Jaroslav Žákech: Využití PLC k výuce základů algoritmizace a programování

Článek popisuje možné nasazení programovatelných logických automatů, které se na technických školách nacházejí za účelem výuky zaměřené na automatizaci procesů v reálném čase, pro výuku základů algoritmizace, která patří k povinným položkám učebních plánů všech středních škol.

Základy algoritmizace a programování lze vyučovat mnoha způsoby. Na jedné straně stačí tužka a papír, na té druhé je možno využít některých moderních a k tomu určených programovacích jazyků a prostředí. Při průzkumu aktuální nabídky by si jistě každý učitel našel produkt, který by byl vhodným pomocníkem při výuce algoritmizace jemu i žákům. Před podobný problém jsem byl postaven i já. Učím na technické škole, tak jsem zvolil PLC (Programmable Logic Controller). Předem bych však chtěl upozornit, že toto řešení je použitelné i pro školy bez technického zaměření.

Proč PLC?

Nabízelo se několik cest vedoucích k cíli. Dnes je nabídka prostředí i jazyků skutečně nepřeberná, ale ne všechny se hodí pro výuku na konkrétním stupni vzdělávání. Často dochází k tomu, že si učitel vybere podle vlastního uvážení a žáci pak při procházení jednotlivých ročníků tu odzkouší Scratch, tu se dostanou k Logu, tu pro změnu k Legu. Tím si sice získají slušný přehled, nikoliv však hlubší znalost. Každé nové prostředí se přitom musí naučit jak učitel, tak i žák, v případě programování je potřeba se navíc seznámit i s jazykem, jeho příkazy a syntaxí.

V naší škole jsou systémy PLC k dispozici, žáci některých oborů se s nimi v průběhu studia setkávají v různých předmětech. Programování PLC je dnes u většiny modelů možné navíc již i „vizuálně“ (graficky), pomocí jazyků FBD, případně CFC, což je i náš případ.

Ukázka programu v jazyku CFC – Hra pro dva hráče měřící rychlost reakce na podnět

Jak na to?

Oba tyto jazyky pracují více či méně se schematickými značkami logických obvodů, s nimiž se žáci seznámí již v předmětech elektronika či automatizace v nbsp;rámci úvodu do tématu číslicové techniky. Díky tomu žáci tyto značky většinou znají a v podstatě odpadá potřeba učit se novému jazyku. Když ne, poznají je při naší výuce algoritmizace a užijí je v budoucnu v dalších předmětech. Kromě těchto značek je možné užít i předpřipravené naprogramované bloky, například časovače. Za další výhodu považuji to, že žáci skutečně pracují s hardwarem, kdy si mohou na výsledek své práce „sáhnout“. Cesta k tomuto „sáhnutí si“ je navíc poměrně rychlá. Po nezbytném teoretickém úvodu a seznámení se s prostředím mohou hned začít se svými prvními projekty, které jsou principiálně velmi jednoduché a velmi názorné – například realizace různých logických funkcí pomocí hradla NAND. Žáci si funkci ověří například pomocí tlačítek či přepínačů na vstupech PLC a indikací pomocí LED na výstupech.

Hardwarové možnosti závisí pouze na technickém vybavení školy. V českém prostředí se nabízí i některé přímo pro výuku určené produkty, například EDUtec Foxtrot, založený na PLC Teco Foxtrot. Je však možné nakoupit i samotné jednotky PLC a výukové panely si vytvořit podle potřeb školy. PLC může mít k dispozici každý žák, stejně tak je ale možné pořídit jedno PLC na učebnu, na kterém žáci budou své programy testovat postupně. Současné produkty jsou již standardně připojitelné do počítačové sítě, což umožňuje vzdálené programování a testování vlastního kódu. Jedno PLC pak bez problémů stačí pro celou skupinu.

Ukázka programovacího prostředí Teco Mosaic (programování pomocí CFC)

Tento článek vznikl jako studentská práce.

Celý článek na spomocnik.rvp.cz.