PLC課程項目式教學(xué)平臺的設(shè)計與開發(fā)

李敏

【摘要】本文根據(jù)PLC課程項目式教學(xué)的需要，提出利用組態(tài)軟件開發(fā)PLC仿真教學(xué)平臺。搭建的PLC項目式的教學(xué)平臺能有效提高學(xué)生的興趣，編程技巧和動手能力，大大豐富了PLC課程的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】高職;PLC 項目式教學(xué);組態(tài)軟件

《PLC應(yīng)用技術(shù)》是一門重要的工業(yè)控制的基礎(chǔ)課，與工程設(shè)計聯(lián)系緊密。項目式教學(xué)法可以很大程度上提高該課程的教學(xué)效果，鍛煉學(xué)生的操作技能。本文主要探討利用組態(tài)軟件技術(shù)開發(fā)PLC項目式的教學(xué)平臺的開發(fā)與應(yīng)用。

1.可行性分析

PLC課程在項目式教學(xué)實施過程中，遇到的最主要的問題在于實踐平臺。PLC的控制對象非常復(fù)雜，包括機、電、液、氣等。實物模型開發(fā)困難且成本高，并且一經(jīng)制作完成，就是固定的，學(xué)生無法任意組合，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。廣泛采用指示燈演示，又無法直觀地看到被控過程的真實情況，不利于學(xué)生對工控系統(tǒng)的整體把握和學(xué)習(xí)。

而采用組態(tài)軟件開發(fā)PLC的教學(xué)平臺，用軟件制作的組態(tài)虛擬被控對象可以代替實物設(shè)備，它不僅能接受PLC發(fā)出的控制信號，也能向PLC發(fā)出各種命令信號，還能與PLC之間進行各種狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸，以動畫形式演示PLC控制對象的工作過程，讓學(xué)生可以較直觀的體驗控制對象的實際工作狀態(tài)，更好的掌握課程要求的理論與操作技能點;還可以利用組態(tài)軟件的可開發(fā)性特點，實現(xiàn)項目內(nèi)容的可開放式設(shè)計要求，達到了降低相關(guān)的教學(xué)成本的目的。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

PLC項目式教學(xué)平臺的硬件主要由PLC、上位機（微型計算機）和控制面板組成，采用上、下位機結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對PLC編程控制的仿真調(diào)試。上位機MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控PLC相關(guān)器件的動作，并傳輸?shù)浇M態(tài)軟件，從而作出相關(guān)的反應(yīng)，例如電機的旋轉(zhuǎn)，電機運行，控制對象的移動，燈光指示，電壓、電流等模擬量值的顯示。

PLC使用編程口通過專用電纜與上位機的RS232C串行通信口連接，達到數(shù)據(jù)交換的目的，用于PLC程序的寫入、調(diào)試及上位機對控制過程的仿真。在MCGS組態(tài)軟件設(shè)置方面需先進行“設(shè)備組態(tài)”。設(shè)備組態(tài)方法是先調(diào)用MCGS串口通訊父設(shè)備構(gòu)件，再找到三菱FX-232子設(shè)備構(gòu)件，并掛接在串口父設(shè)備下。

圖1 PLC項目式教學(xué)平臺系統(tǒng)構(gòu)成

3.開發(fā)實例

在該教學(xué)平臺設(shè)計中，采用的組態(tài)軟件是MCGS組態(tài)軟件，選擇的PLC是三菱的FX2N系列。該教學(xué)平臺由液體混合控制項目、交通燈控制項目、搬運機械手控制項目、運料小車控制項目、水塔水位控制及電梯控制項目組成，它們是電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用典型，下面我們以水塔水位控制為例，說明利用組態(tài)軟件MCGS開發(fā)PLC項目式教學(xué)平臺。

3.1 方案設(shè)計

水塔水位控制的工藝過程描述如下，在自動控制狀態(tài)下，當(dāng)水池水位低于水位下限開關(guān)S3時，此時S3為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)五秒后，若水池水位沒有超過水池下限水位S3時，則系統(tǒng)發(fā)出報警;若系統(tǒng)運行正常，水池下限液位開關(guān)S3為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)水池水位高于水位上限S4時，則S4為ON，電磁閥關(guān)閉。

工程方案的主要框架為PLC實現(xiàn)控制要求，調(diào)試好PLC和組態(tài)軟件的通信，由MCGS軟件進行組態(tài)監(jiān)控。再對工程運行進行調(diào)試，根據(jù)調(diào)試結(jié)果進行改進。

3.2 PLC程序設(shè)計

在程序上分別由Y1，Y2控制進出水閥，水位傳感器有2個，分別反應(yīng)上下水位的狀態(tài)，水位傳感器分別與M1，M2兩個繼電器對應(yīng)。

主要由傳感器發(fā)命令給PLC，PLC再根據(jù)傳感發(fā)送的狀態(tài)進行控制，在主程序上采用判斷性的語句。可以設(shè)定兩個中間繼電器，由中間繼電器反應(yīng)水位變化的狀態(tài)，再由中間繼電器作為觸發(fā)條件控制兩個電機的啟停，這兩個電機主要控制水位閥的開關(guān)，可以由PLC的Y1，Y2控制，其程序如圖2所示。

3.3 組態(tài)軟件監(jiān)控畫面的設(shè)計

基于MCGS可以完成建立一個新工程、項目畫面設(shè)計、定義數(shù)據(jù)變量、進行動畫連接和添加仿真設(shè)備，使整個畫面能仿真運行等任務(wù)。新建窗口，在元器件庫中加入需要的元器件，將用戶窗口中的對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象進行關(guān)聯(lián)，再通過設(shè)置與PLC建立連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。最終連接圖如圖3所示。

3.4 組態(tài)運行

用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動畫顯示和控制流程是否正確，最后，對模擬設(shè)備組成的控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試。進入運行環(huán)境，就能按照實驗規(guī)定的控制流程，出現(xiàn)相應(yīng)的動畫效果。再接上PLC進行連機調(diào)試，MCGS的模擬運行界面應(yīng)和PLC的輸出運行狀態(tài)一致。通過實現(xiàn)上位機對下位機PLC的直接控制。

4.教學(xué)平臺使用過程

教學(xué)過程中可以通過計算機屏幕為學(xué)生展示開發(fā)好的仿真控制畫面，讓學(xué)生形象直觀的觀察控制系統(tǒng)的構(gòu)成和被控對象的工作過程。

學(xué)生進行項目設(shè)計時，可以按照每個項目的控制要求和PLC輸入輸出表，學(xué)生自行設(shè)計PLC接線圖和PLC控制程序，通過運行仿真畫面，學(xué)生可驗證PLC程序正確與否。根據(jù)運行對程序進行修改和完善。能提高學(xué)生參與實踐的積極性和動手能力，豐富學(xué)生的工程實踐經(jīng)驗。

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課題項目：本文系2013年無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級教學(xué)改革課題“PLC課程項目式教學(xué)平臺的開發(fā)與實踐”的研究成果（項目編號：57201304）和2012年江蘇省實驗室研究會立項課題“電類課程虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建與實踐”的階段性研究成果（項目編號：GS2012YB10）。