基于PLC仿真软件的PLC课程任务驱动教学法的探索

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【摘要】基于任务驱动的教学模式是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学模式。在教学过程中，以若干个具体任务为中心，通过完成任务的过程，介绍和学习基础知识和技能，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的综合能力。本文主要基于三菱plc仿真软件FX—TRN—BEG—CL进行plc课程任务驱动教学法的探索。

【关键词】仿真软件 PLC 任务驱动教学法

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）10-0224-02

可编程序控制器（PLC）原理及应用是自动化专业的一门实践性较强的专业课。PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置，是现代工业自动化的四大支柱之首。本课程的目的是使学生掌握三菱PLC仿真软件及其编程技术，通过相应实训项目操作，能够熟练地进行系统配置、程序输入、显示、修改、测试、故障诊断和系统调试。课程对学生的专业理论知识的提高和实操能力的培养起着举足轻重的作用。以下将结合任务驱动教学的特点及其方法，分析PLC课程教学[1]。

1.实用的PLC仿真软件——FX—TRN—BEG—CL

FX—TRN—BEG—CL是一款实用的三菱PLC仿真软件，仿真软件可作为PLC学习的辅助工具如果手头没有实际的PLC，但有PLC仿真软件，则通过程序仿真，能帮助理解指令。利用三菱PLC仿真软件学习，需注意两点：1）仿真不能代替实际调试。虽然仿真软件能够模仿大多数指令的工作结果，但受软件的局限，有的指令不能完全模仿。而且，仿真结果会受到软件版本的影响；比如较早的版本，可能对有的指令就不能取得与PLC一致的结果。还有扫描周期的影响，比如GX仿真软件的扫描周期就固定为100ms，这样对于100ms以下的时钟计数，当PLC的扫描周期远小于100ms时，仿真结果就可能会与PLC的实际运行结果不一致。2）仿真软件仅是学习的辅助手段。用仿真软件学习，终究有纸上谈兵的感觉。所以，有机会应当用实际的PLC学习，或编写实际的应用程序，这样才能形成良好的思考习惯，做好实际应用。因为现场的情况，与试验的环境有区别，甚至有很大的区别。所以前面提到，仿真的“使用效果与实际工作经验很有关系”。学习、试验或工作中，通过两者的比对，总结出软件仿真与PLC现场运行的异同，积累经验，则能够更好地使用仿真功能，减少现场调试时间。

2.任务驱动教学的基本过程和方法

一般说，任务驱动教学的实施过程可以分四个过程或阶段，它们是：任务提出、任务分析、完成任务（任务设计与制作）和交流、评价与总结。由于任务的大小与复杂程度有很大差异，有的任务可以在一节课完成，有的需要一个阶段才能完成，每节课只能完成其中部分子任务，因此，这四个阶段在每节课中所占比例是有很大差异的。

2.1任务提出

任务的提出是十分重要的环节，主要目的是任务的呈现和描述，从而引起学生学习兴趣，使其初步了解本节课或本阶段可能掌握的知识、技能和可以实现的具体目标。任务的呈现和描述方式往往采取两种方式：“样板”方式和文字（语言）描述方式。有时需要二者结合进行。具体采取哪种方式，要根据任务具体内容和教学的需要。

2.2任务分析

任务提出后必须进行任务分析，任务分析的目的和内容包括以下几个方面：（1）使学生进一步理解任务的内容，讨论可能分解出的子任务，以及任务和子任务的关系，从而研究出任务设计的基本思路。（2）明确本节课可能完成的子任务是什么。（3）具体分析子任务包括哪些内容，其中哪些内容可以用过去的知识技能实现，哪些还不知道该怎么实现。这样引导出本节课需要学习的内容，引起学生的注意和兴趣[2]。

2.3任务完成（设计制作）

任务完成（任务设计与制作）应该包括新知识、新功能的学习、探索活动和任务设计活动，不应该理解成学生埋头设计作品的单向活动。首先，任务分析中，我们只发现了本次需要补充的学习内容，但是还没有完成学习。根据任务驱动原则，我们应该在任务设计中学习和探索这些内容。

2.4交流、评价与总结

在学生群体各自完成任务过程中发现倾向性问题，在任务完成之后组织交流，相互介绍中间成果或者最后的作品，交流的目的一方面是通过相互评价，提升学生对于信息作品的评价能力，鼓励学生发挥创新精神，创造有特色的信息作品。

3.基于PLC仿真软件的PLC课程任务驱动教学法的应用

3.1任务的提出

理论讲授以“必需、够用”为度，将理论与操作实践紧密结合，通过课程的学习，学生在PLC基础及应用的理论、实训技能和职业素质方面应达到如下要求：要求学生掌握PLC的硬件结构、工作原理、软件结构和特点、应用领域及主要生产厂家；掌握PLC的编程语言、梯形图的主要设计特点；掌握PLC编程器及编程软件的使用；掌握外部接线图的设计原则；能熟练运用PLC的基本编程指令和编程器编程；掌握梯形图的经验设计法，学习多种常用电路的设计；掌握顺序功能图的基本结构和设计注意事项；掌握步进指令的应用和顺序控制梯形图的编程方法。特别选择设计任务：交通灯控制系统的PLC设计[3]。

3.2任务分析

（1）控制要求。用交通灯控制实验模板模拟路通的分时控制系统。开关合上后，右转始终允许，东西直行绿灯亮4s后灭；黄灯亮2s灭；红灯亮4s；东西左行绿灯亮4s后灭；黄灯亮2s灭；红灯亮4s，南北方向再重复上述过程。灯光显示采用三色二极管，单端加电压分别显示红色、绿色，两端同时加电显示黄色。（2）输入输出端口配置。（3）任务操作过程。①根据课题的要求，用计算机软件编程。②按工艺要求画出控制流程图。③写出梯形图程序或语句程序（自选其一）。④用FX2系列PLC计算机软件进行程序输入。⑤在考核箱上接线，用计算机软件模拟仿真进行调试。⑥随机设置程序故障两处，根据工艺分析故障可能产生的原因。确定故障发生的范围，并进行程序修改。

3.3任务完成（设计制作）

在本模块中，我们采用步进梯形指令并联分支、汇合编程的方法来实现人行横道信号灯的功能。这里把车道（东西方向）信号灯的控制作为并联分支的右面支路，并联分支的转移条件是人行道南北两只按钮的或关系，灯亮的长短利用定时器控制，人行道绿灯闪是利用子循环加计数器来实现的[4]。

程序模拟调试的目的是以方便的形式模拟现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟和软件模拟两种。

将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状节态用PLC上的发光二极管来显示，一般不接PLC实际的负载（如接触器、电磁阀等）。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的状态变化，即该转换所有的不活动步是否变为活动步，所有的活动步是否变为不活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时，应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。

3.4任务评价

任务设计活动中的“亮点”所涉及的思维方法和技巧应该是交流的重要内容。评价、交流和总结活动是使学习成果从纯技术层面提升、内化为信息素养的重要步骤。评价活动不一定都放在一节课的最后，有的问题要及时评价，及时交流，否则就失去或降低评价交流的意义。评价方式也应该形成师生合作和互动方式，应该积极鼓励学生进行互评，从而提升他们对信息作品的评价能力。培养严肃、认真的科学态度和良好的自主学习习惯；培养严谨的科学思维习惯和规范的操作意识；养成独立分析问题和解决问题的能力并具有协作和团队精神；能综合运用所学知识和技能独立解决实训中遇到的实际问题；具有一定的归纳、总结能力；具有一定的创新意识；具有一定的自学、表达、获取信息等各方面的能力。

结论

对于要求复杂的任务，任务的具体要求可以分层次提出，而不要像罗列软件功能清单那样一次性提出。可以根据任务的逐步完成而继续提出进一步完善的要求，这样，可以减轻学生负担，有利于学生逐步建构自己的知识、技能。

参考文献：

[1]陈苏波等编著. 三菱PLC快速入门与实例提高[M]. 人民邮电出版社，2008.8：98.

[2]李春华主编.职业技术教育自动化类课程教学法.国防工业出版社，2008.9：105-106.

[3]武昌俊. “PLC控制技术”课程的任务驱动的项目化教学模式改革[J]. 安庆师范学院学报（自然科学版），2011.05：47-48.

[4]邓慧君. 利用任务驱动法 促进PLC课程的一体化教学[J]. 安徽冶金科技职业学院学报，2009.10：115-116.