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高职机电仿真教学研究论文

近年来，随着高职教育的快速发展，实验实训装备的技术水平不断提高，各生产厂家也积极响应教学改革的呼声，开发出适合教改的实验实训装置，为教改的深入开展提供了必要的条件。以机电控制类的实训实验装置为例，大致可以分为两类：一类是模拟式的装置，用开关或可调信号源代替输入信号，用发光二极管或测量仪表显示输出信号，与实际工业设备不同，结构较简单，价格便宜，多数用来训练学生基本的可编程控制器软件开发和外围接线的技能，而一些机电设备工作时的特殊状态难以表达和实现，如运动，旋转等。另一类是将企业真实的装置缩小化，功能基本不变，直接搬进教学课堂，这类产品功能齐全，系统复杂，尽管来源于企业真实的生产环境，但价格昂贵，许多学校无力承担，而过于复杂的系统，在课程教学中不够灵活方便。在文献中介绍了仿真技术和软PLC技术利用软件模拟实现PLC硬件基本功能的方法，但是这些技术不适合初学者学习之用，同样有些运行状态不能直观的表达出来。本文研究一种基于情境仿真的实训教学平台，充分体现“过程导向、任务驱动、学生主体、能力本位”的教学理念，具有直观动态、经济节约、安全环保、资源共享、训练充分、容错性好、拓展性强等特点，在机电一体化综合实训教学过程中，有效控制了教学成本，推进了理论实践一体化教学改革，取得了较好的教学效果。一、实训仿真教学平台搭建在教学过程中，要在上位机模拟显示被控对象的运行，并对按钮开关、传感器等对应的PLC端口进行赋值，必须借助PLC与上位机之间的通讯功能，可以利用VC++、VB等高级语言编程来实现，要求用户必须熟悉PLC网络采用的通信协议，具有较高的程序编写能力，能严格按照所采用的通信协议编写通信程序。而MCGS组态软件提供了不同PLC品牌和型号的通讯驱动程序，使得利用MCGS组态软件实现PLC与上位机的通讯，变得相对简单，如三菱公司的FX系列PLC与MCGS组态软件之间就可以进行连接，通过驱动程序实现PLC与上位机之间的通讯。最简单的仿真实训平台硬件包括一台计算机、一台PLC、一根编程通讯电缆，软件包括MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统）组态软件和GXDeveloper编程软件。MCGS通过对PLC数据的采集处理，以动画显示、报警处理等多种方式表现PLC所控制对象的状态，同时可以通过对PLC数据的写操作，模拟实现输入PLC的检测装置信号，达到完全仿真真实工业系统的目的，创设逼真的工作情境，更好地体现职业性、实用性和可操作性。GXDeveloper则是用来编写、修改PLC的程序，并下载到PLC中。二、PLC与MCGS之间的通讯本文基于三菱FX2n系列PLC搭建基于情境仿真的实训教学平台，MCGS组态软件通过上位机中的USB接口或串口与PLC上的编程口建立串行通讯连接，从而达到操作PLC设备的目的。这样可以通过MCGS操作PLC的内部寄存器以模拟传感器的输入和执行器的输出，并以动画的形式表现被控对象的运行状态，从而便捷地实现课程的理论实践一体化教学，PLC程序的调试不需要再借助于大型、复杂的对象模型，让学生能够更好地体验自己的劳动成果。在MCGS组态软件的设备窗口中调用通用串口父设备构建和三菱FX系列PLC编程口设备构件来建立系统与外部硬件设备的连接关系，FX系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式。要使装有MCGS组态软件的上位机能正确操作PLC设备，必须正确使用和设置三菱FX系列PLC编程口设备构件的内部属性，也即设置PLC的设备通道及其读写类型，以便进行设备通道连接，把PLC设备中的数据送入MCGS组态软件实时数据库中的指定数据对象，同时把数据对象的值送入指定的PLC设备通道。三菱FX系列PLC编程口设备构件把PLC的通道分为只读，只写，读写三种情况，由于设备构件中X输入继电器只能进行只读操作，无法对按钮开关、传感器等对应的PLC端口进行赋值操作，因此在PLC程序中通过M中间继电器替代X输入继电器，在三菱FX系列PLC编程口设备构件的内部属性中增加相应的通道并设置成只写的操作方式，这样就可以通过MCGS中的按钮间接的模拟按钮开关、传感器等输入；通过MCGS中的滑动输入器或输入框把指定的值送入PLC的D寄存器，实现对数值型传感器输入的模拟；同样将Y输出继电器设置成只读的操作方式，在MCGS中通过指示灯的形式显示出来，并根据Y输出继电器的状态编辑相应的动画仿真真实的设备工作状态。三、教学案例设计四层教学电梯系统在各类院校的机电一体化综合实训教学中得到了广泛的利用。其基本控制要求如下：电梯启动后，轿厢在一楼。若第一层有呼梯信号，则开门；运行过程中可记忆并响应其他信号，内选优先，当呼梯信号大于当前楼层时上升，呼楼信号小于当前楼层时下降；如果是内选呼