溫玉春 王京

摘?要：電氣控制與PLC控制技術(shù)作為我院機械制造與自動化專業(yè)群的一門核心專業(yè)課，其實踐性和應(yīng)用性都很強。但新冠肺炎疫情爆發(fā)后，很多高校進入線上教學(xué)，學(xué)生無法接觸到PLC實際設(shè)備，給本來教學(xué)難度就很大，設(shè)備資源不足的PLC課程教學(xué)提出了新的要求。將仿真軟件引入教學(xué)，采用虛實結(jié)合教學(xué)模式，以提高教學(xué)效果。本文以S7-1200PLC為例，就虛擬仿真軟件的選擇、虛擬仿真軟件在S7-1200PLC教學(xué)中應(yīng)用實踐及教學(xué)效果等方面進行闡述。

關(guān)鍵詞：線上教學(xué)；虛擬仿真軟件；S7-1200PLC教學(xué)

中圖分類號：TB?????文獻標(biāo)識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.10.088

0?引言

隨著工業(yè)“4.0”和“中國制造2025”的出臺，企業(yè)的升級改造勢在必行，我國需要大批量從事自動化工程技術(shù)的高技能人才，而高職學(xué)生將會占據(jù)較大比重。《電氣控制與PLC控制技術(shù)》作為我院專業(yè)群的一門核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試的能力以及從事相關(guān)職業(yè)崗位所具備的職業(yè)素養(yǎng)。PLC課程的專業(yè)性和應(yīng)用性非常強，自2020年新冠疫情爆發(fā)以來，很多高校轉(zhuǎn)入線上教學(xué)，學(xué)生無法接觸到配套設(shè)備，他們嚴重缺乏實踐訓(xùn)練，教學(xué)難度很大。為解決這一問題，將仿真軟件應(yīng)用到PLC教學(xué)中，配合任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，能夠培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的基本工程能力和相關(guān)職業(yè)能力。

一個PLC控制系統(tǒng)，包括硬件電路和軟件程序兩個部分，這就要求學(xué)生既能進行硬件電路的設(shè)計、安裝及調(diào)試；又能進行PLC控制程序的編寫和調(diào)試。因此，要選擇滿足以上兩個要求的仿真軟件。

1?仿真軟件的選擇

西門子系列PLC在國內(nèi)的市場占比第一，S7-1200系列屬于中小型PLC，是順應(yīng)時代發(fā)展的產(chǎn)物，因其產(chǎn)品序列多，通信功能強、擴展模塊豐富被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、自動化產(chǎn)線、智能制造、機器人等各行各業(yè)。以下就S7-1200PLC教學(xué)中如何選擇合適的仿真軟件進行分析。

1.1?TIA（博途）PLC?SIM仿真軟件

S7-1200PLC對應(yīng)的編程軟件是TIA（博途），該軟件是西門子公司發(fā)布的一款全新的全集成自動化軟件，功能強大。TIA軟件有其配套的仿真軟件PLC?SIM仿真器，在安裝TIA軟件時，如果安裝了PLC?SIM軟件就可以使用，需要注意的是CPU的固件版本必須在4.0以上才支持仿真功能。該軟件除了對一般的邏輯控制程序進行仿真外，還可以仿真PLC與觸摸屏之間的通信。但這款軟件無法對外圍硬件設(shè)備進行直觀地演示，也做不到學(xué)生關(guān)于硬件電路的安裝與調(diào)試方面的訓(xùn)練。這對于還不了解PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成、不理解PLC控制系統(tǒng)工作過程的初學(xué)者來說，這款仿真軟件顯然不能滿足教學(xué)要求，無法突破課程難度。該軟件的使用需要學(xué)生具有一定的PLC控制系統(tǒng)的知識儲備，這就需要一款過渡的仿真軟件。

1.2?宇龍機電控制仿真軟件

應(yīng)用宇龍仿真軟件，學(xué)生可以自由搭建硬件平臺，還可以編制對應(yīng)的控制程序。該仿真軟件是由上海宇龍軟件工程有限公司參照職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合典型職業(yè)能力的要求研發(fā)的，能基本實現(xiàn)教學(xué)過程與生產(chǎn)過程的對接。軟件分為桌面軟件和在線仿真兩種，桌面軟件需要密鑰；在線仿真需要賬號，在線仿真配備了強大的實訓(xùn)平臺。實訓(xùn)平臺中，教師可以創(chuàng)建課程，發(fā)布任務(wù)，查看學(xué)生完成的進度。學(xué)生完成任務(wù)后系統(tǒng)會自動評分。該仿真軟件能模擬仿真場景，讓原本枯燥的理論知識通過仿真軟件生動地展現(xiàn)在學(xué)生的眼前，也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是該仿真軟件不能完全仿真出TIA編程軟件的強大功能，比如PLC與其他設(shè)備的通信、觸摸屏的組態(tài)等，該仿真軟件暫時還無法實現(xiàn)，因此這款軟件也不能完全滿足教學(xué)要求。

通過以上分析，以上任何一款軟件都無法獨自滿足教學(xué)要求，本文綜合應(yīng)用以上兩款仿真軟件展開教學(xué)，取長補短以提高教學(xué)效果。

2?仿真軟件在S7-1200PLC教學(xué)中的應(yīng)用

在S7-1200PLC教學(xué)中，先利用宇龍機電仿真軟件，使學(xué)生對PLC控制系統(tǒng)有了基本認識，再利用TIA（博途）配合PLC?SIM仿真軟件重點訓(xùn)練指令的應(yīng)用。虛實結(jié)合，S?7-1200PLC整門課程的教學(xué)大致分為三個階段。

2.1?利用宇龍仿真軟件搭建小型PLC控制系統(tǒng)

課程開始階段，利用宇龍機電仿真軟件，讓學(xué)生按照老師的啟發(fā)，一步一步搭建硬件平臺，完成程序編輯和系統(tǒng)調(diào)試，使學(xué)生初步建立PLC控制系統(tǒng)的概念，了解PLC控制系統(tǒng)的組成，理解PLC控制系統(tǒng)的工作過程，能完成簡單PLC控制系統(tǒng)的安裝和調(diào)試。安裝好軟件，在桌面形成該軟件的快捷方式，雙擊打開后，在彈出的窗口中輸入申請的賬號和密碼進行登錄，登錄完成后默認進入“宇龍機電控制仿真軟件”的“機電控制系統(tǒng)”功能界面，如圖1所示，空白部分即為機電控制仿真平臺。

在“機電控制系統(tǒng)”功能界面中，學(xué)生點擊左邊“元器件”即可選擇所需的元器件，包括繼電器、主令電器、低壓斷路器、接觸器、熔斷器、PLC、各種電源、電動機等。選中后，在繪圖區(qū)域單擊鼠標(biāo)左鍵即可放下元件。各元件的位置可以根據(jù)需要進行調(diào)整；然后通過選擇工具欄中的“導(dǎo)線”，即可完成各個元器件之間的連接，在接線的過程中，可利用工具欄中切換視圖按鈕進行視圖的切換。圖2為利用宇龍仿真軟件搭建的“PLC實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)”的硬件電路，右鍵點擊PLC，可進入編程界面進行控制程序的編寫、調(diào)試及運行，這一階段鍛煉學(xué)生的硬件搭建和PLC初步編程能力。

2.2?利用宇龍在線仿真實訓(xùn)平臺訓(xùn)練學(xué)生編程能力

學(xué)生熟悉了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計流程，具備PLC控制系統(tǒng)的硬件接線能力后，重點練習(xí)編程指令的應(yīng)用。利用宇龍仿真實訓(xùn)平臺中的實訓(xùn)任務(wù)進行強化訓(xùn)練，平臺中每一個任務(wù)，都配有自動評分功能，學(xué)生可根據(jù)得分情況反復(fù)練習(xí)，進一步鞏固所學(xué)知識和技能，突破課程重難點。圖3為在線實訓(xùn)平臺任自動門卷簾門控制程序任務(wù)硬件系統(tǒng)區(qū)（場景區(qū)）和程序編輯區(qū)。程序編輯區(qū)仿真TIA博途編程軟件，具有程序的編輯、下載和調(diào)試功能。學(xué)生根據(jù)控制要求，直接在編程區(qū)編寫程序，配合給定硬件和場景進行系統(tǒng)的調(diào)試和運行。實踐證明，教師布置的任務(wù)，學(xué)生的完成度在90%以上，平均分在80分以上，與傳統(tǒng)理論相比，學(xué)生的主觀能動性明顯提高。

2.3?利用TIA博途PLC?SIM軟件完成虛擬仿真調(diào)試

通過以上兩個階段的訓(xùn)練，關(guān)于PLC控制系統(tǒng)的工作過程，學(xué)生從觀察到實際動手操作，完全理解了軟硬件之間的關(guān)系，可以脫離硬件設(shè)備進行編程和調(diào)試。該階段利用真正的TIA軟件和自帶的仿真軟件PLC?SIM進行教學(xué)，進行編程拔高訓(xùn)練。該階段先挑選已完成的任務(wù)進行實操訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生知識遷移的能力；然后利用TIA軟件學(xué)習(xí)觸摸屏組態(tài)，利用仿真軟件進行PLC與觸摸屏的通信等方面的學(xué)習(xí)。打開TIA編程軟件，完成設(shè)備組態(tài)和程序的編寫后，點擊工具欄中的啟用仿真圖標(biāo)，即可啟用仿真，新建仿真項目。圖4是利用PLC?SIM完成流水燈的控制程序調(diào)試界面。這一階段除了進行編程拔高訓(xùn)練外，也讓學(xué)生認識到仿真軟件的作用和局限性，更讓學(xué)生明白學(xué)無止境的道理。

3?結(jié)論

本文提出將仿真軟件應(yīng)用在PLC教學(xué)中，配合任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，實現(xiàn)了控制對象實際運行的計算機仿真。通過完成仿真任務(wù)，使學(xué)生理解PLC控制系統(tǒng)的工作過程，學(xué)會如何設(shè)計一個PLC控制系統(tǒng)，學(xué)會PLC編程指令的用法，能夠運用常用的編程方法完成小型控制系統(tǒng)的程序設(shè)計，提高了教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻

［1］許玉婷.淺析虛擬仿真軟件在電機拖動實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2021，（07）：180181.

[2]沈躍，黃永紅.S7-1200PLC控制技術(shù)課程教學(xué)改革[J].教育現(xiàn)代化，2017，4（39）：5557.