基于 PLC 和 MCGS 軟件在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳琴

摘 要：因?yàn)镻LC技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域占有重要的地位，所以PLC技術(shù)已成為高校電類專業(yè)的必修課程。本文將PLC技術(shù)與MCGS組態(tài)軟件相結(jié)合，將其運(yùn)用到PLC課程的實(shí)踐教學(xué)中來，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了PLC仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)。實(shí)踐證明，在教學(xué)中運(yùn)用該系統(tǒng)提高了學(xué)生對(duì)工業(yè)過程控制的感性認(rèn)識(shí)，從而提高了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：MCGS；仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；PLC 中圖分類號(hào)：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 收稿日期：2015-12-14

為順應(yīng)社會(huì)需求，高校中的電子專業(yè)、電氣專業(yè)等相關(guān)專業(yè)都已將PLC作為一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課程納入教學(xué)大綱。[1]但是在教學(xué)中存在一些問題，比如說學(xué)生對(duì)PLC在自控領(lǐng)域的應(yīng)用缺乏感性認(rèn)識(shí)，對(duì)工作原理理解不透，對(duì)課程缺乏興趣等。

為解決上述問題，本文以立體倉庫為例，設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，將PLC技術(shù)與MCGS組態(tài)軟件相結(jié)合，并將其引入教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

1.仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成

本系統(tǒng)由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）、外圍設(shè)備組成。上位計(jì)算機(jī)中安裝PLC編程軟件和MCGS組態(tài)軟件，其主要功能是通過MCGS軟件中的仿真監(jiān)控畫面，對(duì)立體倉庫運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行仿真和監(jiān)控。[2]下位機(jī)采用S7-200型PLC，上位機(jī)與下位機(jī)通過PC/PPI電纜連接進(jìn)行通信。除此之外，還有PLC的外圍設(shè)備。系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）I/O分配。系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)：立體倉庫子系統(tǒng)、自動(dòng)車庫子系統(tǒng)、升降機(jī)控制子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)可以單獨(dú)運(yùn)行，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。三個(gè)子系統(tǒng)共用一個(gè)PLC和外圍設(shè)備，每個(gè)子程序有各自對(duì)應(yīng)的I/O分配。

（2）系統(tǒng)的硬件接線圖。立體倉庫中最關(guān)鍵的機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)，本立體倉庫子系統(tǒng)主要仿真堆垛機(jī)的運(yùn)行過程。堆垛機(jī)有三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)：Z方向的伸叉運(yùn)動(dòng)、X方向的行走運(yùn)動(dòng)、Y方向的升降運(yùn)動(dòng)，分別由三臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制。磁柵尺被安裝在倉庫里，堆垛機(jī)的升降位置可以被磁柵尺檢測到，然后通過數(shù)字I/0口信號(hào)轉(zhuǎn)移到PLC，PLC通過閱讀來自傳感器的信號(hào)控制電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)可靠定位和安全運(yùn)行。

3.軟件設(shè)計(jì)（MCGS）

（1）控制要求分析。系統(tǒng)啟動(dòng)，根據(jù)出入庫要求，自動(dòng)將貨物搬運(yùn)到指定的位置，結(jié)束操作。整個(gè)系統(tǒng)分為出庫操作和入庫操作兩個(gè)大的模塊。已入庫為例，在進(jìn)行入庫作業(yè)時(shí)，貨叉要上升到上浮位置，貨叉運(yùn)行機(jī)構(gòu)將貨叉伸出，然后貨叉下降到下浮位置，這樣貨叉才能將貨物放到指定的貨位上，貨叉運(yùn)行機(jī)構(gòu)將貨叉縮回。系統(tǒng)再次掃描指定貨位的貨物有無檢測傳感器，如果此時(shí)檢測到指定貨位上有貨物，則堆垛機(jī)回歸初始位置等待下一命令。

（2）MCGS組態(tài)仿真軟件設(shè)計(jì)。MCGS 組態(tài)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，根據(jù)控制要求，分別對(duì)結(jié)構(gòu)圖中的各環(huán)節(jié)進(jìn)行組態(tài)。

①用戶窗口設(shè)計(jì)。立體倉庫畫面如圖3所示。仿真軟件設(shè)計(jì)首先是組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)，為了使仿真效果更加形象，增加了如庫位顯示的指示燈，還有堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫等。②實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)的處理中心，系統(tǒng)各部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)公用區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可視化處理。完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立后，將組態(tài)畫面與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，建立動(dòng)畫連接。③運(yùn)行策略。運(yùn)行策略是指對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行流程控制的方法和條件，它能夠?qū)ο到y(tǒng)執(zhí)行某項(xiàng)操作和實(shí)現(xiàn)某種功能進(jìn)行有條件的約束。

本文仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了保證完成計(jì)劃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)外，還實(shí)行開放式管理，具有綜合性和開放性的特點(diǎn)，既能開設(shè)多個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，又調(diào)動(dòng)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，主動(dòng)性大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹輝，霍罡.可編程控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]徐菱，等.基于PLC的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化技術(shù)，2005，（1）：72-73.