三菱PLC模擬仿真軟件在可編程控制器教學(xué)中的應(yīng)用

【摘 要】本文以三菱FX2N系列可編程控制器（PLC）為例，介紹了PLC編程軟件SW3D5C-GPPW與模擬仿真軟件FX-TRN在課程教學(xué)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】模擬仿真 可編程控制器 教學(xué)應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）04-0025-02

可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）是高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課程。長(zhǎng)期以來，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)課程是由理論教學(xué)、隨堂實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)構(gòu)成。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏、實(shí)驗(yàn)成本高、存在安全風(fēng)險(xiǎn)、調(diào)試不方便等因素，使得整個(gè)教學(xué)過程理論與實(shí)際嚴(yán)重脫離，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，學(xué)習(xí)效果差。筆者在可編程控制器應(yīng)用技術(shù)教學(xué)過程中，結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)程，利用PLC的編程和仿真軟件進(jìn)行模擬仿真教學(xué)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的效果。

一 GPPW模擬軟件課程教學(xué)實(shí)施過程

模擬仿真教學(xué)由教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容通過多媒體平臺(tái)演示完成后，讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行PLC程序的編制與調(diào)試，根據(jù)設(shè)計(jì)要求邊設(shè)計(jì)，邊調(diào)試，邊分析，邊修改。經(jīng)過一定的訓(xùn)練后，學(xué)生可以在課外參照一定的要求自主完成整個(gè)設(shè)計(jì)調(diào)試的過程。下面以十字路口紅綠燈的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，說明GPPW軟件在可編程控制器教學(xué)中的應(yīng)用。

1.控制要求

首先給出某十字路口紅綠燈示意圖及時(shí)序圖。東西向和南北向分別有紅綠黃三色燈，東西向按照紅燈亮7.5s、綠燈亮4s、黃燈閃2.5s，南北向按照綠燈亮5s、黃燈閃2.5s、紅燈亮6.5s的順序依次點(diǎn)亮。

2.分析及設(shè)計(jì)

根據(jù)案例要求選擇并行序列步進(jìn)順控法進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定輸入輸出信號(hào)，完成I/O分配及外部硬件線路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出紅綠燈控制的功能圖后，我們?cè)贕X-Developer軟件中進(jìn)行SFC程序設(shè)計(jì)，如圖1。

3.模擬仿真

完成程序輸入后，啟動(dòng)梯形圖邏輯測(cè)試程序，將程序?qū)懭胩摂MPLC中，并打開相應(yīng)的繼電器內(nèi)存監(jiān)視器。雙擊觸點(diǎn)X000將常開觸點(diǎn)置1，此時(shí)步進(jìn)順控按照流程執(zhí)行，在繼電器內(nèi)存監(jiān)視器中可以直觀地看到步的執(zhí)行及每一步中對(duì)應(yīng)的輸出情況，如圖2所示，圖中涂色部分表示其狀態(tài)為“1”，否則表示狀態(tài)為“0”。再雙擊觸點(diǎn)X001使停止觸點(diǎn)有效，則執(zhí)行完本次循環(huán)后程序停止運(yùn)行。

將模擬仿真測(cè)試結(jié)果與控制要求進(jìn)行比較，如果完全符合實(shí)際控制要求則完成程序調(diào)試，如果測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)要求不符，則需對(duì)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行修改，然后再進(jìn)行仿真測(cè)試，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。學(xué)生在仿真測(cè)試的過程中，自己動(dòng)手完成整個(gè)設(shè)計(jì)調(diào)試過程，將看不見、摸不著的控制流程以形象的方式展示在屏幕上，加深了學(xué)生對(duì)指令、動(dòng)作要求及程序執(zhí)行的正確理解，從而提高教學(xué)效果。

二 FX-TRN模擬仿真軟件知識(shí)拓展應(yīng)用

FX-TRN軟件是三菱公司為FX系列PLC設(shè)計(jì)的模擬仿真訓(xùn)練軟件。該軟件中用三維造型設(shè)計(jì)了3D仿真畫面。通過程序設(shè)計(jì)、輸入后，調(diào)試過程中有真實(shí)的場(chǎng)景模擬，使操作者有類似操控各種自動(dòng)設(shè)備的感受。

該軟件配備了3個(gè)等級(jí)、4種難度的挑戰(zhàn)案例，可供學(xué)生循序漸進(jìn)地提高自己的編程水平，并加深對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)。另外，由于FX-TRN軟件有非常方便詳細(xì)的指導(dǎo)系統(tǒng)，只要是稍有基礎(chǔ)的學(xué)生，按照指導(dǎo)步驟來實(shí)施基本上不需要任何其他幫助。因此，我們?cè)诳删幊炭刂破鞯膶?shí)際教學(xué)中，選擇FX-TRN軟件中的項(xiàng)目作為學(xué)生的課外輔導(dǎo)項(xiàng)目，學(xué)生根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容選擇合適的項(xiàng)目進(jìn)行自主訓(xùn)練。

圖1 圖2

三 結(jié)束語

1.模擬仿真教學(xué)能將抽象理論形象化、直觀化

實(shí)現(xiàn)模擬場(chǎng)景中的仿真運(yùn)行，可幫助學(xué)生更好地理解PLC的工作原理。要讓學(xué)生對(duì)PLC的工作過程有全面的認(rèn)識(shí)和了解，除具備一定的編程能力、掌握基本的編程技巧外，還要讓學(xué)生按照實(shí)際的控制要求進(jìn)行仿真運(yùn)行和調(diào)試，從而找到程序中的不足和漏洞，進(jìn)行反復(fù)修改，達(dá)到優(yōu)化程序、熟悉編程的目的。三菱模擬仿真軟件為我們提供了一個(gè)很好的模擬仿真平臺(tái)，使我們能夠在教學(xué)過程中隨時(shí)提供實(shí)驗(yàn)、演示分析。通過這樣的計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)，把可編程控制器技術(shù)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，為可編程控制器的實(shí)際運(yùn)用打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，在極大程度上緩解了沒有PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備的困難。 2.模擬仿真教學(xué)能節(jié)約資金，降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足等

使用計(jì)算機(jī)仿真模擬，具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、靈活、高效率、可多次重復(fù)使用和成本低、風(fēng)險(xiǎn)小的優(yōu)點(diǎn)，使學(xué)生突破了實(shí)驗(yàn)室的局限性，避免了實(shí)際電路調(diào)試的煩瑣過程，不用反復(fù)拆裝元件，以免損壞元件；整個(gè)過程快捷方便，省時(shí)省力，把它應(yīng)用到PLC課堂教學(xué)，既避免了實(shí)驗(yàn)儀器的損壞與實(shí)驗(yàn)材料的消耗，降低教學(xué)成本，又能讓學(xué)生完成各種與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)，學(xué)到相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能，為學(xué)校節(jié)省了實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)和設(shè)備維修的費(fèi)用。

3.實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果

傳統(tǒng)的PLC教學(xué)，要實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合同步進(jìn)行，往往需要的儀器設(shè)備較多。實(shí)驗(yàn)成本高，實(shí)驗(yàn)存在安全風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)試不方便，實(shí)驗(yàn)效果不明顯，再加上學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足等因素的影響，很難做到理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)，課堂教學(xué)只需把學(xué)生帶到計(jì)算機(jī)房，教師在進(jìn)行理論講授的同時(shí)，應(yīng)用電腦進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)演示給學(xué)生觀察，然后讓學(xué)生在電腦上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，把理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來。當(dāng)然，在實(shí)際教學(xué)過程中，我們也發(fā)現(xiàn)，類似的模擬仿真軟件在某些特殊指令上仍無法實(shí)現(xiàn)仿真測(cè)試，其仿真功能還需要進(jìn)一步的開發(fā)提高。

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕