林雪冬　孫建

摘 ? 要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的不斷發(fā)展與融合，傳統(tǒng)教學(xué)手段已無法引起學(xué)生的興趣和關(guān)注，難以實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果。教學(xué)改革實(shí)踐中借助虛擬仿真技術(shù)使抽象的電氣控制原理圖“動起來”，生動具體的展現(xiàn)電氣控制過程與電氣元件的響應(yīng)情況;同時(shí)，探索PLC-電氣控制仿真與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方法，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果的目的。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù) ?電氣控制與PLC ?教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0236-03

PLC（可編程控制器）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，因其具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、高實(shí)時(shí)性，操作簡單以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試方便等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在冶金、化工、交通、電力等多個(gè)領(lǐng)域[1]。可以說，現(xiàn)代工業(yè)控制離不開PLC，現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展需要大量具有PLC設(shè)計(jì)與調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的高技術(shù)技能人才。

1 ?電氣控制與PLC課程教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)代高職教育不僅要培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)豐富的專業(yè)知識、較強(qiáng)的實(shí)際動手操作，還必須具有一定的創(chuàng)新能力，而這些能力大多需要通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)（實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)）來獲得。以電氣控制與PLC課程為例，這是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的機(jī)電類專業(yè)課，提高課程教學(xué)效果的有效途徑是采取理實(shí)一體化的教學(xué)模式。但目前該門課程的教學(xué)（尤其實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)）存在著以下問題[1-3]。

（1）教學(xué)內(nèi)容抽象。由于教學(xué)內(nèi)容大多為電氣電路控制或PLC程序指令，學(xué)生難以弄清楚相關(guān)的工作原理和工作過程;（2）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件欠缺。高職院校在實(shí)驗(yàn)室建立真實(shí)的被控對象實(shí)驗(yàn)裝置難度較大，而現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)困難，功能也很難與時(shí)俱進(jìn)，無法滿足多樣化教學(xué)需求。且隨著高校擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)增加，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件難以跟上，不少學(xué)生得不到真正的動手機(jī)會，學(xué)習(xí)效果較差;（3）學(xué)生存在心理障礙。由于害怕?lián)p壞實(shí)訓(xùn)設(shè)備，學(xué)生不敢大膽動手操作，勢必影響實(shí)訓(xùn)效果;（4）學(xué)生難以接觸到工程實(shí)際案例，難以培養(yǎng)其解決工程實(shí)際問題的能力。

為此，電氣控制與PLC課程的教學(xué)改革重點(diǎn)在于借助虛擬仿真技術(shù)，對電氣控制、PLC程序進(jìn)行模擬仿真，通過形象、生動、具體的模擬情景、響應(yīng)過程，動態(tài)地學(xué)習(xí)并理解電氣電路控制原理與PLC程序控制。并且，在仿真的基礎(chǔ)上完成傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的接線調(diào)試，實(shí)現(xiàn)理虛實(shí)一體化教學(xué)。這種模式將能夠克服實(shí)訓(xùn)條件不足的瓶頸，也能極大的促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，對具體的工程實(shí)際案例，也可在仿真平臺上實(shí)施電路搭建以及PLC程序功能的實(shí)現(xiàn)。

2 ?虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用

2.1 電氣控制電路虛擬仿真

在學(xué)習(xí)電氣控制與PLC課程時(shí)，一般先要了解常用的低壓電器，這里面主要讓學(xué)生弄懂繼電器、接觸器的工作原理，然后則是學(xué)習(xí)基本的電氣控制電路及原理，如自鎖、互鎖的概念以及電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制等。教學(xué)過程中，在給學(xué)生講解知識點(diǎn)概念，分析電氣控制原理時(shí)可借助虛擬仿真軟件，引導(dǎo)學(xué)生在仿真平臺上進(jìn)行接線調(diào)試。以電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制為例，圖1所示是其電氣控制原理圖。圖2則是采用宇龍機(jī)電控制仿真軟件平臺搭建的電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制模擬圖。當(dāng)按下啟動按鈕SB2時(shí)，“正轉(zhuǎn)”電路會接通并顯示“紅色”（代表有電流通過），電機(jī)開始“正轉(zhuǎn)”。若學(xué)生接線發(fā)生錯(cuò)誤，則會出現(xiàn)“×”號提示。如果學(xué)生選擇的電氣元件型號不匹配或者參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)，則在模擬電機(jī)運(yùn)行過程中會出現(xiàn)“接觸器燒毀”、“電機(jī)燒毀”、“電線燒毀”等情景，以提醒學(xué)生更正。當(dāng)按下啟動按鈕SB3時(shí)，“正轉(zhuǎn)”電路會被切斷，直接轉(zhuǎn)換為“反轉(zhuǎn)”電路，電動機(jī)發(fā)生“反轉(zhuǎn)”。當(dāng)按下SB1時(shí)，整個(gè)控制電路斷開，主電路被切斷，電動機(jī)停止運(yùn)行。

通過軟件模擬仿真，能夠非常直觀的觀察到電路、電氣元件的響應(yīng)情況，幫助學(xué)生理解電氣控制原理。教學(xué)中學(xué)生也能放手進(jìn)行接線模擬調(diào)試，不怕出現(xiàn)故障燒壞電氣元件，也不必?fù)?dān)心元件數(shù)量不夠，從根本上解決了實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的難題。并且，學(xué)生可以不限時(shí)間、不限次數(shù)地實(shí)施任意電路的仿真，大大擴(kuò)寬了實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，提高了學(xué)生動手操作的積極性和學(xué)習(xí)效果。

2.2 PLC控制系統(tǒng)的虛擬仿真

除了對電氣控制電路的虛擬仿真外，對加入了PLC的電氣控制系統(tǒng)也可以進(jìn)行模擬仿真。仍以電機(jī)的正反轉(zhuǎn)為例。圖3所示為PLC接線圖和電機(jī)正反轉(zhuǎn)的PLC程序（梯形圖）。圖4所示為采用PLC控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)模擬圖?？梢钥吹剑诒纠?，加入了PLC裝置后，控制電路部分的電路接線大為簡化。通過虛擬仿真，可以幫助學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)梯形圖編寫的正確與否。這樣就可以改變傳統(tǒng)課堂上只能依賴?yán)蠋煹呐袛鄟磉M(jìn)行編寫梯形圖的局面，提高了教學(xué)效率。

2.3 典型案例的理虛實(shí)一體化教學(xué)改革實(shí)踐

小車的自動往返運(yùn)行以及在特定位置的定時(shí)停留在工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛，比如：料倉落料與輸送。針對這一實(shí)際工程案例，在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電氣控制線路的設(shè)計(jì)時(shí)便可借助于虛擬仿真技術(shù)。首先，確定控制對象運(yùn)行所需的所有電氣元件。在本例中，主要元件為電動機(jī)、接觸器（2個(gè)）、行程開關(guān)（至少2個(gè)）。其次，設(shè)計(jì)控制電路并按要求編寫PLC程序。然后，采用仿真軟件對電氣元件進(jìn)行接線、編程與模擬調(diào)試運(yùn)行。待方案確定無誤后，最后，進(jìn)行實(shí)物接線與調(diào)試。圖5所示為PLC仿真效果。圖6則是待用的實(shí)物接線調(diào)試，其中，接觸器線圈的吸合與斷開動作代表著電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，即為小車的往返動作。

3 ?虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)改革實(shí)踐中取得的成果

近兩年的教學(xué)中，筆者在電氣控制與PLC的課程教學(xué)中廣泛地使用了虛擬仿真技術(shù)，取得了良好的教學(xué)效果：（1）增強(qiáng)了學(xué)生的上課興趣。軟件仿真直觀生動，能將抽象的程序形象化、具體化，讓學(xué)生更加容易理解;（2）提高學(xué)生的編程能力。軟件的離線仿真功能能夠讓學(xué)生在沒有PLC硬件設(shè)備的情況下隨時(shí)隨地練習(xí)編程，而且能夠及時(shí)判斷編制程序的正確與否;（3）學(xué)生解決實(shí)際案例的能力明顯提高。利用仿真軟件，學(xué)生可以不再過度地依賴?yán)蠋煹呐袛?，完全可以自己編程、自己?yàn)證，大大提高了其練手練腦的機(jī)會。

4 ?結(jié)語

以上敘述清楚地展現(xiàn)了虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在電氣控制與PLC課程教學(xué)中所發(fā)揮的巨大作用。用計(jì)算機(jī)全真模擬被控對象，不僅能直觀地觀察到實(shí)際控制情景，而且還能讓學(xué)生更加清晰地理解PLC的編程技巧及應(yīng)用?；谔摂M仿真技術(shù)的理虛實(shí)一體化教學(xué)實(shí)踐，以有限的設(shè)備、低廉的成本、多樣化的程序豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的興趣和積極性，增強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了畢業(yè)即上崗，上崗即能勝任工作的高職教育目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張宏偉，王新環(huán).虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代電氣控制教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2018，21（1）：89-92.

[3] 李斌，鄒燦紅.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)仿真教學(xué)應(yīng)用研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（6）：58-60.