基于Automation StudioTM的PLC任务型在线学习模式构建研究
2014-11-10李华
李华
摘 要：该文基于现代信息技术，针对PLC课程进行了任务型在线学习模式的探讨，使得开放教育的实践性较强且难以在课堂外学习的课程能够通过在线学习方式教学。文中引入了一种新型的仿真软件Automation StudioTM，该软件是一款专业性综合仿真软件，可以在机、电、液、电磁、控制等多学科领域进行仿真设计，仿真过程直接明了，用户界面友好。在开放学生中基于该软件对PLC课程采用任务型在线学习方式学习，既有利于学生通过建模、编程、仿真等一系列实践活动以直观的方式完成PLC控制系统的学习，又克服了开放学生学习的时间和地域上的困难，是值得推广的一种教学方式。
关键词：PLC 任务型 Automation StudioTM 仿真 在线学习
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0020-03
现代科学技术的飞速发展，要求我们不停的进行专业知识的学习，将终身学习贯彻到底。目前，不仅是大量的高层次人才需要通过接受继续教育来完善已有的知识结构，而且越来越多的务工人员需要通过终身学习来适应新的工作和生活，以谋求新的发展。在党的十七大关于“发展远程教育和继续教育，建设全民学习、终身学习的学习型社会”的号召下，国家开放大学于2012年创建，她以现代信息技术为支撑，在中央广播电视大学和地方广播电视大学的基础上组建，旨在推动全民学习、终身学习的学习型社会建设。开放大学的学生大多是在职人员，他们要边工作边学习，下班之后再从工作地赶往学校进行学习，特别是随着城市的扩大和生源的乡镇化，使得原来的业余赶往学校学习的模式存在一定困难。基于这样的现实背景，我们针对PLC课程的学习提出一种任务型的在线学习模式，在此模式下，充分利用互联网技术，使得学生不需到校，直接在线完成课程学习，克服了时间和地域上的困难。PLC课程是一门实践性及应用型较强的课程，针对该课程的特点，该文引用一种新型的学科软件Automation StudioTM软件，结合新兴的微课教学形式，进行任务型在线学习模式的探讨。
1 Automation StudioTM仿真软件及特点
Automation StudioTM 是一款综合仿真软件，由加拿大Famic公司开发，该软件能进行多领域建模仿真，包含机、电、液、电磁、控制等多学科领域，所以它是专业性仿真软件，不是课程性仿真软件。系统可由液压、气动、电气之类的单一技术构成，也可由多种技术综合构成。另外，软件可动态仿真回路，观察组件与电路之间的关系，可动态演示组件剖面，它提供了一个涵盖多学科领域、仿真过程形象直观的软件环境。在软件中各元件模型用图标表示，由计算机自动生成回路的仿真描述文件和程序，用户可实时看到仿真动作（见图1）。
Automation Studio TM软件通用性强，已成为流体传动与控制领域设计人员进行系统设计与仿真优化的一种重要工具。界面简单、操作简便、无需专门培训、易学易用是这个软件的显著特点。这些特点使得该软件可以在电气控制的辅助教学方面，发挥重要作用。特别是其生动逼真的仿真效果和强大的分析功能，能够很好的激发学生对PLC控制的学习兴趣。
该文就是利用此软件来对PLC课程进行任务型在线学习探讨，以使PLC的学习更轻松、有效。
2 基于Automation studioTM的任务型在线学习模式构建
该文将利用Automation StudioTM作为仿真设计软件，借鉴项目式教学以任务为驱动，结合微课和MOOC教学形式的特点，利用网络技术进行移动式教学。在开放学习平台上采用任务型在线学习模式，在开放学生中开展了PLC教学实践，现以二层电梯电气控制的教学为例进行说明。
2.1 任务解读模块
首先布置任务，对任务要求进行解读。
2.1.1 控制要求
要求用西门子PLC控制一二层简易电梯，电梯内分别有去一层按钮、去二层按钮、开门按钮、关门按钮，梯外一楼有上行按钮（并有指示灯），二楼有下行按钮（并有指示灯），电梯在一楼或二楼时有对应的指示灯显示。电梯原始状态为一楼且所有门关闭。
2.1.2 转换过程
（1）在梯内按相应按钮时必须有对应的功能，如开门、关门、去一楼、去二楼。（2）在梯外一楼按上升按钮则电梯行至一楼，停稳后开门，待人进入后关门并行至二楼，停稳后开门，待人出去后关门。（3）在梯外二楼按下降按钮则电梯行至二楼，停稳后开门，待人进入后关门并行至一楼，停稳后开门，待人出去后关门。
2.2 微课视频--知识点学习模块
本项目所涉及的控制任务较复杂，是基于前面的梯形图设计基础知识点后较综合的一个案例，要求学生逻辑缜密，运用基本的触点串、并联连接、定时器等实现控制。教师在课前需将相关内容做成微课视频供学生在线学习。
2.3 I/O口分配模块
在网络学习平台上布置完设计任务后，由学生基于网络与同学进行讨论，对I/O口进行分配，然后教师在大家讨论的基础上进行点评，统一I/O端口的分配情况，明确有几个输入信号、几个负载需要控制（见表1）。
2.4 模型搭建模块
在Automation StudioTM中搭建模型，主要锻炼学生对于项目所需元器件的选择与应用，以对整个系统有整体的把握，学生将各自的模型搭建完后，教师给出参考模型（见图2）。
2.5 软件设计模块
进行软件设计以驱动上述模型中的二层电梯能完成3.1要求的功能，并运用Ladder for Siemens PLC模块库，将程序录入Automation StudioTM中。
2.6 在Automation StudioTM中进行仿真观察阶段
运行程序仿真，观察模型工作情况，并根据仿真情况对程序进行修改。在此阶段，可在同一界面上显示程序和模型，且实时对应显示每一仿真步的模型运行情况和程序运行情况。
2.7 检查评价阶段
以上三步学生单独完成，完成项目后，将成果通过邮件发给教师。教师对学生的任务设计情况逐个进行点评，有问题的帮助找到解决的方法，并作出最后的评价。项目实施后给出一个参考，供学生借鉴。
2.8 任务延伸阶段
项目结束后，对学生布置新的任务，在实现二层电梯控制的基础上，增加难度，实现三层电梯甚至四层电梯控制。作为课后作业请学生完成。
通过以上8个步骤，实现由布置任务到目的性学习，再到利用所学知识逐步完成任务的探索，最后教师总结评论，有利于学生对整个PLC控制系统有个整体把握，包括硬件的组合关系和软件的编程；对所编程序的控制作用能以一种更直接明了的方式来验证，在Automation StudioTM软件平台上对任务的控制结果以一种非常直观的方式进行了仿真；对于学生来讲，在学习使用了该软件后，亦可直接在工作中用此软件进行相关的设计仿真，且在机电专业其余课程的学习中，亦可使用此软件进行仿真。
3 结语
该文借鉴了 MOOC的利用网络进行互动式教学、微课的移动学习模式，基于Automation StudioTM软件平台对PLC课程进行了任务型在线学习模式探讨，该学习模式的优势在于：（1）学生能针对个人学习情况反复观看微课视频，根据个人进度安排学习时间，使得时间的安排相对自由化。（2）对于到校上课有困难的学生，能以在线学习的方式参与课程学习，克服了地域上的困难，实现了较小空间满足较大班级的教学。使得PLC在线学习模式得以实现的关键是Automation StudioTM软件的使用，该软件的简单易学、生动逼真的仿真效果等特点使得PLC的在线学习变得生动和易于操作，且破解了开放大学硬件实验设施短缺的难题。
参考文献
[1] 周润景，张丽娜，刘梦男.基于Automation Studio的PLC系统设计、仿真及应用[M].电子工业出版社，2012.
[2] 李乃夫.PLC技术及应用——项目式教学[M].高等教育出版社，2012.
[3] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社，2008.
[4] 加拿大Famic Technologies有限公司[S].AS中文手册.
[5] 西门子公司.SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册[S].2004.
[6] 樊文强.基于关联主义的大规模网络开放课程（MOOC）及其学习支持[J].远程教育，2012（3）：32.
[7] 吴战杰.大数据时代E-learning融合式学习框架——学习的规模效益与个性化的实现途径[J].开放教育研究，2013，19（4）.
[8] 钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究，2013，19（1）.
[9] 李玉顺，马丁.移动学习的现状与趋势[J].中国信息技术教育，2008（3）：9-11.
运行程序仿真，观察模型工作情况，并根据仿真情况对程序进行修改。在此阶段，可在同一界面上显示程序和模型，且实时对应显示每一仿真步的模型运行情况和程序运行情况。
2.7 检查评价阶段
以上三步学生单独完成，完成项目后，将成果通过邮件发给教师。教师对学生的任务设计情况逐个进行点评，有问题的帮助找到解决的方法，并作出最后的评价。项目实施后给出一个参考，供学生借鉴。
2.8 任务延伸阶段
项目结束后，对学生布置新的任务，在实现二层电梯控制的基础上，增加难度，实现三层电梯甚至四层电梯控制。作为课后作业请学生完成。
通过以上8个步骤，实现由布置任务到目的性学习，再到利用所学知识逐步完成任务的探索，最后教师总结评论，有利于学生对整个PLC控制系统有个整体把握，包括硬件的组合关系和软件的编程；对所编程序的控制作用能以一种更直接明了的方式来验证，在Automation StudioTM软件平台上对任务的控制结果以一种非常直观的方式进行了仿真；对于学生来讲，在学习使用了该软件后，亦可直接在工作中用此软件进行相关的设计仿真，且在机电专业其余课程的学习中，亦可使用此软件进行仿真。
3 结语
该文借鉴了 MOOC的利用网络进行互动式教学、微课的移动学习模式，基于Automation StudioTM软件平台对PLC课程进行了任务型在线学习模式探讨，该学习模式的优势在于：（1）学生能针对个人学习情况反复观看微课视频，根据个人进度安排学习时间，使得时间的安排相对自由化。（2）对于到校上课有困难的学生，能以在线学习的方式参与课程学习，克服了地域上的困难，实现了较小空间满足较大班级的教学。使得PLC在线学习模式得以实现的关键是Automation StudioTM软件的使用，该软件的简单易学、生动逼真的仿真效果等特点使得PLC的在线学习变得生动和易于操作，且破解了开放大学硬件实验设施短缺的难题。
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运行程序仿真，观察模型工作情况，并根据仿真情况对程序进行修改。在此阶段，可在同一界面上显示程序和模型，且实时对应显示每一仿真步的模型运行情况和程序运行情况。
2.7 检查评价阶段
以上三步学生单独完成，完成项目后，将成果通过邮件发给教师。教师对学生的任务设计情况逐个进行点评，有问题的帮助找到解决的方法，并作出最后的评价。项目实施后给出一个参考，供学生借鉴。
2.8 任务延伸阶段
项目结束后，对学生布置新的任务，在实现二层电梯控制的基础上，增加难度，实现三层电梯甚至四层电梯控制。作为课后作业请学生完成。
通过以上8个步骤，实现由布置任务到目的性学习，再到利用所学知识逐步完成任务的探索，最后教师总结评论，有利于学生对整个PLC控制系统有个整体把握，包括硬件的组合关系和软件的编程；对所编程序的控制作用能以一种更直接明了的方式来验证，在Automation StudioTM软件平台上对任务的控制结果以一种非常直观的方式进行了仿真；对于学生来讲，在学习使用了该软件后，亦可直接在工作中用此软件进行相关的设计仿真，且在机电专业其余课程的学习中，亦可使用此软件进行仿真。
3 结语
该文借鉴了 MOOC的利用网络进行互动式教学、微课的移动学习模式，基于Automation StudioTM软件平台对PLC课程进行了任务型在线学习模式探讨，该学习模式的优势在于：（1）学生能针对个人学习情况反复观看微课视频，根据个人进度安排学习时间，使得时间的安排相对自由化。（2）对于到校上课有困难的学生，能以在线学习的方式参与课程学习，克服了地域上的困难，实现了较小空间满足较大班级的教学。使得PLC在线学习模式得以实现的关键是Automation StudioTM软件的使用，该软件的简单易学、生动逼真的仿真效果等特点使得PLC的在线学习变得生动和易于操作，且破解了开放大学硬件实验设施短缺的难题。
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[9] 李玉顺，马丁.移动学习的现状与趋势[J].中国信息技术教育，2008（3）：9-11.
