MCGS在三菱PLC教学中的应用

陈明忠 于淑萍

南京铁道职业技术学院 江苏南京 210015

MCGS在三菱PLC教学中的应用

陈明忠 于淑萍

南京铁道职业技术学院 江苏南京 210015

为了解决三菱可编程控制器教学中的困难，培养学生的实践创新能力与工程应用能力，采用工业组态软件（MCGS）仿真模拟控制器外围驱动设备。通过用户界面的组态与可编程控制器的控制连接，可方便直观地显示控制器程序运行结果与控制过程状态变化。该方法极大地降低了三菱可编程控制器对外围实际设备的依赖，丰富了实践教学环节的内容，增强了学生的学习兴趣，在实践中取得了良好的教学效果。

组态软件；工业控制；可编程控制器；教学

可编程控制器（PLC）是综合计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型自动控制装置，它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适应工业环境下应用等一系列优点，已成为工业控制的核心。由于PLC在工业自动化中具有重要地位，因此许多高职高专院校都开设了可编程控制器应用方面的课程。PLC控制应用技术是实践性非常强的一门课程。在教学中不仅要进行理论知识的学习，更重要的要通过实验上机练习，通过理论联系实际使学生能最大限度地深入学习是该门课程教学中需要解决的问题。这需要在实验室的设备上进行投入，尤其是需要购置大量的外设模拟设备和装置。如果利用组态软件来仿真模拟PLC的控制对象，则能解决缺少实验设备和实验室建设经费不足装置购置困难的问题。利用计算机软件模拟的低成本，设计多样化的程序来增加学生的实验内容，丰富了PLC实验课的教学效果和学生的工程实践经验，有效提高学生的学习兴趣。对于提高学生的编程技巧和实际动手能力，加深对PLC工业控制过程的理解起到了积极的作用。

一、MCGS简介

MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS软件系统包括组态环境和运行环境2个部分（如图1）。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。

图1 组态软件的结构组成

MCGS组态软件（以下简称MCGS）由组态环境和MCGS运行环境2个系统组成（如图2）。两部分互相独立，又紧密相关。

图2 组态软件的功能与结构

MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境,在运行环境中完成对工程的控制工作。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于工业控制的各个领域,组态软件具有动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、工程报表、数据与曲线等强大功能,在自动控制中占据十分重要的位置,已逐渐成为工业自动化的核心。

二、MCGS与三菱PLC的重构

可编程序控制器原理及其应用课程是一门实用性、工程性和综合性很强的专业课，与工程实际联系紧密，必须压缩理论教学课时，增加实验课时，强化实践性教学环节。应当通过实验、现场实训和课程设计等实践性教学环节，整合资源形成强有力的教学工具，增强学生的综合运用能力，倡导创造性思维。这就需要将组态软件MCGS与课程有机结合起来，重新构建学习情境和学习模块。目前在我院PLC的教学实践中，需要完成很多典型的编程训练。这些被控设备由于需要数量多、费用高，很难按实际需要配置，上机试验通常采用教仪厂的模拟装置（装置挂箱）进行操作。这样做的缺点是操作连线复杂，学生难以理解，不利于学生对工业控制系统的整体把握和学习。因此，在三菱PLC教学实践中，利用MCGS组态软件技术设计开发PLC仿真教学平台，将两者有机结合，对教学手段和方法进行重构，可以达到事半功倍的教学效果，同时还极大地节约了有限的教学经费。

1.教学工具重构

试验室传统教学演示设备对于学习PLC无疑是不可或缺的。教研室课程教学小组为促进实践性教学，维护实验设备，并自己根据教材和大纲设计了相关的实验组态模块。使用时可以任意组合控制组态界面，可实现多重工业控制，且操作简单，利用效率很高，便于学生进行验证性实验和设计性、综合性实验。利用工控组态软件来模拟现场调试、模拟诸如电镀生产线、污水处理、交通灯等控制系统的运行，对学生实践技能的培养,发挥学生的主观能动性及创造力,起到了重要的作用,得到了良好的教学效果。课程设计的课题来自于生产实践与社会生活的各个方面。通过对一个具体的控制系统的设计、调试、模拟运行等过程的训练,使学生亲自体验设计的整个过程,培养了学生综合运用知识的能力,增强了学生的工程应用意识。

物理实体设备，能模拟现实的工业生产作业环境与设备，提供一个与工业自动化环境相似的学习情境，对于PLC工业控制自动化的教学是必不可少的，在实际的教学实践中占有重要地位。在构建教学工具体系中，它的地位处于基础模块。这个模块的构建和发展是开发其它模块的基础，虽然有了MCGS组态软设备模块，但这个模块不仅不能否定，而且在条件和教学费用允许的情况下，还应该得到充实和扩展。组态软件教学工具模块位于工具体系的上层，是基础层的应用和发展。利用组态软件的功能，可开发出任意工业控制界面和控制装置的设备库。设备库由教师按照教学大纲的要求和实验项目、实训计划分别开发组合而成，与运行环境一同构成MCGS软设备模块。

2.学生学习心理重构

根据基于工作过程和工作任务为驱动的课程改革要求,我们需要创建一种有效的PLC工程教学情境,使师生之间的交流达到最优化,而学生的学习质量也受到所用教学技术的积极影响。实验室教学情境的设计也应该和课堂教学一样严格,这一点尤其重要。这是因为教室的环境与实验室的环境不同,学生的心理发生了变化而造成的。这种变化既有主观原因,也有客观原因。针对具体的教学情境,结合学生心理变化特点,对其学习心理进行分析和重构。除了教学因素以外,实践教学环境还要面对一些课堂教学中不存在的障碍。教师与学生所依赖的是具体物理设备和计算机软件,实际设备操作时依赖于设备的工作状态和具体操作方式,这些都会对学生的学习心理活动产生影响。比如设备外部显示接线复杂,系统调试困难,会对学生的心理预期产生干扰,使学生有挫折感和畏难感而削弱了教学效果。同时过于具体的操作过程容易掩盖真实的工业自动化控制的应用背景,使学生产生困惑感。

兴趣是学习的动力，有了兴趣才有求知的欲望，才会克服困难主动学习，向着即定的目标做不懈的努力。学生在一开始接触可编程控制器课程时，可先接触那些模拟工业自动控制的教学设备，使学生认识这些设备的结构、功能、原理和使用方法。接下来应让学生充分利用MCGS自动控制画面直观形象等特点，让学生受到视觉冲击。让他们亲自上机操作，以其新颖性、趣味性、真实性吸引学生，营造一个符合学生心理特点的教学环境。使学生对PLC的学习产生浓厚的兴趣，并且有一种迫不及待地学习，急于想编制程序并看到程序输出结果的欲望。这样学生才会有成就感，同时获得最大的心理满足，不断追求学习的层次和目标。颜色鲜艳，画面生动的组态界面，会让学生身临其境地感受到“所想即所成，所见即所得，所做即所现”的效果。对学生的认知心理产生一个强化作用，这个作用会直接转换为学习信心和学习动力。通过对教学组件工具模块的合理配置和综合使用，学生的学习心理就会得到重构。其变化是克服了在实验室上课时散漫随意的消极心理因素，而转向认真活跃求知的积极心理状态。

三、实践环节设计与实施

在讲述PLC控制器编程指令时,先讲几条指令,然后引导学生用所讲的指令,编几个简单的程序运行，即完成几个简单小项目并且用组态软件来现场模拟。然后,教师再提出几个简单项目的要求,鼓励学生自己用已学过的指令,编控制程序来实现这些小项目。

在练习中，学生就会自然而然地掌握指令的应用、编程方式、PLC与计算机之间程序的相互传递过程、程序调试方法等，避免了学生死记指令的枯燥学习过程。在教师引导编程和学生自己独立编程的过程中，一次次创造学生的学习成就感，使其更渴望学习后面的指令，编制出功能更多，控制更复杂的程序，为后面课程内容的学习打下良好的基础。不断地学习不断地练习，既巩固和提高了学生的理论水平又强化了学生的现场操作技能，实现理论与操作都得以提高。实施操作过程中把硬件模块与MCGS软组件模块的应用贯穿始终，而不用单独地学习枯燥的硬件知识。

在项目教学工具的实施过程中，要注重两方面的问题。一个是避免学生的注意力和学习精力过多地投在MCGS软件本身上。软件的使用开发对于学生来说是不要求的，防止增大学生的学习负担。组态软件仅提供一个模拟设备平台，让学生看到程序运行的结果，感受工业自动化控制的效果。另一个是开发的组态软件学习模块呈现的层次结构和使用的方式方法要有利于学习效率的提高，使学生的创造性、积极性得到好的发展。随着边讲边练式教学的进行，控制指令逐渐为广大学生所掌握。这时候就可以进入实践的提高阶段，为学生提供一些稍具规模的综合性项目。在这些项目的练习过程中，指导学生对所学指令进行比较归纳，从而总结出解决同类问题的最佳方案，以实现对知识的融会贯通。在教学过程中，学生由认知到熟悉，从熟悉到理解，从理解到应用，完全符合学生的认知规律。不仅实现了教学大纲确定的目标要求，而且培养了学生的实践创新能力和工程应用能力。

四、实施效果与结论

组态软件MCGS引入本学期三菱PLC教学实践中近一个学期。经过教学实践检验和对考核表的分析，学生对可编程控制器课程的学习兴趣有了明显改变。实验和实训的出勤率提高，学习过程中的态度变得更加积极主动，更愿意独立地完成某一项目训练。更为重要的变化是，在教室的理论课堂上，学生也表现出了较好的学习状态。如课堂提问回答的准确率提高，课后作业完成的质量也有所提高。越来越多的学生开始认识到PLC的专业知识和工业控制应用离他们很近，而他们掌握这些知识和技能对他们来说是有益的。这就是说组态软件的应用，拉近了静态课本知识与知识应用的距离,使他们更加愿意学习,愿意探索和创新。

专业课教师应该有目的地完善组态软件的设备模块，不断开发和优化以MCGS为运行平台的教学工具，使其更好地应用于三菱PLC的教学实践中。也可吸收有兴趣的学生参加组态软件模块的开发，引导学生参加工程实践活动，以期最大限度地提高学生的实践动手能力，为学生将来能够立足社会、服务社会打下良好的基础。

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The using MCGS for mitsubishi PLC’ teaching

Chen Mingzhong, Yu Shuping
Nanjing institute of railway technology, Nanjing, 210015, China

In order to solution the difficulty in mitsubishi PLC teaching, promote the ability of p ractice innovation and engineering automation control project to students, this paper proposes the method that MCGS is used to simulated external equipment of the controller. The result of PLC program can be display view directly and indefinitely through MCGS configuration graphical user interface connect to PLC’s communicated connection.This method mostly reduces denpendce mitsubishi PLC to outside equipments.In additionally, students are attracted by the rich teaching materials and vivid means, effort has been achieved in teaching practice.

configuration software; industrial control; programmable controller; teaching

2009-10-21

陈明忠，硕士，工程师。于淑萍，硕士，副教授，动电学院院长。