組態(tài)仿真控制技術在PLC教學中的應用

朱春東，魏浡，戴太亮，王華君

摘要：針對PLC教學實驗中存在的問題，介紹了一種將組態(tài)仿真技術應用于PLC教學實驗的方法，分析了該系統(tǒng)的結構功能，開發(fā)工具，開發(fā)關鍵技術和實現方法，以及設計實例。組態(tài)仿真技術與PLC教學實驗結合能極大的豐富實驗內容，激發(fā)學生的參與熱情，從而提高教學質量。

關鍵詞：控制技術；可編程控制器；組態(tài)；教學實驗

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2012）07-0039-02

一、引言

控制技術是一門自動化、電氣自動化、機電一體化等工科專業(yè)的重要課程。傳統(tǒng)的PLC教學實驗課程大多數為教師在課堂上講解理論基礎知識，然后學生在實驗室做一些簡單的、基礎性的實驗，而一些典型的控制對象由于投資大、維護困難，很難在學校實驗室中配備，對實際教學效果造成不良影響。基于此類問題，將組態(tài)軟件仿真技術引入PLC教學，利用組態(tài)軟件仿真多種PLC控制對象與各種工業(yè)現場環(huán)境，并在顯示器中以動畫的方式展現，使得實驗內容更加豐富、生動、直觀。組態(tài)軟件能同時支持各種硬件廠家的PLC、計算機和I/0設備，并可與工控機和網絡系統(tǒng)結合，具有適應性強、開放性好、易于擴展等優(yōu)點，創(chuàng)造出集圖、文、聲、像于一體的新型教學系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)結構與功能

采用組態(tài)軟件“組態(tài)王”kingview6.51作為開發(fā)平臺，上位機為普通PC機，安裝“組態(tài)王”kingview6.51與三菱PLC編程軟件GX Developer，下位機為三菱FX2N型可編程控制器。PC機與PLC之間采用PPI（Point-to-Point）的通信方式，PPI（Point-to-Point）通訊協(xié)議為主/從協(xié)議，PC機為主站，FX2N為從站。在該方式下，使用SC-09電纜將PC機RS232串口和FX2N型PLC的通訊口相連，進行串行通訊。“組態(tài)王”具有良好的擴展功能，能外接各種I/O設備，系統(tǒng)通過驅動程序和這些外部設備交換數據，包括采集數據和發(fā)送數據和指令。每一個驅動程序都是一個COM對象，這種方式使通訊程序與控制端構成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)能夠達到很大的規(guī)模。在教學中，學生利用PLC編程軟件，根據實驗要求編輯PLC控制程序，再將編輯好的PLC程序導入組態(tài)工程中，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，大大的激發(fā)了學生的參與熱情，最終提高教學質量。

三、設計實例

以“選擇卸料地點的小車往返卸料監(jiān)控試驗”為例來介紹組態(tài)軟件的仿真功能應用于PLC實驗教學。該實驗項目要求：有A、B、C三處卸料地點，運料小車每次在起點裝料后，按照現場指令在三處地點中的一處卸料，之后自動返回起點裝料。

1.制作控制界面。在上位機（PC機）中利用組態(tài)王建立實驗工程，利用圖庫管理器建立和編輯實驗界面。在控制界面通過虛擬按鈕控制小車的啟動、行程開關等，并在A、B、C和起點處設置指示燈顯示實時狀態(tài)，實際操作界面如圖1所示。

圖1 實驗操作界面

2.編寫控制程序。根據控制要求編寫PLC控制程序，如圖2所示。

圖2 PLC邏輯圖

3定義變量與動畫連接。根據控制要求、PLC程序、組態(tài)畫面進行分析，對程序中的變量一一定義。將工程中定義的變量對象與顯示界面的圖形對象建立動畫連接，建立控制按鈕與PLC輸入繼電器X，小車驅動電機與PLC輸出繼電器Y，指示燈與PLC內部輔助繼電器M的映射關系，并定義小車的動畫效果達到模擬仿真的效果。將組態(tài)仿真技術引入PLC教學實驗，極大的豐富了PLC教學實驗的內容，使實驗對象更加多樣性。控制對象以動畫的形式顯示，使教學變得更加生動新穎，增強了學生的參與熱情，提高了教學質量。

得到“湖北省高等學校省級教學研究項目（項目編號：2008078）”資助

參考文獻：

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作者簡介：朱春東（1963-），男，湖北廣水人，副教授，碩士，碩士生導師，主要研究方向為材料成型過程控制和模擬。