基于觸摸屏仿真軟件的PLC教學課件與實驗平臺研究和實踐

董淮北

（安徽淮北煤電技師學院 機電工程系，安徽 淮北235000）

一、引言

多媒體教學通常采用PowerPoint、Flash等軟件制作的課件，對于只局限一般動漫或圖片教學的課程是能滿足的，但對PLC課程，使用一般多媒體課件是不能滿足實際教學需求的。利用觸摸屏編程軟件建立多個畫面進行圖形界面的設計，制作出線段、圖形、文字符號等顯示PLC控制對象，并通過投影儀時時同步顯示PLC教學課件內容，使PLC學習更加豐富、生動、直觀。課件畫面的圖形元件與PLC程序對應I/O地址，既能達到多媒體教學演示，又能與PLC仿真運行顯示被控對象工作狀態(tài)。我們利用新型教學課件的開發(fā)，能夠與PLC課題項目工作過程同步開展，又能進行仿真實驗代替實物實驗，可以降低實驗成本，豐富實驗內容，增強實驗效果。

二、課件控制系統(tǒng)的介紹

課件系統(tǒng)包括由計算機控制與軟件通信系統(tǒng)、PLC的驅動控制系統(tǒng)、電力拖動控制系統(tǒng)、觸摸屏仿真界面投影儀顯示系統(tǒng)等組成。

1.計算機控制與軟件通信系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要功能是數(shù)據(jù)的接收和運算處理，并將數(shù)據(jù)傳送給其他設備，上至PC機，下至PLC可編程控制器，由三菱編程軟件、仿真軟件、觸摸屏界面設計軟件及觸摸屏仿真軟件系列軟件組成的。將三菱編程軟件、仿真軟件、觸摸屏界面設計軟件及觸摸屏仿真軟件安裝在同一個文件夾下，并調試其軟件，使之能通訊鏈接。軟件數(shù)據(jù)通信是課件核心、控制中心、信息通訊服務站。

2.PLC的驅動控制系統(tǒng)

PLC通過通信接口與上位機相連，并將處理后的數(shù)據(jù)送至上位機，上位機為普通PC機，三菱PLC編程軟件，下位機為三菱FX2N型可編程控制器。PC機與PLC之間使用SC-09電纜將PC機RS232串口和FX2N型PLC的通訊口相連，其中USB通信接口與計算機相連接完成計算機對PLC編程、調試和監(jiān)控等功能。系統(tǒng)通過驅動程序和這些外部設備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)和指令。在教學課件中根據(jù)實驗要求編輯PLC控制程序，再將編輯好的PLC程序導入仿真軟件虛擬PLC中，利用虛擬控制界面對PLC進行控制，程序執(zhí)行的結果將以動畫的形式在計算機顯示器上直觀的顯示，從而提高了實驗效果。

3.電力拖動控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)一般有斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器等構成的電氣線路主電路為PLC所控電路的主要組成部分?？刂齐娐肥荘LC作為控制核心的系統(tǒng)控制部分，由PLC執(zhí)行軟邏輯程序(主要是梯形圖程序)輸出實現(xiàn)驅動接觸器，進而實現(xiàn)電動機的啟動控制。電動機是生產(chǎn)機械設備的動力源。

4.計算機熒屏顯示與投影儀顯示系統(tǒng)

此系統(tǒng)是啟動觸摸屏界面設計軟件在計算機上設計與制作相關圖形、文字符號、線段等為提供給學生教學內容的界面。然后通過觸摸屏仿真軟件打開觸摸屏界面設計內容，計算機將數(shù)據(jù)送至投影儀，再由投影儀實時顯示，進行系統(tǒng)延伸、擴展。

三、設計控制方案

1.硬件控制關系與系統(tǒng)圖

如圖1所示，計算機與PLC連接，通過RS232串行通信線向PLC傳送編程控制程序，通過上位機串口對下位機(PLC)進行監(jiān)控輸入和輸出顯示工作狀態(tài)。由PLC執(zhí)行軟邏輯程序輸出實現(xiàn)驅動接觸器，進而實現(xiàn)電動機的啟動控制。計算機與投影儀連接，投影儀將教學課件內容進行實時投影顯示。

2.軟件控制關系與系統(tǒng)圖

如圖2所示，PLC編程軟件編寫程序輸入到PLC程序仿真軟件，即虛擬PLC可代替PLC設備，運行PLC仿真軟件，將PLC程序寫入虛擬的PLC中，實現(xiàn)PLC程序仿真運行。另一方面，觸摸屏界面設計軟件制作出線段、圖形、文字符號等在PLC程序有對應I/O地址。通過啟動觸摸屏仿真軟件打開觸摸屏界面設計軟件，即觸摸屏仿真軟件使計算機取替觸摸屏，進而通過鼠標點擊觸摸屏仿真軟件畫面的開關符號可控制課件畫面動作及電動機的控制。

四、課題項目與課件制作的過程實例

以PLC控制三相交流電動機Y/△減壓啟動教學內容制作教學課件過程為例。

首先，在觸摸屏界面設計軟件制作相關基本畫面，根據(jù)需要在一個工程設計中建立一個或多個畫面（如圖3所示）進行圖形界面的設計。課件圖形界面主要由各種圖形符號組成,其中一些符號如常用電氣符號、梯形圖指令。

第二，凡是需要進行動態(tài)顯示的圖形，對象均要設置動畫連接,使其能夠根據(jù)變量變化產(chǎn)生一定的動作，需要建立I/O地址。作為它們在仿真狀態(tài)下通常要接收人發(fā)出的命令,可控制系統(tǒng)輸入部分的圖形對象包括按鈕、開關以及輸出部分，如線圈或指示燈等（如圖4所示）。

第三，在配電板上按照電動機的Y/△減壓主控制線路的電器布置圖，安裝電源開關、熔斷器、按鈕、接觸器、熱繼電器和PLC設備等等，并布設主電路及PLC外部接線。

第四，啟動三菱PLC編程軟件GXDeveloper,按照電動機Y/△的控制回路的工作過程，完成PLC程序設計如圖5，點擊“梯形圖邏輯測試啟動”，如圖6自動建立PLC與仿真CPU的連接,自動啟動觸摸屏仿真軟件,將程序以及運行參數(shù)寫入仿真軟件,此時仿真PLC的CPU處于RUN模式,仿真PLC的電源處于接通狀態(tài),掃描方式為連續(xù)掃描。

最后，設計好觸摸屏界面之后,運行觸摸屏仿真軟件。再從觸摸屏仿真中打開設計好的觸摸屏界面文件,便可以實現(xiàn)PLC與觸摸屏聯(lián)機通訊。通過點擊觸摸屏仿真軟件的按鈕，通過PLC控制相應的電器通電與斷電，實現(xiàn)對控制設備運轉的可測可控。

五、課件運行調試方法與步驟

（1）按照實驗要求完成PLC配電板面板的接線。

（2）將PLC和PC機進行連接配置。

（3）分別運行GXDeveloper、GXSimulator、GTDesigner2及GTSimulator2軟件和投影儀。

（4）調試軟件語言之間的通訊，PLC是否能正確驅動相應對應輸入信號與輸出信號。

（5）打 開 配 電 板 電源開關，點擊GTSimulator2軟件畫面啟動按鈕或操縱配電板的物理按鈕，觀察接觸器、電動機是否動作，同時也注意觀察課件顯示畫面是否與實物動作一致性。

（6）有問題即時停電。實驗完畢即時停電。

六、結束語

綜上所述，本項目集PLC技術、電工技術、計算機知識為一體，探究PLC仿真技術如何采用虛擬實驗代替實物實驗的一次嘗試。在為期兩年的教學研究過程中，豐富課堂內容,增強課堂的教學效果，提高了學生對PLC課程學習的主動性和興趣，較好的提高了學生設計PLC程序的能力，收效顯著。另外，這種課件給研究者的學習和調試帶來了很大方便,該虛擬仿真方法能直接從屏幕上觀察出PLC控制結果的正確與否,有利于編程人員掌握電氣控制系統(tǒng)的程序設計與調試。這也是其他多媒體教學課件無法做到的。

[1]胡學林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]陳建東.高職PLC與觸摸屏軟仿真實驗教學模式的探索[J].當代教育論壇（管理研究），2010（7）.

[3]徐艮.PLC仿真軟件在設備管理中的應用[J].設備管理與維修,2009(7).

[4]褚淵博.PLC、觸摸屏仿真軟件在交通信號燈系統(tǒng)設計中的應用[J].石家莊鐵道學院學報（自然科學版），2010（1）.

[5]袁云龍．基于組態(tài)軟件的PLC控制系統(tǒng)仿真實現(xiàn)[J]．自動化儀表,2006(5).