计算机组态仿真在PLC教学中的应用
【摘要】PLC作为中等职业技工学校电气自动化类专业教学的主要课程，提高教学效果，寻求教学方法突破口是广大电气类一体化教师探索研究的问题。本文提出将计算机组态仿真技术应用于PLC教学中，用以解决各学校的实际问题。
【关键词】PLC，组态技术，仿真
可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是在继电控制线路和现代工业计算机控制学基础上发展而来的工业控制器。由于它可以根据生产工艺要求通过PLC编程软件来改变控制程序达到不同控制要求，且编程简单易学，系统稳定，抗干扰能力强，有各种总线或网络接口，性价比较高，所以PLC 在现代工业自动化控制中占据了主导地位，得到了广泛的应用。中等职业技工学校作为企业一线技工的摇篮，PLC是电气控制类专业必须的课程，并多以西门子S7-200和三菱FX系列PLC的基本指令和步进顺序控制作为主要教学类容。
在PLC一体化教学过程中发现学生学习PLC普遍感觉到困难。究其原因有两大方面。一方面PLC 是以控制器为核心, 将自动化控制技术、电工电子技术、计算机技术、网络通信技术融为一体的工业自动控制装置。要学好这门课程，要求学生必须掌握好电力拖动、电工电子学，计算机等基础课程，且具有一定的操作动手能力，而职校学生的理论基础普遍较差，学习起来比较费力。另一方面部分院校相对缺乏PLC实验实训设备，学生没有太多的动手实践机会，并且即使有一定的PLC，学校相对缺乏控制对象和完整的控制系统，学生只看几个PLC输出指示是不能生动形象的理解PLC的工作原理及应用，更不能适应企业的需求。故笔者认为可以借助计算的组态仿真弥补学校现阶段的实际情况，以取得较好的教学效果。
计算机组态仿真就是应用组态软件组态PLC控制系统，模拟系统工作过程，让学生更加直观的了解学习PLC这门课程。组态软件，又称组态监控软件系统软件，译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)，集数据采集、监控、控制于一体。利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、开关指示灯、变频器等）的I/O 驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的系统，更加接近实际的控制系统。目前国外组态软件主要有InTouch、IFix、Citech、WinCC等，国内组态软件主要有组态王、世纪星、三维力控、KingView、MCGS等等，各种组态软件界面如图所示。
建议大家教学中使用MCGS，它由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发，该软件有网络版、通用版、嵌入版，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以高效的开发各种用于现场信号采集、数据处理、监视与控制的设备。
组态软件拥有大量企业实物图片用于组态教学场景，可激发学生学习兴趣，教育心理学认为，学习兴趣是学习动机的重要组成部分，是推动学生学习的强大动力。只有对PLC 学习产生了浓厚的兴趣，学生才会有求知的欲望，才能勤于思考。教学过程中可引导学生在软件图库里面看到各种各样的电气控制元件，实现在教室里就可以看到实物的感觉。以下是有我校教师团队自制的组态教学资源截图。
任务驱动型一体化教学与计算机组态仿真相结合，打破传统的对着书本练习编写程序，采用各种企业实际控制系统作为教学内容，以学生为中心点，老师为圆周辅导线；以练为主，讲为辅；引导学生把教学任务即实际控制系统拆分成课本上的一个个知识点，逐点逐块儿的解决问题，自己动手做出和企业一样的控制系统，从而达到“做中学、学中做”的理念。让学生能感受到上课是一种身临其境的“玩儿”，玩完之后还能学到知识的快乐。
在模拟场景中仿真运行，可帮助学生更好地理解PLC 的工作原理和控制系统的生产工艺要求，PLC仿真教学要求学生除具备一定的编程能力和编程技巧外，还要让学生按照实际的工艺要求进行模拟操作和调试，从而找到程序的缺陷和漏洞，进行反复修改反复编程练习，达到优化程序和熟悉编程的目的。而MCGS组态软件加上计算机辅助教学就可以实现各种模拟元件的控制，除了实际工程应用，只需结合PLC硬件就是形象的教学仿真平台。它操作简单，利用3D 虚拟空间设计，模拟出各种企业场景。例如，灯塔之光、十字路口交通信号灯、电动机正反转控制、多液混合控制控制、自动售货机、电梯控制等场景，每一个场景都图文并茂，动画直观。此外，学生可以根据控制工艺要求和自己的想象制作场景，然后编辑程序，运行PLC并进行监控仿真操作，观察运行结果。这样不仅训练了学生PLC编程能力，还培养的企业现场管理意思。通过运行监控，学生更好地理解和掌握PLC 各个元件的作用，巩固课堂上所学的理论知识。
总之，通过教学实践证明，利用组态软件组态教学或企业场景，进行PLC计算机辅助教学是可行的。学生通过计算机组态仿真操作，可以更直观的观察控制工艺要求，也能更好地理解所学理论知识；同时通过组态仿真学习软件实现人机交互，可以灵活改变控制工艺要求，通过再编程再观察，能极大地调动学生学习积极性和兴趣，产生不断深入学习PLC的动力；利用计算机组态仿真，学生更加深刻的掌握PLC的应用，教学效果好，成绩提高，更快更好适应企业需求。
