基于Automation StudioTM的PLC任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式構(gòu)建研究

李華

摘 要：該文基于現(xiàn)代信息技術(shù)，針對(duì)PLC課程進(jìn)行了任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式的探討，使得開放教育的實(shí)踐性較強(qiáng)且難以在課堂外學(xué)習(xí)的課程能夠通過(guò)在線學(xué)習(xí)方式教學(xué)。文中引入了一種新型的仿真軟件Automation StudioTM，該軟件是一款專業(yè)性綜合仿真軟件，可以在機(jī)、電、液、電磁、控制等多學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，仿真過(guò)程直接明了，用戶界面友好。在開放學(xué)生中基于該軟件對(duì)PLC課程采用任務(wù)型在線學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)，既有利于學(xué)生通過(guò)建模、編程、仿真等一系列實(shí)踐活動(dòng)以直觀的方式完成PLC控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，又克服了開放學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和地域上的困難，是值得推廣的一種教學(xué)方式。

關(guān)鍵詞：PLC 任務(wù)型 Automation StudioTM 仿真 在線學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0020-03

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，要求我們不停的進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，將終身學(xué)習(xí)貫徹到底。目前，不僅是大量的高層次人才需要通過(guò)接受繼續(xù)教育來(lái)完善已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而且越來(lái)越多的務(wù)工人員需要通過(guò)終身學(xué)習(xí)來(lái)適應(yīng)新的工作和生活，以謀求新的發(fā)展。在黨的十七大關(guān)于“發(fā)展遠(yuǎn)程教育和繼續(xù)教育，建設(shè)全民學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)型社會(huì)”的號(hào)召下，國(guó)家開放大學(xué)于2012年創(chuàng)建，她以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐，在中央廣播電視大學(xué)和地方廣播電視大學(xué)的基礎(chǔ)上組建，旨在推動(dòng)全民學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)型社會(huì)建設(shè)。開放大學(xué)的學(xué)生大多是在職人員，他們要邊工作邊學(xué)習(xí)，下班之后再?gòu)墓ぷ鞯刳s往學(xué)校進(jìn)行學(xué)習(xí)，特別是隨著城市的擴(kuò)大和生源的鄉(xiāng)鎮(zhèn)化，使得原來(lái)的業(yè)余趕往學(xué)校學(xué)習(xí)的模式存在一定困難。基于這樣的現(xiàn)實(shí)背景，我們針對(duì)PLC課程的學(xué)習(xí)提出一種任務(wù)型的在線學(xué)習(xí)模式，在此模式下，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得學(xué)生不需到校，直接在線完成課程學(xué)習(xí)，克服了時(shí)間和地域上的困難。PLC課程是一門實(shí)踐性及應(yīng)用型較強(qiáng)的課程，針對(duì)該課程的特點(diǎn)，該文引用一種新型的學(xué)科軟件Automation StudioTM軟件，結(jié)合新興的微課教學(xué)形式，進(jìn)行任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式的探討。

1 Automation StudioTM仿真軟件及特點(diǎn)

Automation StudioTM 是一款綜合仿真軟件，由加拿大Famic公司開發(fā)，該軟件能進(jìn)行多領(lǐng)域建模仿真，包含機(jī)、電、液、電磁、控制等多學(xué)科領(lǐng)域，所以它是專業(yè)性仿真軟件，不是課程性仿真軟件。系統(tǒng)可由液壓、氣動(dòng)、電氣之類的單一技術(shù)構(gòu)成，也可由多種技術(shù)綜合構(gòu)成。另外，軟件可動(dòng)態(tài)仿真回路，觀察組件與電路之間的關(guān)系，可動(dòng)態(tài)演示組件剖面，它提供了一個(gè)涵蓋多學(xué)科領(lǐng)域、仿真過(guò)程形象直觀的軟件環(huán)境。在軟件中各元件模型用圖標(biāo)表示，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成回路的仿真描述文件和程序，用戶可實(shí)時(shí)看到仿真動(dòng)作（見圖1）。

Automation Studio TM軟件通用性強(qiáng)，已成為流體傳動(dòng)與控制領(lǐng)域設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化的一種重要工具。界面簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、無(wú)需專門培訓(xùn)、易學(xué)易用是這個(gè)軟件的顯著特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得該軟件可以在電氣控制的輔助教學(xué)方面，發(fā)揮重要作用。特別是其生動(dòng)逼真的仿真效果和強(qiáng)大的分析功能，能夠很好的激發(fā)學(xué)生對(duì)PLC控制的學(xué)習(xí)興趣。

該文就是利用此軟件來(lái)對(duì)PLC課程進(jìn)行任務(wù)型在線學(xué)習(xí)探討，以使PLC的學(xué)習(xí)更輕松、有效。

2 基于Automation studioTM的任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

該文將利用Automation StudioTM作為仿真設(shè)計(jì)軟件，借鑒項(xiàng)目式教學(xué)以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，結(jié)合微課和MOOC教學(xué)形式的特點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行移動(dòng)式教學(xué)。在開放學(xué)習(xí)平臺(tái)上采用任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式，在開放學(xué)生中開展了PLC教學(xué)實(shí)踐，現(xiàn)以二層電梯電氣控制的教學(xué)為例進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 任務(wù)解讀模塊

首先布置任務(wù)，對(duì)任務(wù)要求進(jìn)行解讀。

2.1.1 控制要求

要求用西門子PLC控制一二層簡(jiǎn)易電梯，電梯內(nèi)分別有去一層按鈕、去二層按鈕、開門按鈕、關(guān)門按鈕，梯外一樓有上行按鈕（并有指示燈），二樓有下行按鈕（并有指示燈），電梯在一樓或二樓時(shí)有對(duì)應(yīng)的指示燈顯示。電梯原始狀態(tài)為一樓且所有門關(guān)閉。

2.1.2 轉(zhuǎn)換過(guò)程

（1）在梯內(nèi)按相應(yīng)按鈕時(shí)必須有對(duì)應(yīng)的功能，如開門、關(guān)門、去一樓、去二樓。（2）在梯外一樓按上升按鈕則電梯行至一樓，停穩(wěn)后開門，待人進(jìn)入后關(guān)門并行至二樓，停穩(wěn)后開門，待人出去后關(guān)門。（3）在梯外二樓按下降按鈕則電梯行至二樓，停穩(wěn)后開門，待人進(jìn)入后關(guān)門并行至一樓，停穩(wěn)后開門，待人出去后關(guān)門。

2.2 微課視頻--知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)模塊

本項(xiàng)目所涉及的控制任務(wù)較復(fù)雜，是基于前面的梯形圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)后較綜合的一個(gè)案例，要求學(xué)生邏輯縝密，運(yùn)用基本的觸點(diǎn)串、并聯(lián)連接、定時(shí)器等實(shí)現(xiàn)控制。教師在課前需將相關(guān)內(nèi)容做成微課視頻供學(xué)生在線學(xué)習(xí)。

2.3 I/O口分配模塊

在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)上布置完設(shè)計(jì)任務(wù)后，由學(xué)生基于網(wǎng)絡(luò)與同學(xué)進(jìn)行討論，對(duì)I/O口進(jìn)行分配，然后教師在大家討論的基礎(chǔ)上進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，統(tǒng)一I/O端口的分配情況，明確有幾個(gè)輸入信號(hào)、幾個(gè)負(fù)載需要控制（見表1）。

2.4 模型搭建模塊

在Automation StudioTM中搭建模型，主要鍛煉學(xué)生對(duì)于項(xiàng)目所需元器件的選擇與應(yīng)用，以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有整體的把握，學(xué)生將各自的模型搭建完后，教師給出參考模型（見圖2）。

2.5 軟件設(shè)計(jì)模塊

進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)以驅(qū)動(dòng)上述模型中的二層電梯能完成3.1要求的功能，并運(yùn)用Ladder for Siemens PLC模塊庫(kù)，將程序錄入Automation StudioTM中。

2.6 在Automation StudioTM中進(jìn)行仿真觀察階段

運(yùn)行程序仿真，觀察模型工作情況，并根據(jù)仿真情況對(duì)程序進(jìn)行修改。在此階段，可在同一界面上顯示程序和模型，且實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)顯示每一仿真步的模型運(yùn)行情況和程序運(yùn)行情況。

2.7 檢查評(píng)價(jià)階段

以上三步學(xué)生單獨(dú)完成，完成項(xiàng)目后，將成果通過(guò)郵件發(fā)給教師。教師對(duì)學(xué)生的任務(wù)設(shè)計(jì)情況逐個(gè)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，有問(wèn)題的幫助找到解決的方法，并作出最后的評(píng)價(jià)。項(xiàng)目實(shí)施后給出一個(gè)參考，供學(xué)生借鑒。

2.8 任務(wù)延伸階段

項(xiàng)目結(jié)束后，對(duì)學(xué)生布置新的任務(wù)，在實(shí)現(xiàn)二層電梯控制的基礎(chǔ)上，增加難度，實(shí)現(xiàn)三層電梯甚至四層電梯控制。作為課后作業(yè)請(qǐng)學(xué)生完成。

通過(guò)以上8個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)由布置任務(wù)到目的性學(xué)習(xí)，再到利用所學(xué)知識(shí)逐步完成任務(wù)的探索，最后教師總結(jié)評(píng)論，有利于學(xué)生對(duì)整個(gè)PLC控制系統(tǒng)有個(gè)整體把握，包括硬件的組合關(guān)系和軟件的編程；對(duì)所編程序的控制作用能以一種更直接明了的方式來(lái)驗(yàn)證，在Automation StudioTM軟件平臺(tái)上對(duì)任務(wù)的控制結(jié)果以一種非常直觀的方式進(jìn)行了仿真；對(duì)于學(xué)生來(lái)講，在學(xué)習(xí)使用了該軟件后，亦可直接在工作中用此軟件進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)仿真，且在機(jī)電專業(yè)其余課程的學(xué)習(xí)中，亦可使用此軟件進(jìn)行仿真。

3 結(jié)語(yǔ)

該文借鑒了 MOOC的利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)、微課的移動(dòng)學(xué)習(xí)模式，基于Automation StudioTM軟件平臺(tái)對(duì)PLC課程進(jìn)行了任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式探討，該學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢(shì)在于：（1）學(xué)生能針對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)情況反復(fù)觀看微課視頻，根據(jù)個(gè)人進(jìn)度安排學(xué)習(xí)時(shí)間，使得時(shí)間的安排相對(duì)自由化。（2）對(duì)于到校上課有困難的學(xué)生，能以在線學(xué)習(xí)的方式參與課程學(xué)習(xí)，克服了地域上的困難，實(shí)現(xiàn)了較小空間滿足較大班級(jí)的教學(xué)。使得PLC在線學(xué)習(xí)模式得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是Automation StudioTM軟件的使用，該軟件的簡(jiǎn)單易學(xué)、生動(dòng)逼真的仿真效果等特點(diǎn)使得PLC的在線學(xué)習(xí)變得生動(dòng)和易于操作，且破解了開放大學(xué)硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)施短缺的難題。

參考文獻(xiàn)

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[8] 鐘曉流，宋述強(qiáng)，焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J].開放教育研究，2013，19（1）.

[9] 李玉順，馬丁.移動(dòng)學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2008（3）：9-11.

運(yùn)行程序仿真，觀察模型工作情況，并根據(jù)仿真情況對(duì)程序進(jìn)行修改。在此階段，可在同一界面上顯示程序和模型，且實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)顯示每一仿真步的模型運(yùn)行情況和程序運(yùn)行情況。

2.7 檢查評(píng)價(jià)階段

以上三步學(xué)生單獨(dú)完成，完成項(xiàng)目后，將成果通過(guò)郵件發(fā)給教師。教師對(duì)學(xué)生的任務(wù)設(shè)計(jì)情況逐個(gè)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，有問(wèn)題的幫助找到解決的方法，并作出最后的評(píng)價(jià)。項(xiàng)目實(shí)施后給出一個(gè)參考，供學(xué)生借鑒。

2.8 任務(wù)延伸階段

項(xiàng)目結(jié)束后，對(duì)學(xué)生布置新的任務(wù)，在實(shí)現(xiàn)二層電梯控制的基礎(chǔ)上，增加難度，實(shí)現(xiàn)三層電梯甚至四層電梯控制。作為課后作業(yè)請(qǐng)學(xué)生完成。

通過(guò)以上8個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)由布置任務(wù)到目的性學(xué)習(xí)，再到利用所學(xué)知識(shí)逐步完成任務(wù)的探索，最后教師總結(jié)評(píng)論，有利于學(xué)生對(duì)整個(gè)PLC控制系統(tǒng)有個(gè)整體把握，包括硬件的組合關(guān)系和軟件的編程；對(duì)所編程序的控制作用能以一種更直接明了的方式來(lái)驗(yàn)證，在Automation StudioTM軟件平臺(tái)上對(duì)任務(wù)的控制結(jié)果以一種非常直觀的方式進(jìn)行了仿真；對(duì)于學(xué)生來(lái)講，在學(xué)習(xí)使用了該軟件后，亦可直接在工作中用此軟件進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)仿真，且在機(jī)電專業(yè)其余課程的學(xué)習(xí)中，亦可使用此軟件進(jìn)行仿真。

3 結(jié)語(yǔ)

該文借鑒了 MOOC的利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)、微課的移動(dòng)學(xué)習(xí)模式，基于Automation StudioTM軟件平臺(tái)對(duì)PLC課程進(jìn)行了任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式探討，該學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢(shì)在于：（1）學(xué)生能針對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)情況反復(fù)觀看微課視頻，根據(jù)個(gè)人進(jìn)度安排學(xué)習(xí)時(shí)間，使得時(shí)間的安排相對(duì)自由化。（2）對(duì)于到校上課有困難的學(xué)生，能以在線學(xué)習(xí)的方式參與課程學(xué)習(xí)，克服了地域上的困難，實(shí)現(xiàn)了較小空間滿足較大班級(jí)的教學(xué)。使得PLC在線學(xué)習(xí)模式得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是Automation StudioTM軟件的使用，該軟件的簡(jiǎn)單易學(xué)、生動(dòng)逼真的仿真效果等特點(diǎn)使得PLC的在線學(xué)習(xí)變得生動(dòng)和易于操作，且破解了開放大學(xué)硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)施短缺的難題。

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運(yùn)行程序仿真，觀察模型工作情況，并根據(jù)仿真情況對(duì)程序進(jìn)行修改。在此階段，可在同一界面上顯示程序和模型，且實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)顯示每一仿真步的模型運(yùn)行情況和程序運(yùn)行情況。

2.7 檢查評(píng)價(jià)階段

以上三步學(xué)生單獨(dú)完成，完成項(xiàng)目后，將成果通過(guò)郵件發(fā)給教師。教師對(duì)學(xué)生的任務(wù)設(shè)計(jì)情況逐個(gè)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，有問(wèn)題的幫助找到解決的方法，并作出最后的評(píng)價(jià)。項(xiàng)目實(shí)施后給出一個(gè)參考，供學(xué)生借鑒。

2.8 任務(wù)延伸階段

項(xiàng)目結(jié)束后，對(duì)學(xué)生布置新的任務(wù)，在實(shí)現(xiàn)二層電梯控制的基礎(chǔ)上，增加難度，實(shí)現(xiàn)三層電梯甚至四層電梯控制。作為課后作業(yè)請(qǐng)學(xué)生完成。

通過(guò)以上8個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)由布置任務(wù)到目的性學(xué)習(xí)，再到利用所學(xué)知識(shí)逐步完成任務(wù)的探索，最后教師總結(jié)評(píng)論，有利于學(xué)生對(duì)整個(gè)PLC控制系統(tǒng)有個(gè)整體把握，包括硬件的組合關(guān)系和軟件的編程；對(duì)所編程序的控制作用能以一種更直接明了的方式來(lái)驗(yàn)證，在Automation StudioTM軟件平臺(tái)上對(duì)任務(wù)的控制結(jié)果以一種非常直觀的方式進(jìn)行了仿真；對(duì)于學(xué)生來(lái)講，在學(xué)習(xí)使用了該軟件后，亦可直接在工作中用此軟件進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)仿真，且在機(jī)電專業(yè)其余課程的學(xué)習(xí)中，亦可使用此軟件進(jìn)行仿真。

3 結(jié)語(yǔ)

該文借鑒了 MOOC的利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)、微課的移動(dòng)學(xué)習(xí)模式，基于Automation StudioTM軟件平臺(tái)對(duì)PLC課程進(jìn)行了任務(wù)型在線學(xué)習(xí)模式探討，該學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢(shì)在于：（1）學(xué)生能針對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)情況反復(fù)觀看微課視頻，根據(jù)個(gè)人進(jìn)度安排學(xué)習(xí)時(shí)間，使得時(shí)間的安排相對(duì)自由化。（2）對(duì)于到校上課有困難的學(xué)生，能以在線學(xué)習(xí)的方式參與課程學(xué)習(xí)，克服了地域上的困難，實(shí)現(xiàn)了較小空間滿足較大班級(jí)的教學(xué)。使得PLC在線學(xué)習(xí)模式得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是Automation StudioTM軟件的使用，該軟件的簡(jiǎn)單易學(xué)、生動(dòng)逼真的仿真效果等特點(diǎn)使得PLC的在線學(xué)習(xí)變得生動(dòng)和易于操作，且破解了開放大學(xué)硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)施短缺的難題。

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