金恬

摘要：文章主要依據(jù)本校PLC實驗室的一些實際情況，提出了采用觸摸屏仿真實驗來解決實驗室設備老舊，更新乏力的情況，以此來提高PLC的教學質量。

關鍵詞：觸摸屏；PLC；組態(tài)軟件

1 PLC實驗室的現(xiàn)狀

對于PLC這門課程而言，目前還有很多職業(yè)學校的任課教師上課手段都局限于板書和PPT。這樣的教學方式效率極其低下，對于學生和教師而言，教學過程也極其痛苦。之所以會造成這種狀況，主要有3個方面的原因。

1.1 學校經費不足

有的學校位于經濟欠發(fā)達地區(qū)，沒有足夠的辦學經費。還有一些學校經費比較充裕，但是職業(yè)類學校要建的實驗室很多，PLC實驗室沒有獲得足夠的資金投入。

1.2 實驗室維護力度不足

實驗室的設備需要定期維護，每個學校都有實驗室管理員來負責這件事。但實驗室管理員并沒有能力去修好這些設備，最終需要由廠家來負責售后。這樣就帶來一個問題，傳統(tǒng)的PLC實驗模塊很容易壞，廠家出于維護成本考慮不愿意頻繁上門服務，實驗室損壞得越來越厲害，最終導致無法正常教學。

1.3 實驗室里能做的實驗不能滿足教學需要

（1）實驗數(shù)量少，不能滿足教學需求。目前國內PLC實驗室主要以傳統(tǒng)的模塊為主，輔以PLC仿真軟件。不管PLC實驗模塊還是PLC仿真軟件都只能實現(xiàn)有限的幾個實驗，比較多的像天塔之光、交通燈控制、多級傳送帶控制之類。而職業(yè)類學校招生類別比較多，比方說五年制一貫制、三年制大專、本區(qū)招的中職生、跨地域聯(lián)合辦學的西藏班，青海班等等，使用的教材各不相同。實驗室里能做的實驗只有幾個，和教材上要做的實驗很難對上號。教師往往不是根據(jù)教學來安排實驗，而是根據(jù)實驗來安排教學，最終可以做的實驗寥寥無幾。

（2）實驗效果差，不能滿足教學需要。傳統(tǒng)的PLC實驗模塊不管模塊名字叫什么，都是一塊板上印個圖案，嵌入幾盞燈，用PLC來控制這幾盞燈的通斷，顯示效果很差。PLC仿真軟件用動畫來顯示PLC輸出結果，顯示效果要比用模塊好得多。但學生完全在電腦上操作，徹底脫離了PLC模塊及接線過程。學生在仿真軟件內部編程，編程界面和實際編程軟件有很大差異，編完也沒有相應的調試過程，這樣培養(yǎng)出來的學生缺乏實際操作能力，實驗效果也很差。

（3）實驗內容固化，沒有辦法根據(jù)教學實際進行調整，不能滿足教學需要。不管是傳統(tǒng)的模塊還是PLC仿真軟件，任課教師都沒有辦法根據(jù)教學需求，對其進行二次開發(fā)。

2 理想的PLC實驗室

作為一名PLC課程教師，需要的PLC實驗室應該具備以下幾個條件：（1）故障率要低，不能和PLC實驗模塊一樣容易損壞；（2）實驗內容要形象生動，要提升演示效果來提高對學生的吸引力；（3）實驗要貼近實際PLC操作環(huán)境，要讓學生上完課后能獨立完成編程調試操作；（4）實驗數(shù)量要豐富，越豐富越好，要能適應各種不同教材的實驗需要；（5）實驗內容要靈活可調整，最好能讓教師根據(jù)教學情況臨時修改實驗內容。

隨著技能大賽在全國范圍內如火如荼地開展，越來越多的教師接觸到了觸摸屏，開始學習使用觸摸屏。觸摸屏可以和PLC進行互動，用觸摸屏上的虛擬按鈕控制PLC，可以在觸摸屏上顯示PLC的輸出結果，還能在屏幕上顯示文字和動畫。

用PLC和觸摸屏建立一個理想的實驗室的可能在于：（1）故障率低，觸摸屏沒有實體按鈕，不容易壞；（2）實驗內容形象生動，觸摸屏上可以做動畫，動畫效果和制作投入的精力成正比；（3）實驗貼近實際PLC操作環(huán)境，學生編程采用最常用的編程軟件，可以靈活機動地采用實體元件和觸摸屏虛擬元件相結合的方式，讓學生熟悉輸入輸出端口的接線；（4）實驗數(shù)量夠豐富，想要做實驗只要去編寫對應的觸摸屏程序；（5）實驗內容靈活，根據(jù)教學情況臨時修改實驗內容只需對編觸摸屏程序稍作修改就行。因此，從這些方面看來還是很有希望能建立一個理想中的PLC實驗室的。

3 如何建立PLC仿真實驗室

要建立一個用觸摸屏進行仿真的PLC實驗室，可以分為5步去做。

3.1 確定硬件設施

整個系統(tǒng)需要一臺電腦、一塊觸摸屏、一個PLC，還有若干連接線。硬件設施方面電腦用了學校實驗室現(xiàn)有的設備。觸摸屏選用昆侖工控的TPC7062KX。TPC7062KX觸摸屏是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（ARMCPU，主頻400MHz）的高性能嵌入式一體化的MCGS觸摸屏。該產品設計采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800X480ppi）。淘寶售價450元，相信絕大多數(shù)學校都負擔得起。PLC選用了三菱公司的FX-3N，條件差一點的學校用FX-2N也可以。

3.2 編寫組態(tài)程序

MCGSE組態(tài)環(huán)境是觸摸屏對應的編程軟件。在編寫仿真程序時，主要著重于以下幾個方面。

（1）把觸摸屏當IPAD用?，F(xiàn)在國外一些學校用IPAD等電子設備來教學，這些電子設備的投入使用有效地提高了教學質量。其實從結構上講TPC7062KX觸摸屏和IPAD差不多，差別在于顯示效I網絡通信之類的細節(jié)問題。但只要設備的功能能滿足教學需求，完全可以用觸摸屏來替代IPAD。把學案搬到觸摸屏上，有助于增強學生互動。比如上課用PPT時經常遇到字太小，學生看不清的情況，有了觸摸屏，可以把很多文字性的東西做進仿真程序里面。當然觸摸屏最大的功能是仿真實驗，這是IPAD永遠也做不了的。

（2）將接線圖應用于仿真實驗程序。學生在課上認真地畫出來要花很長時間，不畫從教學角度來講有所缺失。所以可以折中一下，把接線圖上面除端口以外的部分都畫出來。而端口讓學生自由選擇，如選擇不合理右方界面會有對應提示。程序在后臺會自動和對應動畫相連接。很多論文中給出的仿真方案，I/O口都是固定的。在實際的教學中，就會造成全班學生編的程序都一樣。最后很多學生相互抄襲，讓教學效果大打折扣。endprint

（3）仿真界面，界面左上角是一個根據(jù)接線圖自動生成的I/O分配表，不用學生在紙上重復勞動，節(jié)約上課時間，在調試編程時也可以作為參考。界面右側是虛擬元件，只要在對應按鈕下面的下拉菜單中選擇需要的中間繼電器，并在PLC程序里面用該中間繼電器作為輸入，就可以用虛擬元件替代實體元件。按下虛擬元件的按鈕還可以直接驅動虛擬元件，方便程序調試。比如說按下光纖傳感器2的按鈕，就相當于虛擬光纖傳感器2提前檢測到信號。界面的左下角是動畫仿真，其中動畫關閉按鈕控制動畫仿真是否開啟。當有真實的實驗設施，但元器件不齊全時，可以將動畫關閉，將觸摸屏上的虛擬元件作為輔助，手動控制來實現(xiàn)實驗操作。如果什么都沒有，就將動畫打開，動畫會模擬真實系統(tǒng)的動作。

3.3 師資培訓

MCGSE組態(tài)軟件易學難精，所以對于這個實驗室的使用人員，就提出了兩個層次的要求。第一個層次是MCGSE組態(tài)軟件掌握到入門級別，能熟練運用工具箱里面提供的工具制作簡單的仿真程序，或對現(xiàn)有的程序進行簡單修改以適應教學需求；第二個層次是需要將MCGSE組態(tài)軟件掌握到專家級別，能深入掌握MCGSE組態(tài)軟件里面的腳本編程，熟練運用各種函數(shù)，快速繪制復雜圖形。第一個層次的教師可以利用實驗室進行日常教學，第二個層次的教師除了日常教學以外，還負責實驗開發(fā)、維護。這樣的分層有利于大規(guī)?？焖偻茝V，畢竟不是每個教師都有大量時間和精力花在研宄MCGSE組態(tài)環(huán)境上的。

3.4 學生培訓

這個系統(tǒng)對于學生來講，很容易就能掌握，上課時，學生在電腦上編程，然后把編好的程序寫入PLC，再把PLC和觸摸屏連上，就可以仿真實驗了。整個過程比起普通實驗板來講要簡單得多。對于學生培訓主要涉及兩個方面。一個方面是接線，就是把電腦與PLC斷開，再用數(shù)據(jù)線把觸摸屏和PLC連接起來。另一方面就是觸摸屏上仿真實驗界面的掌握。只要在界面上加上比較詳細的注釋，配合教師的講解，學生很快就能熟練掌握。

3.5 日常維護

從硬件角度來講，這個系統(tǒng)對維護的需求是很低的，實驗設備不容易損壞。但從軟件角度來講需要努力的部分還很多。MCGSE組態(tài)軟件開發(fā)出來的仿真實驗和教師平時用的PPT課件一樣，數(shù)量上越多越好，質量也需要精益求精。這當然不可能一蹴而就，需要不斷地編寫和改進，所以最好的解決方法就是和PPT課件一樣，建立一個網上資源共享的平臺，只有集眾人之力才能使這個系統(tǒng)邁向一個新的高度。

4 結語

用觸摸屏和PLC構成的仿真系統(tǒng)可以較好地應對現(xiàn)在PLC實驗室面臨的困境，在教學中能解決實驗設備不足的局P艮，不僅為PLC實驗室建設提供了一條新的途徑，而且大大提高了學生的學習興趣和效率。本文介紹的觸摸屏和PLC構成的仿真系統(tǒng)，目前還處于研究和應用的起步階段，隨著仿真實驗的豐富，這套系統(tǒng)的作用必將充分體現(xiàn)。

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