基于MCGS的PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：本文介紹的PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，是運(yùn)用MCGS開發(fā)的系統(tǒng)，融合了理論和實(shí)踐教學(xué)，將控制現(xiàn)場通過該系統(tǒng)進(jìn)行直觀的模擬，節(jié)約了教學(xué)成本的同時，又保證了與實(shí)物教學(xué)相當(dāng)?shù)慕虒W(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PLC；MCGS；模擬仿真；仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.6；TP273-4

《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程具有很強(qiáng)的實(shí)用性，在教學(xué)過程中，學(xué)校為了保證實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，通常會花費(fèi)大量的資金來配備實(shí)訓(xùn)設(shè)備，而本文設(shè)計的PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，是充分利用了計算機(jī)軟件的模擬仿真的技術(shù)，代替了具體實(shí)訓(xùn)設(shè)備，這樣在保證了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的同時，大大的降低了教學(xué)成本。

1 PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)完全遵循了《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程的特點(diǎn)和教學(xué)規(guī)律，依照由基本指令到高級指令，由簡單語句到復(fù)雜語句的結(jié)構(gòu)設(shè)計順序，采用了項(xiàng)目式模塊化的設(shè)計手段，在MCGS平臺下構(gòu)建完成的。

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)共分為認(rèn)識PLC、PLC指令進(jìn)階實(shí)訓(xùn)和綜合實(shí)訓(xùn)等三個模塊。其中模塊一認(rèn)識PLC包含了認(rèn)識PLC和熟悉編程軟件共兩個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目；模塊二PLC指令進(jìn)階實(shí)訓(xùn)包含了三相異步電動機(jī)點(diǎn)動運(yùn)行控制、三相異步電動機(jī)點(diǎn)動運(yùn)行控制、照明燈的異地控制以及順序起動控制、自動門程序控制、電動機(jī)星角減壓起動控制程序、交通紅綠燈控制程序、密碼鎖控制程序、彩燈控制、多臺電動機(jī)起動控制、自動往返送料小車控制、小車自動尋址控制和搶答器控制等十二個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目；模塊三綜合實(shí)訓(xùn)包含了大小球分揀控制、步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)速控制、自動售貨機(jī)的電氣控制和萬能銑床的電氣改造等四個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。上述的三個模塊，共包含了18個具體實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，而每一個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目又分別從背景知識、任務(wù)分析、任務(wù)實(shí)施、仿真測試和知識拓展等五個環(huán)節(jié)來完成課程的教學(xué)任務(wù)，這樣的設(shè)計是非常符合從理論到實(shí)踐的教學(xué)規(guī)律的，通過這樣的教學(xué)設(shè)計，學(xué)生在收獲扎實(shí)的理論知識的同時，還可以通過仿真測試環(huán)節(jié)來提高學(xué)生實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目控制的興趣。

2 PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的方案實(shí)現(xiàn)

PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)主要包括一個主畫面和若干個用戶字畫面，其中任何一個畫面都是按照一定的組態(tài)設(shè)計流程來完成的。具體組態(tài)設(shè)計流程如下：

（1）根據(jù)需要建立一個或多個用戶窗口；

（2）在每一個用戶窗口中，利用軟件中提供的各種圖形對象、符號和圖元等構(gòu)件設(shè)計出畫面；

（3）在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)需要建立變量，它們可以是開關(guān)型、數(shù)值型和字符型等各種類型；

（4）將這些變量與畫面中的各個元件依次對應(yīng)起來，并根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的動畫屬性設(shè)置；

（5）根據(jù)動畫需要，可進(jìn)行腳本程序的編輯，這樣畫面中的元件就可以按照程序的設(shè)計進(jìn)行動態(tài)演示了；

（6）建立多個畫面之間的動畫連接；

（7）進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。

3 自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)例

3.1 構(gòu)建界面

首先在用戶窗口中新建一個窗口，命名為：“自動門控制系統(tǒng)”，并在窗口屬性中，可設(shè)置窗口名稱和窗口標(biāo)題等內(nèi)容。

雙擊進(jìn)入“自動門控制系統(tǒng)”窗口，利用工具箱中的各種工具，分別繪制出道路、車庫、待入庫汽車，同時在車庫大門位置畫出升降門（可用矩形代替），在車庫上方畫出超聲傳感器用于檢測是否有待入庫車輛，在卷簾門上下兩端畫出上下限位開關(guān)用于檢測卷簾門轉(zhuǎn)動的極限位置，在車庫合適位置畫出光電開關(guān)用于檢測車輛是否完全進(jìn)入車庫等畫面元件。

進(jìn)入實(shí)時數(shù)據(jù)庫窗口，點(diǎn)擊“新建對象”，并在“對象屬性”中設(shè)置對象名稱、初始值、對象類型等屬性，依次將所有變量全部添加完成。

返回“自動控制系統(tǒng)”窗口，將其中需要動態(tài)顯示的元件，如待入庫汽車、各個傳感器、卷簾門等，分別與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的新建變量進(jìn)行對應(yīng)。

根據(jù)控制要求，待入庫汽車和卷簾門需要動起來，另外幾個傳感器也需要根據(jù)檢測信號的不同有所變化，因此為了實(shí)現(xiàn)此功能，需要進(jìn)行腳本程序的編輯。進(jìn)入“運(yùn)行策略”窗口，首先新建一個“循環(huán)策略”，命名“小車入庫”，用于實(shí)現(xiàn)小車移動，雙擊此新建策略后，增加“腳本程序”選項(xiàng)并雙擊進(jìn)入，編寫如下程序：

小車入庫數(shù)值 = 小車入庫數(shù)值 + 1

IF 小車入庫數(shù)值 >= 200 THEN

小車入庫數(shù)值 = 200

ENDIF

為了實(shí)現(xiàn)卷簾門的移動，可利用同樣方法，進(jìn)入“卷簾門”循環(huán)策略中的腳本程序，編寫如下程序：

IF 小車入庫數(shù)值 > 60 AND 小車入庫數(shù)值 < 190 THEN

卷連門數(shù)值=卷連門數(shù)值+1

ENDIF

IF 小車入庫數(shù)值 >190 THEN

卷連門數(shù)值=卷連門數(shù)值-1

ENDIF

IF 停止=1 THEN

卷連門數(shù)值=0

小車入庫數(shù)值=0

ENDIF

腳本程序完成后，再次進(jìn)入“自動門控制系統(tǒng)”窗口，雙擊待入庫汽車，進(jìn)行動畫連接設(shè)置，在屬性設(shè)置選項(xiàng)卡中，選擇“水平移動”，進(jìn)入后在表達(dá)式內(nèi)選擇“小車入庫數(shù)值”變量，在水平移動連接中，最小移動偏移量選擇0，對應(yīng)表達(dá)式的值為0，最大移動偏移量選擇600，對應(yīng)表達(dá)式的值為200，數(shù)據(jù)可根據(jù)畫面具體情況進(jìn)行調(diào)整，這樣小車的移動功能即設(shè)置完成；同樣的方法進(jìn)入到卷簾門的屬性設(shè)置選項(xiàng)卡中，選擇“大小變化”， 進(jìn)入后在表達(dá)式內(nèi)選擇“卷連門數(shù)值”變量，在大小變化連接中，最小變化百分比選擇100，對應(yīng)表達(dá)式的值為0，最大變化百分比選擇20，對應(yīng)表達(dá)式的值為100，變化方向選擇垂直向下，變化方式選擇縮放，卷簾門的移動功能也設(shè)置完成；其他幾個傳感器可以采用顏色變化的動畫方式，具體方法可雙擊傳感器后，在屬性設(shè)置中選擇“填充顏色”，進(jìn)入后對應(yīng)完成相應(yīng)變量選擇和顏色選擇即可。

3.2 仿真實(shí)現(xiàn)

所謂仿真，就是將現(xiàn)場控制的數(shù)據(jù)實(shí)時的通過畫面中的動畫反應(yīng)出來，要實(shí)現(xiàn)此功能就必須將組態(tài)畫面與PLC進(jìn)行聯(lián)機(jī)。在工作臺界面，雙擊進(jìn)入“設(shè)備窗口”，由于在MCGS中PLC是作為子設(shè)備進(jìn)行工作的，因此要先添加“串口父設(shè)備”后再添加所需品牌及型號的PLC設(shè)備，添加完成后，首先要雙擊進(jìn)入“串口父設(shè)備”進(jìn)行基本屬性的設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括通訊端口、通訊波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗(yàn)方式和停止位位數(shù)等，這些內(nèi)容的設(shè)置要務(wù)必與PLC設(shè)備的通訊參數(shù)設(shè)置保持一致，否則無法正常通訊。

完成PLC與MCGS的連接后，只需要再將添加的PLC設(shè)備中的通道屬性進(jìn)行設(shè)置，并將其與MCGS中的實(shí)時數(shù)據(jù)庫的變量一一對應(yīng)上，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時通訊。具體方法為首先將PLC設(shè)備添加到“串口父設(shè)備”下，成為其子設(shè)備，再雙擊進(jìn)行屬性設(shè)置，在“基本屬性”選項(xiàng)卡中，點(diǎn)擊“內(nèi)部屬性”右側(cè)的按鈕，進(jìn)行通道的增減設(shè)置；再進(jìn)入“通道連接”選項(xiàng)卡中，進(jìn)行通道與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的變量一一連接即可。

當(dāng)PLC與MCGS進(jìn)行聯(lián)機(jī)，并且通道與變量對應(yīng)連接后，再運(yùn)行系統(tǒng)，就可以將PLC現(xiàn)場控制的信號實(shí)時的通過MCGS的動畫演示方式呈現(xiàn)在我們眼前，從而實(shí)現(xiàn)了仿真測試的功能。

4 結(jié)束語

基于MCGS的PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，是一套集理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)于一體的教學(xué)系統(tǒng)，它充分利用了信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)模擬仿真具體的被控對象，硬件被軟件所代替，降低了教學(xué)成本，同時還可以保證與實(shí)物教學(xué)同樣的教學(xué)效果，這就是該系統(tǒng)的教學(xué)意義所在。

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