陳明忠 于淑萍

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 210015

MCGS在三菱PLC教學(xué)中的應(yīng)用

陳明忠 于淑萍

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 210015

為了解決三菱可編程控制器教學(xué)中的困難，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力與工程應(yīng)用能力，采用工業(yè)組態(tài)軟件（MCGS）仿真模擬控制器外圍驅(qū)動設(shè)備。通過用戶界面的組態(tài)與可編程控制器的控制連接，可方便直觀地顯示控制器程序運(yùn)行結(jié)果與控制過程狀態(tài)變化。該方法極大地降低了三菱可編程控制器對外圍實(shí)際設(shè)備的依賴，豐富了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果。

組態(tài)軟件；工業(yè)控制；可編程控制器；教學(xué)

可編程控制器（PLC）是綜合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型自動控制裝置，它具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程以及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為工業(yè)控制的核心。由于PLC在工業(yè)自動化中具有重要地位，因此許多高職高專院校都開設(shè)了可編程控制器應(yīng)用方面的課程。PLC控制應(yīng)用技術(shù)是實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門課程。在教學(xué)中不僅要進(jìn)行理論知識的學(xué)習(xí)，更重要的要通過實(shí)驗(yàn)上機(jī)練習(xí)，通過理論聯(lián)系實(shí)際使學(xué)生能最大限度地深入學(xué)習(xí)是該門課程教學(xué)中需要解決的問題。這需要在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備上進(jìn)行投入，尤其是需要購置大量的外設(shè)模擬設(shè)備和裝置。如果利用組態(tài)軟件來仿真模擬PLC的控制對象，則能解決缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)不足裝置購置困難的問題。利用計算機(jī)軟件模擬的低成本，設(shè)計多樣化的程序來增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，豐富了PLC實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果和學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對于提高學(xué)生的編程技巧和實(shí)際動手能力，加深對PLC工業(yè)控制過程的理解起到了積極的作用。

一、MCGS簡介

MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境2個部分（如圖1）。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。

圖1 組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)組成

MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）由組態(tài)環(huán)境和MCGS運(yùn)行環(huán)境2個系統(tǒng)組成（如圖2）。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。

圖2 組態(tài)軟件的功能與結(jié)構(gòu)

MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境,在運(yùn)行環(huán)境中完成對工程的控制工作。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn),已成功應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,組態(tài)軟件具有動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等強(qiáng)大功能,在自動控制中占據(jù)十分重要的位置,已逐漸成為工業(yè)自動化的核心。

二、MCGS與三菱PLC的重構(gòu)

可編程序控制器原理及其應(yīng)用課程是一門實(shí)用性、工程性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，必須壓縮理論教學(xué)課時，增加實(shí)驗(yàn)課時，強(qiáng)化實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。應(yīng)當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)和課程設(shè)計等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，整合資源形成強(qiáng)有力的教學(xué)工具，增強(qiáng)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力，倡導(dǎo)創(chuàng)造性思維。這就需要將組態(tài)軟件MCGS與課程有機(jī)結(jié)合起來，重新構(gòu)建學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)模塊。目前在我院PLC的教學(xué)實(shí)踐中，需要完成很多典型的編程訓(xùn)練。這些被控設(shè)備由于需要數(shù)量多、費(fèi)用高，很難按實(shí)際需要配置，上機(jī)試驗(yàn)通常采用教儀廠的模擬裝置（裝置掛箱）進(jìn)行操作。這樣做的缺點(diǎn)是操作連線復(fù)雜，學(xué)生難以理解，不利于學(xué)生對工業(yè)控制系統(tǒng)的整體把握和學(xué)習(xí)。因此，在三菱PLC教學(xué)實(shí)踐中，利用MCGS組態(tài)軟件技術(shù)設(shè)計開發(fā)PLC仿真教學(xué)平臺，將兩者有機(jī)結(jié)合，對教學(xué)手段和方法進(jìn)行重構(gòu)，可以達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果，同時還極大地節(jié)約了有限的教學(xué)經(jīng)費(fèi)。

1.教學(xué)工具重構(gòu)

試驗(yàn)室傳統(tǒng)教學(xué)演示設(shè)備對于學(xué)習(xí)PLC無疑是不可或缺的。教研室課程教學(xué)小組為促進(jìn)實(shí)踐性教學(xué)，維護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并自己根據(jù)教材和大綱設(shè)計了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)組態(tài)模塊。使用時可以任意組合控制組態(tài)界面，可實(shí)現(xiàn)多重工業(yè)控制，且操作簡單，利用效率很高，便于學(xué)生進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計性、綜合性實(shí)驗(yàn)。利用工控組態(tài)軟件來模擬現(xiàn)場調(diào)試、模擬諸如電鍍生產(chǎn)線、污水處理、交通燈等控制系統(tǒng)的運(yùn)行，對學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng),發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性及創(chuàng)造力,起到了重要的作用,得到了良好的教學(xué)效果。課程設(shè)計的課題來自于生產(chǎn)實(shí)踐與社會生活的各個方面。通過對一個具體的控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、模擬運(yùn)行等過程的訓(xùn)練,使學(xué)生親自體驗(yàn)設(shè)計的整個過程,培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力,增強(qiáng)了學(xué)生的工程應(yīng)用意識。

物理實(shí)體設(shè)備，能模擬現(xiàn)實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境與設(shè)備，提供一個與工業(yè)自動化環(huán)境相似的學(xué)習(xí)情境，對于PLC工業(yè)控制自動化的教學(xué)是必不可少的，在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中占有重要地位。在構(gòu)建教學(xué)工具體系中，它的地位處于基礎(chǔ)模塊。這個模塊的構(gòu)建和發(fā)展是開發(fā)其它模塊的基礎(chǔ)，雖然有了MCGS組態(tài)軟設(shè)備模塊，但這個模塊不僅不能否定，而且在條件和教學(xué)費(fèi)用允許的情況下，還應(yīng)該得到充實(shí)和擴(kuò)展。組態(tài)軟件教學(xué)工具模塊位于工具體系的上層，是基礎(chǔ)層的應(yīng)用和發(fā)展。利用組態(tài)軟件的功能，可開發(fā)出任意工業(yè)控制界面和控制裝置的設(shè)備庫。設(shè)備庫由教師按照教學(xué)大綱的要求和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)訓(xùn)計劃分別開發(fā)組合而成，與運(yùn)行環(huán)境一同構(gòu)成MCGS軟設(shè)備模塊。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)心理重構(gòu)

根據(jù)基于工作過程和工作任務(wù)為驅(qū)動的課程改革要求,我們需要創(chuàng)建一種有效的PLC工程教學(xué)情境,使師生之間的交流達(dá)到最優(yōu)化,而學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量也受到所用教學(xué)技術(shù)的積極影響。實(shí)驗(yàn)室教學(xué)情境的設(shè)計也應(yīng)該和課堂教學(xué)一樣嚴(yán)格,這一點(diǎn)尤其重要。這是因?yàn)榻淌业沫h(huán)境與實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境不同,學(xué)生的心理發(fā)生了變化而造成的。這種變化既有主觀原因,也有客觀原因。針對具體的教學(xué)情境,結(jié)合學(xué)生心理變化特點(diǎn),對其學(xué)習(xí)心理進(jìn)行分析和重構(gòu)。除了教學(xué)因素以外,實(shí)踐教學(xué)環(huán)境還要面對一些課堂教學(xué)中不存在的障礙。教師與學(xué)生所依賴的是具體物理設(shè)備和計算機(jī)軟件,實(shí)際設(shè)備操作時依賴于設(shè)備的工作狀態(tài)和具體操作方式,這些都會對學(xué)生的學(xué)習(xí)心理活動產(chǎn)生影響。比如設(shè)備外部顯示接線復(fù)雜,系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy,會對學(xué)生的心理預(yù)期產(chǎn)生干擾,使學(xué)生有挫折感和畏難感而削弱了教學(xué)效果。同時過于具體的操作過程容易掩蓋真實(shí)的工業(yè)自動化控制的應(yīng)用背景,使學(xué)生產(chǎn)生困惑感。

興趣是學(xué)習(xí)的動力，有了興趣才有求知的欲望，才會克服困難主動學(xué)習(xí)，向著即定的目標(biāo)做不懈的努力。學(xué)生在一開始接觸可編程控制器課程時，可先接觸那些模擬工業(yè)自動控制的教學(xué)設(shè)備，使學(xué)生認(rèn)識這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、原理和使用方法。接下來應(yīng)讓學(xué)生充分利用MCGS自動控制畫面直觀形象等特點(diǎn)，讓學(xué)生受到視覺沖擊。讓他們親自上機(jī)操作，以其新穎性、趣味性、真實(shí)性吸引學(xué)生，營造一個符合學(xué)生心理特點(diǎn)的教學(xué)環(huán)境。使學(xué)生對PLC的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣，并且有一種迫不及待地學(xué)習(xí)，急于想編制程序并看到程序輸出結(jié)果的欲望。這樣學(xué)生才會有成就感，同時獲得最大的心理滿足，不斷追求學(xué)習(xí)的層次和目標(biāo)。顏色鮮艷，畫面生動的組態(tài)界面，會讓學(xué)生身臨其境地感受到“所想即所成，所見即所得，所做即所現(xiàn)”的效果。對學(xué)生的認(rèn)知心理產(chǎn)生一個強(qiáng)化作用，這個作用會直接轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)動力。通過對教學(xué)組件工具模塊的合理配置和綜合使用，學(xué)生的學(xué)習(xí)心理就會得到重構(gòu)。其變化是克服了在實(shí)驗(yàn)室上課時散漫隨意的消極心理因素，而轉(zhuǎn)向認(rèn)真活躍求知的積極心理狀態(tài)。

三、實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計與實(shí)施

在講述PLC控制器編程指令時,先講幾條指令,然后引導(dǎo)學(xué)生用所講的指令,編幾個簡單的程序運(yùn)行，即完成幾個簡單小項(xiàng)目并且用組態(tài)軟件來現(xiàn)場模擬。然后,教師再提出幾個簡單項(xiàng)目的要求,鼓勵學(xué)生自己用已學(xué)過的指令,編控制程序來實(shí)現(xiàn)這些小項(xiàng)目。

在練習(xí)中，學(xué)生就會自然而然地掌握指令的應(yīng)用、編程方式、PLC與計算機(jī)之間程序的相互傳遞過程、程序調(diào)試方法等，避免了學(xué)生死記指令的枯燥學(xué)習(xí)過程。在教師引導(dǎo)編程和學(xué)生自己獨(dú)立編程的過程中，一次次創(chuàng)造學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，使其更渴望學(xué)習(xí)后面的指令，編制出功能更多，控制更復(fù)雜的程序，為后面課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。不斷地學(xué)習(xí)不斷地練習(xí)，既鞏固和提高了學(xué)生的理論水平又強(qiáng)化了學(xué)生的現(xiàn)場操作技能，實(shí)現(xiàn)理論與操作都得以提高。實(shí)施操作過程中把硬件模塊與MCGS軟組件模塊的應(yīng)用貫穿始終，而不用單獨(dú)地學(xué)習(xí)枯燥的硬件知識。

在項(xiàng)目教學(xué)工具的實(shí)施過程中，要注重兩方面的問題。一個是避免學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)精力過多地投在MCGS軟件本身上。軟件的使用開發(fā)對于學(xué)生來說是不要求的，防止增大學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。組態(tài)軟件僅提供一個模擬設(shè)備平臺，讓學(xué)生看到程序運(yùn)行的結(jié)果，感受工業(yè)自動化控制的效果。另一個是開發(fā)的組態(tài)軟件學(xué)習(xí)模塊呈現(xiàn)的層次結(jié)構(gòu)和使用的方式方法要有利于學(xué)習(xí)效率的提高，使學(xué)生的創(chuàng)造性、積極性得到好的發(fā)展。隨著邊講邊練式教學(xué)的進(jìn)行，控制指令逐漸為廣大學(xué)生所掌握。這時候就可以進(jìn)入實(shí)踐的提高階段，為學(xué)生提供一些稍具規(guī)模的綜合性項(xiàng)目。在這些項(xiàng)目的練習(xí)過程中，指導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)指令進(jìn)行比較歸納，從而總結(jié)出解決同類問題的最佳方案，以實(shí)現(xiàn)對知識的融會貫通。在教學(xué)過程中，學(xué)生由認(rèn)知到熟悉，從熟悉到理解，從理解到應(yīng)用，完全符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。不僅實(shí)現(xiàn)了教學(xué)大綱確定的目標(biāo)要求，而且培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。

四、實(shí)施效果與結(jié)論

組態(tài)軟件MCGS引入本學(xué)期三菱PLC教學(xué)實(shí)踐中近一個學(xué)期。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)和對考核表的分析，學(xué)生對可編程控制器課程的學(xué)習(xí)興趣有了明顯改變。實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的出勤率提高，學(xué)習(xí)過程中的態(tài)度變得更加積極主動，更愿意獨(dú)立地完成某一項(xiàng)目訓(xùn)練。更為重要的變化是，在教室的理論課堂上，學(xué)生也表現(xiàn)出了較好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。如課堂提問回答的準(zhǔn)確率提高，課后作業(yè)完成的質(zhì)量也有所提高。越來越多的學(xué)生開始認(rèn)識到PLC的專業(yè)知識和工業(yè)控制應(yīng)用離他們很近，而他們掌握這些知識和技能對他們來說是有益的。這就是說組態(tài)軟件的應(yīng)用，拉近了靜態(tài)課本知識與知識應(yīng)用的距離,使他們更加愿意學(xué)習(xí),愿意探索和創(chuàng)新。

專業(yè)課教師應(yīng)該有目的地完善組態(tài)軟件的設(shè)備模塊，不斷開發(fā)和優(yōu)化以MCGS為運(yùn)行平臺的教學(xué)工具，使其更好地應(yīng)用于三菱PLC的教學(xué)實(shí)踐中。也可吸收有興趣的學(xué)生參加組態(tài)軟件模塊的開發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生參加工程實(shí)踐活動，以期最大限度地提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力，為學(xué)生將來能夠立足社會、服務(wù)社會打下良好的基礎(chǔ)。

[1]王素紅.論高職高專教育中的實(shí)踐教學(xué)[J].法制與社會，2009，6：323

[2]王平安.談職業(yè)教育實(shí)踐教學(xué)的作用[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2009，9：13～16

[3]吳中俊，項(xiàng)倩文，吉敬華，等.運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)深化PLC課程改革[J].江蘇大學(xué)學(xué)報（高教研究版），2006，1：19～22

[4]陳娟.高職院校實(shí)踐教學(xué)探析[J].遼寧行政學(xué)院學(xué)報，2009，1：70～71

[5]李學(xué)書，何靜，牛麗麗，等.透視高職大學(xué)生心理素質(zhì)現(xiàn)狀及應(yīng)對措施研究[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，6：18～21

The using MCGS for mitsubishi PLC’ teaching

Chen Mingzhong, Yu Shuping
Nanjing institute of railway technology, Nanjing, 210015, China

In order to solution the difficulty in mitsubishi PLC teaching, promote the ability of p ractice innovation and engineering automation control project to students, this paper proposes the method that MCGS is used to simulated external equipment of the controller. The result of PLC program can be display view directly and indefinitely through MCGS configuration graphical user interface connect to PLC’s communicated connection.This method mostly reduces denpendce mitsubishi PLC to outside equipments.In additionally, students are attracted by the rich teaching materials and vivid means, effort has been achieved in teaching practice.

configuration software; industrial control; programmable controller; teaching

2009-10-21

陳明忠，碩士，工程師。于淑萍，碩士，副教授，動電學(xué)院院長。