界面的布局要符合视觉习惯，既不枯燥无味，又不能分散学生的注意力。并且页面的内容要清晰，呈现的信息量符合学生的认知能力，链接的外观明确，符合一般习惯。各网页间应保持统一的风格和操作界面，导航界面要做到直观，即使在没有指导和帮助的情况下，学生也能轻而易举地操作导航路径和使用其它功能。全部的页面都要标题，以确定当前的位置。同时，当前位置要很容易识别或者要时常能看到课程中的菜单条或者路径图。
（2）网站后台
仿真教学软件系统具有网站后台，供教师和网站管理员使用，网络管理员负责新用户的创建、权限的分配、网站栏目的调整，教师负责日常网站教学内容的制作和发布。软件采用模块化结构，能方便地对课程的内容进行扩展、功能进行升级。并且运行过程中，软件没有链接中断。管理员可以按照屏幕的指导或使用标准操作系统中控制面板的安装或卸载程序来卸载课程。软件应具有课程论坛，供教师与学生进行课余交流，并有用户登录功能。
三、教学软件设计
1.实训项目
结合一般中職学校PLC课程教学实践，设计软件课程内容。按照不同层次学生学习的需要，共设计以下16个PLC课程项目。
项目一电动机正、反转控制：任务一S7-200PLC硬件认识，任务二Step7 MicroWIN V4.0编程软件使用，任务三基本位逻辑指令，任务四电动机正、反转控制程序设计与调试；
项目二电动机Y-△减压起动控制：任务一经验设计法，任务二电动机Y-△减压起动控制程序设计与调试；
项目三单按钮启停控制电路：任务一边沿触发指令，任务二时序图绘制，任务三单按钮启停控制电路程序设计与调试；
项目四交通信号灯控制系统：任务一定时器指令，任务二计数器指令，任务三交通信号灯控制系统程序设计与调试；
项目五小车往返运行的自动控制：任务一顺序控制设计法，任务二顺序功能图，任务三使用起保停电路转换的顺序功能图，任务四小车往返运行的自动控制系统程序设计与调试；
项目六 三条运输带顺序启动自动控制系统：任务一选择序列的顺序功能图绘制， 任务二含有两步的小闭环的处理方法，任务三三条运输带顺序启动自动控制系统程序设计与调试；
项目七多种液体自动混合装置：任务一并行序列的顺序功能图的绘制，任务二复杂序列的顺序控制设计法，任务三多种液体自动混合装置程序设计与调试；
项目八电镀生产线：任务一程序的组成，任务二自动控制系统的工作方式，任务三电镀生产线控制系统程序设计与调试；
项目九气动系统的PLC控制：任务一气动系统基本组成，任务二常用气动元件认识，任务三气动回路认识，任务四气动系统的PLC控制；
项目十机械手自动控制系统：任务一常用传感器介绍，任务二机械手自控控制系统程序设计和调试；
项目十一S7-200与MM420变频器的通信：任务一MM420变频器与三相减速电机的连接，任务二MM420变频器BOP面板操作参数设置，任务三S7-200PLC与MM20变频器的通信；
项目十二 传送带自动控制系统；
项目十三天塔之光：任务一高级指令，任务二使用高级指令设计天塔之光；
项目十四多路抢答器：任务一中断指令，任务二使用中断指令设计多路抢答器；
项目十五 自动配料装置；
项目十六S7-200与触摸屏（步科MT4300C）的通信：任务一步科MT4300C触摸屏介绍，任务二MT4300C与PLC的通信。
2.软件编写
设计PLC课程仿真教学软件涵盖三菱、西门子和欧姆龙三个系列PLC，相应配套以上三个系列PLC部件的仿真程序编辑器。通过三维实体建模，完成主要场景，零部件和设备的模型制作，在三维的观察窗口中可通过平移、旋转、缩放从任意角度进行观察，展示PLC控制技术在实际工控条件下的应用状态，并能模拟仿真电气接线、气动回路连接以及仿真调试，从而使学生PLC控制技术相关操作内容有更为感性的认识。
采用顺序控制设计法实现功能图、程序网络以及动作现象的对应，以生动体现步转换实现的条件和结果。运用高级指令实现Flash动态演示字节中二进制数的移位、赋值等操作，使学生更容易掌握枯燥的数字逻辑关系；PLC安装环境及接线，PLC外围直流控制及负载线路的连接等信息，用flash动画演示，对应实现学生与软件系统进行交互操作；采用GX Develper编程软件编辑含功能指令的梯形图。
3.其他方面
此项PLC课程仿真教学软件中，还包含教案、教学录像、教学成果等内容。其中教学录像为理实一体化课程录像，以视频的形式呈现，数量为10-16课时；教学成果包括教师学生获奖情况、教学活动展示及学生作品等，以静态文字配插图的形式呈现，格式为word文档，并提供下载通道，便于教师和学生使用。
四、结束语
利用本文设计的PLC课程仿真教学软件演示功能，学生可以验证程序是否正确，以此进行程序修改、优化，直至达到预设效果。能够解决PLC课程编程枯燥，以及因编程或操作不当带来的安全问题。并且，软件的应用可确保足够的工位，使全体学生都有动手实践的机会，进行自主编程练习。同时，软件的控制系统简单可靠、经济使用、维护方便，方便更新和升级。下一步，将着手开发此项软件程序，使更多的中职学校从中收益。
参考文献：
[1]刘瑞妮. 利用仿真软件增强PLC教学的多媒体效果[J]. 科技信息. 2011（03）.
[2]吴启红.可编程序控制系统、设计技术（FX系列）[M].北京：机械工业出版社，2012版.
[3]王开，林静，叶石华. 虚拟仿真技术在PLC应用技术教学中的研究[J]. 信息技术. 2011（07）.
[4]高勤主编.电器及PLC控制技术[M]. 高等教育出版社， 2002.
[5]王正凤. 电子仿真软件协助电工电子教学的方法[J]. 科技致富向导 2013年33期.
[6]宋晓娜，高宁，张景荣. 组态软件与PLC结合实现仿真控制的实验研究[J]. 中国电力教育. 2011（09）.
【关键词】中职PLC课程；仿真系统；教学软件设计
一、引言
可编程逻辑控制器（PLC）是中等职业学校机电类专业的一门核心课程。课程具有知识覆盖面广、技术更新发展快、与生产实际结合紧密等特点。而实际教学过程中，却因为实训工位、设备、资金等条件的限制，严重影响了PLC课程教学效果。为提高学生的学习兴趣和学习效果，培养学生编程和调试能力，设计一套较好展现工控现场效果、节约投入成本的中职学校PLC课程仿真教学软件具有广泛的实际应用意义。
二、软件设计要求
设计的PLC课程教学软件是一套仿真积件系统，由积件库和积件组合平台构成。积件库具有电、液、气等元器件，由各类控制对象等组成；积件组合平台则可用积件库中各类对象进行自由搭建，包括PLC的自由编程，并可对搭建成的项目完成实时运行、监测、故障设定和排除等操作。
1.主要功能
（1）可随意搭建
仿真积件系统可以随意搭建，不论元器件选型是否正确、不论链路是否正确，系统都会实现运行结果。对有对的结果、错有错的结果。
（2）可实时检测
对于所搭建的仿真积件系统，可以实时运行，并且可以使用各种仿真仪器仪表进行实时检测。软件根据各元器件参数特性、导线参数特性和管路连接关系进行实时计算。并且，根据计算结果实现可视化结果。
（3）PLC自由编程
软件提供PLC元器件仿真程序编辑器。在这些编辑器中，学生可以自由进行PLC程序的编制。软件灌入学生所编制的PLC程序后，将对这些PLC程序进行指令解析并且运行。PLC程序以可视化形式真实直观地表现对应用对象的控制。
2.技术规格
（1）界面
仿真教学软件界面的布局要符合视觉习惯，既不枯燥无味，又不能分散学生的注意力。并且页面的内容要清晰，呈现的信息量符合学生的认知能力，链接的外观明确，符合一般习惯。各网页间应保持统一的风格和操作界面，导航界面要做到直观，即使在没有指导和帮助的情况下，学生也能轻而易举地操作导航路径和使用其它功能。全部的页面都要标题，以确定当前的位置。同时，当前位置要很容易识别或者要时常能看到课程中的菜单条或者路径图。
（2）网站后台
仿真教学软件系统具有网站后台，供教师和网站管理员使用，网络管理员负责新用户的创建、权限的分配、网站栏目的调整，教师负责日常网站教学内容的制作和发布。软件采用模块化结构，能方便地对课程的内容进行扩展、功能进行升级。并且运行过程中，软件没有链接中断。管理员可以按照屏幕的指导或使用标准操作系统中控制面板的安装或卸载程序来卸载课程。软件应具有课程论坛，供教师与学生进行课余交流，并有用户登录功能。
三、教学软件设计
1.实训项目
结合一般中職学校PLC课程教学实践，设计软件课程内容。按照不同层次学生学习的需要，共设计以下16个PLC课程项目。
项目一电动机正、反转控制：任务一S7-200PLC硬件认识，任务二Step7 MicroWIN V4.0编程软件使用，任务三基本位逻辑指令，任务四电动机正、反转控制程序设计与调试；
项目二电动机Y-△减压起动控制：任务一经验设计法，任务二电动机Y-△减压起动控制程序设计与调试；
项目三单按钮启停控制电路：任务一边沿触发指令，任务二时序图绘制，任务三单按钮启停控制电路程序设计与调试；
项目四交通信号灯控制系统：任务一定时器指令，任务二计数器指令，任务三交通信号灯控制系统程序设计与调试；
项目五小车往返运行的自动控制：任务一顺序控制设计法，任务二顺序功能图，任务三使用起保停电路转换的顺序功能图，任务四小车往返运行的自动控制系统程序设计与调试；
项目六 三条运输带顺序启动自动控制系统：任务一选择序列的顺序功能图绘制， 任务二含有两步的小闭环的处理方法，任务三三条运输带顺序启动自动控制系统程序设计与调试；
项目七多种液体自动混合装置：任务一并行序列的顺序功能图的绘制，任务二复杂序列的顺序控制设计法，任务三多种液体自动混合装置程序设计与调试；
项目八电镀生产线：任务一程序的组成，任务二自动控制系统的工作方式，任务三电镀生产线控制系统程序设计与调试；
项目九气动系统的PLC控制：任务一气动系统基本组成，任务二常用气动元件认识，任务三气动回路认识，任务四气动系统的PLC控制；
项目十机械手自动控制系统：任务一常用传感器介绍，任务二机械手自控控制系统程序设计和调试；
项目十一S7-200与MM420变频器的通信：任务一MM420变频器与三相减速电机的连接，任务二MM420变频器BOP面板操作参数设置，任务三S7-200PLC与MM20变频器的通信；
项目十二 传送带自动控制系统；
项目十三天塔之光：任务一高级指令，任务二使用高级指令设计天塔之光；
项目十四多路抢答器：任务一中断指令，任务二使用中断指令设计多路抢答器；
项目十五 自动配料装置；
项目十六S7-200与触摸屏（步科MT4300C）的通信：任务一步科MT4300C触摸屏介绍，任务二MT4300C与PLC的通信。
2.软件编写
设计PLC课程仿真教学软件涵盖三菱、西门子和欧姆龙三个系列PLC，相应配套以上三个系列PLC部件的仿真程序编辑器。通过三维实体建模，完成主要场景，零部件和设备的模型制作，在三维的观察窗口中可通过平移、旋转、缩放从任意角度进行观察，展示PLC控制技术在实际工控条件下的应用状态，并能模拟仿真电气接线、气动回路连接以及仿真调试，从而使学生PLC控制技术相关操作内容有更为感性的认识。
采用顺序控制设计法实现功能图、程序网络以及动作现象的对应，以生动体现步转换实现的条件和结果。运用高级指令实现Flash动态演示字节中二进制数的移位、赋值等操作，使学生更容易掌握枯燥的数字逻辑关系；PLC安装环境及接线，PLC外围直流控制及负载线路的连接等信息，用flash动画演示，对应实现学生与软件系统进行交互操作；采用GX Develper编程软件编辑含功能指令的梯形图。
3.其他方面
此项PLC课程仿真教学软件中，还包含教案、教学录像、教学成果等内容。其中教学录像为理实一体化课程录像，以视频的形式呈现，数量为10-16课时；教学成果包括教师学生获奖情况、教学活动展示及学生作品等，以静态文字配插图的形式呈现，格式为word文档，并提供下载通道，便于教师和学生使用。
四、结束语
利用本文设计的PLC课程仿真教学软件演示功能，学生可以验证程序是否正确，以此进行程序修改、优化，直至达到预设效果。能够解决PLC课程编程枯燥，以及因编程或操作不当带来的安全问题。并且，软件的应用可确保足够的工位，使全体学生都有动手实践的机会，进行自主编程练习。同时，软件的控制系统简单可靠、经济使用、维护方便，方便更新和升级。下一步，将着手开发此项软件程序，使更多的中职学校从中收益。
参考文献：
[1]刘瑞妮. 利用仿真软件增强PLC教学的多媒体效果[J]. 科技信息. 2011（03）.
[2]吴启红.可编程序控制系统、设计技术（FX系列）[M].北京：机械工业出版社，2012版.
[3]王开，林静，叶石华. 虚拟仿真技术在PLC应用技术教学中的研究[J]. 信息技术. 2011（07）.
[4]高勤主编.电器及PLC控制技术[M]. 高等教育出版社， 2002.
[5]王正凤. 电子仿真软件协助电工电子教学的方法[J]. 科技致富向导 2013年33期.
[6]宋晓娜，高宁，张景荣. 组态软件与PLC结合实现仿真控制的实验研究[J]. 中国电力教育. 2011（09）.