PLC技术在工控组态软件课程中的应用研究

吴其 杨田

1、沈阳工学院信息与控制学院2、辽宁省重大技术装备战略基地建设工程中心

引言

在计算机测控系统中，实现监控功能的组态软件具有举足轻重的作用[1-2]。近年来，计算机软件技术的快速发展带动了组态软件技术的发展进程，其中，图形界面设计、面向对象编程等技术的发展尤为迅速。目前，除了一些小型的测控系统需要开发者自己编写应用程序外，大中型的测控系统，都需要选择一个合适的组态软件。基于此，电气专业和自动化专业的本科生应该掌握工控组态软件的课程内容，并能灵活运用到实际工程项目中。

工控组态软件及应用是一门综合应用性课程，内容涵盖监视与控制通用系统（Monitor and Control Generated System，MCGS）组态软件的应用基础、MCGS组态软件高级应用以及MCGS组态软件应用实例等内容。MCGS作为一款通用型的组态软件具备易学易懂、上手快、应用广，且对操作系统要求不高等优点，因此，为了使学生能够较好地了解上位机监控系统的概念以及掌握监控系统的开发过程，需要学习MCGS组态软件。为了满足应用型技术人才的培养目标，笔者尝试在本门课程的教学过程中，从以下几方面进行改革。

1 成果导向，以学生为中心

为了培养高素质应用型人才，并满足教学大纲要求，基于成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）理念，本门课程选用自编教材。课程以项目教学为导向，选用5个经典工程案例作为教材主体内容，通过这些实际案例，引出组态软件的教学内容，可以使学生较为全面地掌握组态软件的开发过程及使用方法。

OBE教育理念主要聚焦在学习成果上，不采用单一手段评价教学效果，通常用多元和梯次的方法进行教学评价。通过引入OBE教学理念，可以很好地使学生掌握本课程内容，教学效果较显著。

教学设计采用解读课前任务、以项目为导向学习当堂课的内容、通过练习案例、检验学习效果的方式进行。通过各种项目案例比如简易交倒计时、简易电梯升降设计等案例由浅入深地进行设计，使学生在各种典型案例设计中，逐步提升个人能力，通过多方位的考核方式，如学生当堂展示作品、小组测评等方式，多元评价作品成果，较为全面地掌握学生的真实情况，使学生能够更好地掌握课程内容，教学效果较为显著。

2 引入PLC技术，提升应用性特点

MCGS为上位机监控系统，在实际工程中通过通信模块控制PLC使受控对象完成相应操作，具体控制流程如图1所示。因此，孤立的学习MCGS组态软件已经不能满足实际工程项目的需要。基于此，将PLC技术引入组态软件教学中，学生通过组态软件搭建监控画面后，将PLC与组态软件建立连接与通信，可逼真模拟实际设备的工作状态，完成各种复杂多样的工程案例，提升了本门课程综合应用的特点。

图1 控制系统框图

比如控制流水灯闪烁案例，要求PC与PLC之间建立数据通信，要求PC接收PLC发送的开关量输入信号状态值，并在程序中显示出来。通过编程电缆将PC串口与PLC编程口连接起来，实现两者的连接，使学生在运行程序时，在PLC上输入信号点亮指示灯，则程序画面中的对应虚拟信号灯由绿色变成红色，较为逼真地模拟了实际设备的工作状态，提升了学生的学习兴趣和应用特点。

3 采用翻转课堂，培养学生的创造力

教学改革后，本课程在教学过程运用启发性教学、探究性教学、协作学习以及翻转课堂等现代教育理念，同时根据每节课的授课内容以及个体学生特征，设计教学方法。

为了提升学生的学习热情，同时培养学生的创造力，本门课程采用翻转课堂的方式进行授课。在教学环节设计中，针对部分实验内容，采用只给出设计题目和基本要求，在满足基本功能要求的基础上，充分发挥学生的想象力，让学生自主设计实验内容，并在课堂上进行展示、讲解。通过此方式，极大地调动了学生的主观能动性，培养了他们的创造力，收效显著。

本课程在教学过程中引入调研环节，采用协作学习的方式，使学生按照不同的题目进行分组调研。学生利用课余时间分组查阅资料并将研究成果以书面和口头的形式进行汇报。这种教学方式调动了学生学习的积极性和主动性，使学习过程真正成为学生在教师引导下探求知识的过程。培养学生自我学习能力，通过课堂讲解和课后查阅相关文献资料，使学生能够对本课程进行自我探索和学习。

4 基于创新创业理念，培养全方位人才

教育部明确指出，在高等学校开展创新创业教育，是深化高等教育教学改革，培养学生创新精神和实践能力的重要途径。根据本门课程特点，基于教育部和高校倡导的深挖课程中创新创业教育理念的要求，本课程将创新创业教育理念同课程内容相融合，培养学生理论与实践相结合的能力，从而提高教学质量，增强学生社会责任感和创新创业能力。

创新创业教育的广义定义是指以培养具有创业基本素质和开创型个性的人才为目标，不仅仅是以培育在校学生的创业意识、创新精神、创新创业能力为主的教育，而是要面向全社会，针对那些打算创业、已经创业、成功创业的创业群体，分阶段分层次地进行创新思维培养和创业能力锻炼的教育[3-5]。针对高校教育而言，使学生具备创新创业能力，可以通过以下三方面进行培养：创新性、创造性和实践性。

表1 创业意识与创新精神

工控组态软件课程的培养目标和创新创业教育理念相契合，通过多个工程案例以及学生自主设计实验等教学环节，提升学生创新性、创造性和实践性的能力。本门课程的理论学时和实验学时各占一半，同时在理论学时中穿插具有典型功能的工程小案例，提高学生操作时间，让学生在课堂中通过多学、多练、多用来提升综合设计能力。同时，教师会在教学过程中引入使用组态软件企业的相关介绍，使学生了解本课程和企业的联系，认清自身所学的知识对于企业有什么用处，能为企业解决什么样的问题。从而极大地刺激学生对理论内容的学习兴趣、增强学生的求知欲。从而对就业、创业、创新等产生兴趣、爱好，提高学生创新意识和创业能力。