利用組態(tài)軟件開發(fā)PLC實(shí)驗(yàn)仿真程序的方法與技巧

金恬

受資金、設(shè)備、場(chǎng)地等因素的影響，在PLC實(shí)驗(yàn)仿真程序教學(xué)中常常用LED來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這樣的實(shí)驗(yàn)缺乏直觀性，激發(fā)不起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因觸摸屏的直觀、生動(dòng)、靈活，所以，很多教師都曾試過(guò)用組態(tài)軟件MCGS開發(fā)PLC實(shí)驗(yàn)用的觸摸屏仿真程序。但至今為止，利用觸摸屏建立的PLC虛擬實(shí)驗(yàn)室卻始終沒(méi)有被大規(guī)模推廣。其中一個(gè)非常重要的原因就是編寫觸摸屏程序的工作量太大，其原因主要有以下幾個(gè)方面：

一、元件庫(kù)里找不到需要的元件

組態(tài)軟件MCGS擁有龐大的元件庫(kù)，但元件庫(kù)中能用于教學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的元件真的很少，其中能夠完全合乎需求的元件更少。比如，常見的交通燈控制實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵贛CGS的元件庫(kù)中有交通燈和汽車兩大主要元件，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用MCGS軟件進(jìn)行仿真最多的實(shí)驗(yàn)之一。但查看了流傳的各種方案后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)界面非常簡(jiǎn)陋。為什么呢？因?yàn)樵?kù)里的交通燈和汽車都是二維圖形，左右方向放置的交通燈和汽車看起來(lái)還好，上下方向看起來(lái)就非常別扭了。如果在仿真程序中還想添加其他東西美化一下畫面，豐富一下動(dòng)畫效果，那就變得困難了，因?yàn)樵?kù)里面沒(méi)有所需要的元件。故而元件庫(kù)中可用元件數(shù)量嚴(yán)重制約了仿真實(shí)驗(yàn)程序的編寫。

二、MCGS的軟件畫圖界面相當(dāng)不友好

MCGS畫圖工具箱里可以用的東西不少，有6種基本的圖形，還有其他27種常用圖形，但問(wèn)題是這些工具只適合畫一些簡(jiǎn)單的二維圖形。仿真實(shí)驗(yàn)程序要想吸引學(xué)生就必須生動(dòng)形象，這就決定了仿真程序內(nèi)需要大量的三維圖形和復(fù)雜的二維圖形。

常見畫圖軟件中可以通過(guò)組合多個(gè)圖形，然后擦除不需要部分的方式得到一個(gè)新的圖形，并可以對(duì)新的圖形的各個(gè)部分涂上需要的顏色。但糟糕的是MCGS軟件中沒(méi)有橡皮擦及其類似工具可操作，而且多個(gè)圖形組合形成新圖形之后，也沒(méi)有辦法填充顏色。如要畫一個(gè)半圓，常規(guī)思路就是先畫一根弧線，再在弧線兩端分別畫一根直線，就構(gòu)成一個(gè)半圓，最后在半圓內(nèi)填充上顏色就完工了。但是放到MCGS里來(lái)做就不行了，卡在了最后一步填充顏色上。因?yàn)镸CGS中用多個(gè)圖形組成一個(gè)新的圖形候，只能用構(gòu)成圖符和合成單元兩個(gè)工具，不管是新的圖符還是單元都不能填充顏色。那怎么辦呢？一般在MCGS中的處理方式是先用橢圓工具畫個(gè)圓，在圓內(nèi)部填充需要的顏色；再用矩形工具畫一個(gè)矩形，去掉邊線，把填充色設(shè)置為背景色，用矩形遮住半個(gè)圓，這樣看上去就只剩半個(gè)圓了，最后再在剩下半圓的邊上疊加一條直線，這樣就完成了。

三、程序的標(biāo)準(zhǔn)化程度低

大量研究者設(shè)計(jì)程序時(shí)完全沒(méi)有考慮通用性、標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)致一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)程序編完后，編寫另一個(gè)時(shí)又要從頭開始，這樣就會(huì)帶來(lái)巨大的工作量，所以不解決程序的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題就會(huì)嚴(yán)重的影響PLC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的推廣。在經(jīng)過(guò)大量研究之后，筆者發(fā)現(xiàn)可以從以下幾個(gè)方面著手來(lái)解決問(wèn)題。

1.編寫程序標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化分為兩部分，一是程序結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，盡可能統(tǒng)一程序的界面；二是常用程序段落的標(biāo)準(zhǔn)化，提高程序的重復(fù)利用率。

實(shí)驗(yàn)的界面大致可以分成三個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)介紹界面、IO選擇界面、動(dòng)畫演示界面。在這幾個(gè)界面里面除了動(dòng)畫演示界面變化比較大，其他兩個(gè)界面變動(dòng)都不大。所以統(tǒng)一程序界面之后，每次編寫新的實(shí)驗(yàn)程序，很多地方就不用再畫圖了，只需要更換文字即可，這樣既可以大大節(jié)約編程時(shí)間，又可以為進(jìn)一步美化程序界面提供必要條件。

MCGS的程序主要涉及兩塊，一個(gè)是IO口的鏈接腳本，還有一個(gè)是動(dòng)畫效果腳本。其中IO口的鏈接腳本完全可以標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的IO口鏈接程序，將軟件的IO口做成可選擇的方式，大大增加了軟件的靈活性。這樣的界面看似比固定IO口要復(fù)雜，但是這樣一來(lái)，不管哪一個(gè)實(shí)驗(yàn)，IO口的界面都統(tǒng)一了，教師不用再費(fèi)心向?qū)W生介紹每一個(gè)IO口的具體鏈接情況了。這樣就增加了學(xué)生學(xué)習(xí)PLC編程的靈活性，也節(jié)約了教師大量的上課時(shí)間。比如，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮一盞燈，要把PLC程序里面的輸出端口鏈接到觸摸屏燈的動(dòng)畫上， 此時(shí)只需要做一個(gè)列表組合框，在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)里填“輸出端口1”，在ID號(hào)關(guān)聯(lián)里面填“OUTlink1”，在選項(xiàng)設(shè)置里第一行填“請(qǐng)選擇”，第二行填“Y0”，第三行填“Y1”，其他行以此類推。這樣用觸摸屏在下拉菜單選擇時(shí)，“輸出端口1”這個(gè)字符型變量就對(duì)應(yīng)選中端口的名字，可以用來(lái)自動(dòng)生成IO分配表。而“OUTlink1”就會(huì)對(duì)應(yīng)0、1、2等ID號(hào)。新建一個(gè)循環(huán)腳本，修改循環(huán)時(shí)間為30ms，腳本如下：“IF OUTlink1=1 THEN＼n 燈發(fā)光=設(shè)備0_讀寫y0000 ＼n ENDIF ＼n IF OUTlink1=2 THEN＼n 燈發(fā)光=設(shè)備0_讀寫y0001＼n ENDIF ＼n IF OUTlink1=3 THEN＼n 燈發(fā)光=設(shè)備0_讀寫y0002＼n ENDIF＼n IF OUTlink1=4 THEN＼n 燈發(fā)光=設(shè)備0_讀寫y0003＼n ENDIF”。該腳本可以根據(jù)選擇的ID號(hào)將對(duì)應(yīng)的PLC輸出端口鏈接到MCGS的動(dòng)畫中去。標(biāo)準(zhǔn)化IO口鏈接程序肯定會(huì)增加大量額外的腳本程序，但是這些腳本程序是可以重復(fù)利用的，可謂一勞永逸。

2.充分利用軟件自帶的元件庫(kù)

當(dāng)在MCGS自帶的元件庫(kù)中找不到可用的元件時(shí)，如果從頭來(lái)制作一個(gè)新的元件，工作量實(shí)在太大了，所以不妨換個(gè)思路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題?？纯从袥](méi)有哪個(gè)元件和需要的元件比較相似，或者部分相似?？梢酝ㄟ^(guò)分解單元和分解圖符兩個(gè)功能把元件庫(kù)里的元件拆開，把不需要的刪掉，再修改尺寸，添加一些缺少的部分，最后就可以通過(guò)構(gòu)成圖符和合成單元構(gòu)成需要的元件。如下圖（右）這一個(gè)瓶子，在元件庫(kù)里是找不到瓶子的，但是我們可以找類似的元件來(lái)修改，下圖（左）是元件庫(kù)里面的一個(gè)反應(yīng)器，如果倒過(guò)來(lái)看很像一個(gè)瓶子。要將它變成一個(gè)瓶子有四個(gè)步驟。第一步：選中元件，點(diǎn)右鍵，選中菜單里面的排列和下一級(jí)菜單的分解單元；第二步：將分解出來(lái)的多余的部件全部刪除，比如刻度線、閥門之類；第三步：添加缺少的部件，瓶子蓋，下圖（中）是第二步完成之后的圖形，可以看到只需要添加一個(gè)矩形就構(gòu)成一個(gè)瓶子了；第四步：選中所有部件，點(diǎn)擊右鍵，選擇“排列”，再根據(jù)需要在二級(jí)菜單選擇構(gòu)成圖符或者構(gòu)成單元?？偠灾?，這就是一個(gè)分解、修改、打包的過(guò)程。這樣做充分利用了原有的元件，大大減少了工作量。

在制作仿真程序過(guò)程中把一些應(yīng)用很廣的元件和動(dòng)畫部件保存下來(lái)是一個(gè)很好的習(xí)慣。長(zhǎng)期累積下來(lái)，會(huì)使編程輕松許多。比如，如何使一個(gè)圓看上去在轉(zhuǎn)動(dòng)，最簡(jiǎn)單的就是在圓內(nèi)部加一根弧線，讓這根弧線不停轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)元件用處非常之廣泛，比如在用到傳送帶時(shí)，可以疊加在傳送帶軸上；在用到輪子時(shí)，可以疊加在輪子上。

一個(gè)人的力量終究是有限的。在中國(guó)工控網(wǎng)的自動(dòng)化論壇里面常有網(wǎng)友尋求幫助，希望獲得一些MCGS的元件，也有很多網(wǎng)友伸出了慷慨之手。所以在專業(yè)論壇中與網(wǎng)友交換素材可以更快速地豐富自己的元件庫(kù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐國(guó)林.基于MCGS環(huán)境下的PLC應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（2）：90-92.

[2] 周美蘭，周 封，王岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.