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浅谈利用可编程序控制仿真软件FX—TRN设计教学

范文

张璐

摘要：《电气控制及PLC应用》是中职电子电工类专业对口升学高考的必修课程。教材内容包括理论型知识及软件编程实操知识，若单纯地采用传统型课堂教学，较难将知识具象化，学生亦难以将程序对应的电气动作联系起来。通过问卷调查与经验总结，迫切需要借助仿真软件设计教学，辅助实训课堂，实现理实一体化教学，巩固PLC基本指令的应用，并让学生对编程控制有一个全面且直观的认识，而设计教学时，主要采用项目式教学法，运用仿真软件结合实训课堂让学生通过完整的编程控制项目阶段性的学习PLC可编程序控制的知识并掌握三菱PLC编程技能。

关键词：PLC；仿真；中职电子

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2017）10-0121-02

1.FX-TRN可编程序控制器仿真学习软件简介

三菱FX2N系列PLC可用“FX-TRN-BEG-C”仿真软件进行仿真编程和仿真运行，仿真软件安装成功后便在用户的计算机中装人了编程工具，一个虚拟PLC，模拟机器，输入/输出开关和指示灯。安装过程简单，界面色彩明亮，结合输出指示灯、声音、动画以及程序的运行监控过程，给用户犹如现场实训操作的真实体验，而且整个仿真系统采用挑战过关式，巧妙利用中职学生的闯关意识，依照模块的难度系数，指引学习者依次编写出越来越复杂的控制程序，逐步提升学生的专业技能。

“让我们看一个顺序动作的事例”——软件通过车库卷帘门自动升降的动画，开启软件学习闯关的大门，吸引学习者进一步了解的好奇心，提高学习兴趣。

2.可编程序控制器PLC简介

可编程序控制器PLC是运用计算机技术的电气自动控制设备。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/偷出控制各种类型的机械或生产过程，与传统的继电器控制相比，PLC的速度更快，可靠性能更高，灵活性更强，接线更加简单，生产工艺更加方便，是随着信息化发展的电气控制的产物。三菱系列PLC应用于农业/渔业、交通、食品工业、制造业、娱乐业、健康和医疗、建筑/环境等生活的各个方面，如自动装配机、霓虹灯广告、舞台升降装置、工厂分拣设备等等，在中国市场常见的有FX系列，A系列，Q系列等。

3.FX-TRN仿真软件在学习三菱PLc仿真过程中的突出特点

1）科学的学习流程

仿真软件有A-F共6个难度梯级模块，A模块介绍FX系列PLC并让学习者首先熟悉软件编程，B模块让学习者尝试编写基本输入/输出程序及互锁程序等，依次往后加大挑战难度，F模块便是高级挑战模块，有舞台装置控制程序及部件分拣的控制程序等，逐步提高学习者的学习兴趣，让学生在心理和技能上平衡发展，稳步提升。

2）演示与提示

选定一个模块后打开，编辑区域在视野的中间偏左，控制面板在右手边，方便操作鼠标的同时观察操作动作，视野的上方是仿真场景区域，编写的程序控制过程在该区域体现，而PLC内部的指示灯依然可在编程区和控制面板中间显示。编写完成后，可通过“帮助”按钮获得答案，供学习者参考自行修改程序。另外界面的索引窗口，还可显示练习指导和操作方法，引导学习者完成这个练习。

3）虚拟的工作场景

以D--初级模块“交通灯的时间控制”为例，仿真场景区域就是一个交通灯，交通灯的三灯会根据学习者编写的程序点亮，而物料分拣的模块就会有传送带以及机器人机械臂夹取装置，将真实的工作场景以三维动画还原，使虚拟电气动作更加清晰和直观，亦便于学习者校核程序。

4）生动有趣

软件兼具声、光与动画，活灵活现的呈现给学习者虚拟的仿真场景。例如，在某些特定的场景中，有机器人穿墙而出搬卸盒子内盛满的物料，十分有趣，给学习者奇妙的仿真体验。

4.FX-TRN仿真软件在教学设计中的应用

《电气控制及PLC应用》是一门综合性较强的课程，若采用传统的教学方法或单纯地使用多媒体教学，学生很难将实训过程与理论知识联系起来，授课过程中学生会感觉枯燥，难以集中精力，日积月累，学生会产生厌学情绪，因此在设计教学时，借助FX-TRN仿真软件辅助教学，采用项目式教学法，引导学生完成PLC程序控制项目，学习PLC基本指令与编程要点。如，学习自锁控制环节时，可用“客人呼叫系统”的项目：客人点动桌面按钮，对应的指示灯常亮；学生通过PLC编写程序控制该项目，掌握自锁环节的功能及应用。学习定时器和计数器的应用时，用“交替亮灯计数”的项目：启动按钮，红绿灯交替点亮各1s，自动重复5次，停止工作；通过该项目掌握定时器设定延时时间和计数器的应用等知识要点。

1）交通灯的时间控制

以交通灯的时间控制项目为例，首先给学生展示“基本输入/输出程序”模块，明晰梯形图与信号灯明灭过程之间的控制关系，接着，展示“基本定时器操作”模块，让学生掌握定时器延时的控制过程。最后，进入“交通灯的时间控制”模块，控制交通灯使之在规定的时间间隔内变换信号。仿真界面由六部分组成，索引窗口、3-D画面仿真、操作面板、輸入输出映像表、梯形图程序区域、远程控制。根据控制要求对应于控制面板中输入输出继电器画出I/O接线图，如图1所示：

而后，依次点击“转换”按钮或者F4快捷键、“PLC写人”按钮，完成梯形图的转换和写入后，便可运行程序，在仿真场景区域便能看到自己所编写的程序的仿真效果，若要做细微改动或者校核程序，还可继续编辑梯形图，同时观察仿真区域三灯的明灭情况，进一步将灯的明灭动作与PLC基本指令联系起来。该模块的学习过程中，学习者能够巩固PLC基本指令的应用，通过仿真虚拟出基本指令在实际应用中的功能，例如逻辑取指令“LD”、并联常开触点指令“OR”、串联常闭触点指令“ANI”、驱动指令“OUT”，还能够观察到定时器如“TO K30”延时3秒的延时效果，对学习者来说，仿真软件还帮助提高了逻辑思维，加深了对PLC基本指令的理解。

2）部件分配

随着生产设备的自动化，很多企业都采用输送机进行自动分拣物品，以F-3模块为例，学生以三维动画模式直观体验到输送带根据部件大小分配特定数目的部件至物料盒，走向企业化、社会化、实践化的电气控制。

当按下操作面板上的PBl（x20）以后，机器人的供给指令（Y0）被置为ON，在机器人机械臂完成移动部件并返回出发点后供给指令（YO）被置OFF；当操作面板上的SWl（x24）被置为ON，传送带正转，若SWl被置为OFF，传送带停止。在传送带上的部件大小被输入传感器上（x1），中（x2），下（x3）检测出来并分别放到指定的盒子上面的传送带，当推动器上的传感器检测到部件（x10，X11，X12）被置为ON，传送带停止而且部件被推到盒子里。

学生依次了解必要的细节然后创建程序，并验证操作项目，写入PLC，通过3维动画再次确认程序。利用PLC仿真软件，学生可实时监控运行中的程序，观察程序对应的电气动作，实时监控单条支路程序，分解每一个电气动作，将程序与电气输出动作联系起来，帮助提高学习者的逻辑思维能力，3维声光动画很好的映射出PLC编程控制的特点及优势，避免课堂中教师的枯燥陈述，也将复杂的板书简单化，将文字切换成动画，轻松解决教学难题。甚至对于某一特定动作，教师可引导学生用特殊方法单独控制，单独观察，进一步巩固控制该特定动作的相关PLC指令。

打开操作面板上的转换开关X24，传送带正转，按下操作面板上的PBl（x20），机器人补给一个部件至传送带，每个部件根据大小停留在相應的推动器前，并被推到下方的盒子里。程序如图4所示。

5.FX-TRN设计教学过程中的缺陷

设计教学时，FX-TRN的确有很多优点，在学校场地、设备缺乏的情况下，学生无法直接操控升降机、舞台设备、分拣装置等，利用PLC仿真软件较高效地解决了问题，但是仿真软件毕竟不能完全还原企业中的电气设备，也无法体现出现实中可能随机出现的情况，学生无法真正地做到掌握实际操作情况，况且仿真软件的虚拟模块有限，能够实现的功能受模块的限制，学习者技能提高的空间条件有限。因此，仿真软件FX-TRN仅仅只能作为教学工具辅助教学，在此基础上，结合实训在PLC实验装置上接线，通过校企合作，让学生下厂实习，才能达到理实一体化的职教目的，提高学生的专业技能。

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