基于組態(tài)軟件的P L C虛擬教學實驗系統(tǒng)的開發(fā)與應用探究

李玉琴，余金永，鄧明楊

（廣西城市職業(yè)學院，崇左 532200）

1 引言

目前，我國計算機網絡技術飛速發(fā)展，工業(yè)自動化的水平也越來越高，在工業(yè)的應用與生產中，組態(tài)控制軟件、PLC等的作用尤其凸顯，它的作用也是非常重要的，這些技術已經成為控制工業(yè)流程的核心存在，各高校為了在這一領域發(fā)展更多地應用技術型人才，對PLC應用技術這一核心課程也提起了足夠的重視，對其教學環(huán)節(jié)以及教學效果加以看中。不過，大部分學校添置的實驗設備的數(shù)量不足，而且其相應的功能也有很大的限制，在這些高職院校中，有限的實驗資源遠不足大量的實驗項目，這就對教授這門課程提出了相當大的挑戰(zhàn)?；诮M態(tài)軟件MCGS的PLC虛擬教學實驗系統(tǒng)這一平臺不僅能解決教學當中供不應求的困難，還可以開發(fā)出很多靈活的仿真項目，使學生們的創(chuàng)新能力和綜合能力有所提高，增強學生的學習興趣，豐富實戰(zhàn)經驗。

2 基于組態(tài)軟件的PLC虛擬教學實驗系統(tǒng)的開發(fā)與設計

2.1 PLC虛擬平臺的組成

計算機、MCGS組態(tài)軟件、通信電纜、PLC以及編程軟件和一些外部設備等是PLC虛擬實驗平臺的重要組成部分，如果一些輸入設備類似開關、按鈕等無法正常使用時，完全虛擬的實驗平臺也可以構成。通過MCGS組態(tài)軟件構造這種PLC虛擬設備，使現(xiàn)場被控制的設備由計算機和一些組態(tài)軟件系統(tǒng)所取代，被控制的設備將由PLC虛擬實驗系統(tǒng)運行與控制。在進行PLC實驗時，使用者可以利用通信電纜對上位機進行PLC和IO端子的數(shù)據(jù)采集以及驅動模擬設備的正常進行，實現(xiàn)PLC相應的功能的同時對其系統(tǒng)進行檢測，看它的功能是否正確。

2.2 PLC虛擬教學實驗系統(tǒng)的開發(fā)與設計

根據(jù)控制系統(tǒng)的不同，它所控制的功能以及輸入和輸出的設備也有所不同，首先要明確系統(tǒng)的要求設計相應的仿真動畫界面，然后對數(shù)據(jù)對象進行設置，選擇不同的運行方案，設計設備設計與通道的連接等，下面為大家舉了機械手虛擬仿真實驗的例子，簡要分析它的運行過程。

2.2.1 圖形界面仿真動畫設計

構造機械手的模型其中包括機械手以及其內部的按鈕，相關的感應元件和電磁閥等。第一步要建立機械手虛擬仿真實驗系統(tǒng)這一工程，利用MCGS多種的繪圖工具對這些元器件制作動畫效果，設計出來的圖形就是虛擬的硬件設備。

2.2.2 設計實時的數(shù)據(jù)庫

MCGS組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)交換和處理中心是實時的數(shù)據(jù)庫，建立此數(shù)據(jù)庫的意義在于定義數(shù)據(jù)的對象，其所關聯(lián)的圖像根據(jù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)值的變化會產生與之相對應的動畫效果。通過定義變量的窗口可以實現(xiàn)定義變量的功能，機械手實際的運行狀態(tài)可以被模擬出來。

2.2.3 動畫鏈接

前面所介紹的虛擬設備的畫面是靜止的，如果想要達到動畫效果，就要對其進行連接。當變量的值發(fā)生變化時，相應的圖形也會以動畫的形式表示出來，反之也成立，如此可實現(xiàn)二者間的雙向控制。在機械手虛擬控制系統(tǒng)中，要對機械手進行上下左右移動并調整可見度，設置按鈕的操作屬性以及指示燈的可見度等，還要對一些控制系統(tǒng)加以報警，數(shù)據(jù)管理等組態(tài)過程，在主要控制的窗口下進行菜單的設計。根據(jù)元器件的屬性定義它的名稱以及相應的動畫表達式，動畫連接便可以實現(xiàn)了。另外，在變量關聯(lián)定義好后，有時需要一些腳本編程，比如機械手移動的動畫連接過程。

2.2.4 控制程序的編寫

在命令語言編輯器中使用事件命令語言窗口建立程序，以此來完成開關量的事件描述，在應用程序語言窗口下編寫程序。根據(jù)機械手虛擬控制系統(tǒng)的要求編寫相關程序，程序可以根據(jù)信號發(fā)出的指令和其所在的位置判斷機械手的運行方向。

3 PLC虛擬教學實驗系統(tǒng)在平臺中的實現(xiàn)

在基于組態(tài)軟件的PLC虛擬教學實驗系統(tǒng)的平臺進行實驗時，使用者需要參考連接進行的配置，根據(jù)實驗要求把程序設計好并且下載，將PLC的模式設計成RUN，關閉編程的軟件，打開要運行的實驗工程對實驗平臺進行調試。如果通道的數(shù)據(jù)顯示為0，證明連接成功。從而運行PLC系統(tǒng)，MCGS組態(tài)軟件會讀取其中的數(shù)據(jù)，被控制對象的動作會被模擬出來，可以判斷程序的正確性，如果檢測出來程序有錯誤，就要對程序進行修改，按照上面介紹的方法對程序重新進行驗證。

需要提起注意的一點是，基于組態(tài)軟件的PLC試驗平臺的模式還可以完全虛擬化，如果PLC硬件缺乏輸入設備，上位機會給系統(tǒng)發(fā)送啟動或者暫停的信號，但學生必須要對PLC程序進行調整，要對原來程序中已經使用過的代碼進行區(qū)分，如此而言，當計算機裝有MCGS和PLC編程軟件以及一臺PLC和一根電纜便可以實現(xiàn)PLC虛擬教學實驗系統(tǒng)。

4 結束語

筆者通過基于組態(tài)軟件設計出來PLC虛擬的教學實驗平臺，包括了很多控制對象，這些對象既有簡單的練習也有復雜的邏輯控制，畫面生動形象，操作簡單方便，具有很強的實用性。這種實驗平臺可以解決各高校有限的資源的同時也可以提高學生的學習興趣，實驗證明，基于組態(tài)軟件的PLC虛擬教學實驗系統(tǒng)比較符合實際，可以推廣并加以借鑒。

[1] 李寧.基于工控組態(tài)軟件的PLC虛擬實驗系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子測試，2014（9x）：8-10.

[2] 劉力.基于組態(tài)的PLC虛擬教學系統(tǒng)的研究[J].電氣自動化，2015，37（4）：106-108.