虚拟仿真软件在专业群课程S7-1200 PLC教学中的应用

温玉春 王京

摘 要：电气控制与PLC控制技术作为我院机械制造与自动化专业群的一门核心专业课，其实践性和应用性都很强。但新冠肺炎疫情爆发后，很多高校进入线上教学，学生无法接触到PLC实际设备，给本来教学难度就很大，设备资源不足的PLC课程教学提出了新的要求。将仿真软件引入教学，采用虚实结合教学模式，以提高教学效果。本文以S7-1200PLC为例，就虚拟仿真软件的选择、虚拟仿真软件在S7-1200PLC教学中应用实践及教学效果等方面进行阐述。

关键词：线上教学；虚拟仿真软件；S7-1200PLC教学

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.10.088

0 引言

随着工业“4.0”和“中国制造2025”的出台，企业的升级改造势在必行，我国需要大批量从事自动化工程技术的高技能人才，而高职学生将会占据较大比重。《电气控制与PLC控制技术》作为我院专业群的一门核心课程，旨在培养学生PLC控制系统的设计、安装、调试的能力以及从事相关职业岗位所具备的职业素养。PLC课程的专业性和应用性非常强，自2020年新冠疫情爆发以来，很多高校转入线上教学，学生无法接触到配套设备，他们严重缺乏实践训练，教学难度很大。为解决这一问题，将仿真软件应用到PLC教学中，配合任务驱动教学法，能够培养学生开发PLC控制系统的基本工程能力和相关职业能力。

一个PLC控制系统，包括硬件电路和软件程序两个部分，这就要求学生既能进行硬件电路的设计、安装及调试；又能进行PLC控制程序的编写和调试。因此，要选择满足以上两个要求的仿真软件。

1 仿真软件的选择

西门子系列PLC在国内的市场占比第一，S7-1200系列属于中小型PLC，是顺应时代发展的产物，因其产品序列多，通信功能强、扩展模块丰富被广泛应用在工业生产、自动化产线、智能制造、机器人等各行各业。以下就S7-1200PLC教学中如何选择合适的仿真软件进行分析。

1.1 TIA（博途）PLC SIM仿真软件

S7-1200PLC对应的编程软件是TIA（博途），该软件是西门子公司发布的一款全新的全集成自动化软件，功能强大。TIA软件有其配套的仿真软件PLC SIM仿真器，在安装TIA软件时，如果安装了PLC SIM软件就可以使用，需要注意的是CPU的固件版本必须在4.0以上才支持仿真功能。该软件除了对一般的逻辑控制程序进行仿真外，还可以仿真PLC与触摸屏之间的通信。但这款软件无法对外围硬件设备进行直观地演示，也做不到学生关于硬件电路的安装与调试方面的训练。这对于还不了解PLC控制系统的构成、不理解PLC控制系统工作过程的初学者来说，这款仿真软件显然不能满足教学要求，无法突破课程难度。该软件的使用需要学生具有一定的PLC控制系统的知识储备，这就需要一款过渡的仿真软件。

1.2 宇龙机电控制仿真软件

应用宇龙仿真软件，学生可以自由搭建硬件平台，还可以编制对应的控制程序。该仿真软件是由上海宇龙软件工程有限公司参照职业标准，结合典型职业能力的要求研发的，能基本实现教学过程与生产过程的对接。软件分为桌面软件和在线仿真两种，桌面软件需要密钥；在线仿真需要账号，在线仿真配备了强大的实训平台。实训平台中，教师可以创建课程，发布任务，查看学生完成的进度。学生完成任务后系统会自动评分。该仿真软件能模拟仿真场景，让原本枯燥的理论知识通过仿真软件生动地展现在学生的眼前，也提升了学生的学习兴趣。但是该仿真软件不能完全仿真出TIA编程软件的强大功能，比如PLC与其他设备的通信、触摸屏的组态等，该仿真软件暂时还无法实现，因此这款软件也不能完全满足教学要求。

通过以上分析，以上任何一款软件都无法独自满足教学要求，本文综合应用以上两款仿真软件展开教学，取长补短以提高教学效果。

2 仿真软件在S7-1200PLC教学中的应用

在S7-1200PLC教学中，先利用宇龙机电仿真软件，使学生对PLC控制系统有了基本认识，再利用TIA（博途）配合PLC SIM仿真软件重点训练指令的应用。虚实结合，S 7-1200PLC整门课程的教学大致分为三个阶段。

2.1 利用宇龙仿真软件搭建小型PLC控制系统

课程开始阶段，利用宇龙机电仿真软件，让学生按照老师的启发，一步一步搭建硬件平台，完成程序编辑和系统调试，使学生初步建立PLC控制系统的概念，了解PLC控制系统的组成，理解PLC控制系统的工作过程，能完成简单PLC控制系统的安装和调试。安装好软件，在桌面形成该软件的快捷方式，双击打开后，在弹出的窗口中输入申请的账号和密码进行登录，登录完成后默认进入“宇龙机电控制仿真软件”的“机电控制系统”功能界面，如图1所示，空白部分即为机电控制仿真平台。

在“机电控制系統”功能界面中，学生点击左边“元器件”即可选择所需的元器件，包括继电器、主令电器、低压断路器、接触器、熔断器、PLC、各种电源、电动机等。选中后，在绘图区域单击鼠标左键即可放下元件。各元件的位置可以根据需要进行调整；然后通过选择工具栏中的“导线”，即可完成各个元器件之间的连接，在接线的过程中，可利用工具栏中切换视图按钮进行视图的切换。图2为利用宇龙仿真软件搭建的“PLC实现电动机正反转”的硬件电路，右键点击PLC，可进入编程界面进行控制程序的编写、调试及运行，这一阶段锻炼学生的硬件搭建和PLC初步编程能力。

2.2 利用宇龙在线仿真实训平台训练学生编程能力

学生熟悉了PLC控制系统的设计流程，具备PLC控制系统的硬件接线能力后，重点练习编程指令的应用。利用宇龙仿真实训平台中的实训任务进行强化训练，平台中每一个任务，都配有自动评分功能，学生可根据得分情况反复练习，进一步巩固所学知识和技能，突破课程重难点。图3为在线实训平台任自动门卷帘门控制程序任务硬件系统区（场景区）和程序编辑区。程序编辑区仿真TIA博途编程软件，具有程序的编辑、下载和调试功能。学生根据控制要求，直接在编程区编写程序，配合给定硬件和场景进行系统的调试和运行。实践证明，教师布置的任务，学生的完成度在90%以上，平均分在80分以上，与传统理论相比，学生的主观能动性明显提高。

2.3 利用TIA博途PLC SIM软件完成虚拟仿真调试

通过以上两个阶段的训练，关于PLC控制系统的工作过程，学生从观察到实际动手操作，完全理解了软硬件之间的关系，可以脱离硬件设备进行编程和调试。该阶段利用真正的TIA软件和自带的仿真软件PLC SIM进行教学，进行编程拔高训练。该阶段先挑选已完成的任务进行实操训练，培养学生知识迁移的能力；然后利用TIA软件学习触摸屏组态，利用仿真软件进行PLC与触摸屏的通信等方面的学习。打开TIA编程软件，完成设备组态和程序的编写后，点击工具栏中的启用仿真图标，即可启用仿真，新建仿真项目。图4是利用PLC SIM完成流水灯的控制程序调试界面。这一阶段除了进行编程拔高训练外，也让学生认识到仿真软件的作用和局限性，更让学生明白学无止境的道理。

3 结论

本文提出将仿真软件应用在PLC教学中，配合任务驱动教学法，实现了控制对象实际运行的计算机仿真。通过完成仿真任务，使学生理解PLC控制系统的工作过程，学会如何设计一个PLC控制系统，学会PLC编程指令的用法，能够运用常用的编程方法完成小型控制系统的程序设计，提高了教学质量。

参考文献

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[2]沈跃，黄永红.S7-1200PLC控制技术课程教学改革[J].教育现代化，2017，4（39）：5557.