組態(tài)仿真在PLC教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了基于MCGS組態(tài)軟件與西門子S7-200系列可編程序控制器的機(jī)械手自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)過程。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；PLC控制系統(tǒng)；仿真

1 PLC的組態(tài)仿真實(shí)現(xiàn)

PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)PLC仿真是實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵。而實(shí)現(xiàn)PLC仿真的實(shí)質(zhì)，是使某種設(shè)備能模仿PLC控制系統(tǒng)中除PLC以外的所有輸入、輸出設(shè)備，而且這些設(shè)備能根據(jù)用戶程序（如梯形圖程序）運(yùn)行起來。

為了實(shí)現(xiàn)以上要求，選用了人機(jī)界面作為模擬設(shè)備。它有豐富的輸入、輸出指示器，經(jīng)設(shè)計(jì)可以用來模擬現(xiàn)場的各種設(shè)備，并即時顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；它模擬的主令控制器件可以直接在觸摸屏上操作；它還具有強(qiáng)大的策略構(gòu)件，使人機(jī)界面得以執(zhí)行數(shù)值運(yùn)算、邏輯判斷、流程控制、數(shù)值傳送、數(shù)值轉(zhuǎn)換、計(jì)時器、計(jì)數(shù)器等，還可以模擬更智能化的控制設(shè)備的需求；另外，它的運(yùn)行方式與PLC相類似，采用循環(huán)掃描方式；更為重要的是，PLC和人機(jī)界面之間的寄存器數(shù)據(jù)可以直接讀取。這樣就很好地解決了用戶程序的輸入和識別問題，也就實(shí)現(xiàn)了對PLC的仿真。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

利用“MCGS”軟件設(shè)計(jì)PLC仿真控制對象，是指在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行事先編寫好的應(yīng)用程序，用軟件來代替硬件（被控對象）的工作，借助計(jì)算機(jī)屏幕觀察控制過程與結(jié)果。仿真PLC控制對象的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。上位機(jī)微機(jī)配有“MCGS”軟件和西門子PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN軟件，下位機(jī)采用西門子S7-200型的PLC。“MCGS”軟件通過RS232接口與PLC之間進(jìn)行通信，并監(jiān)控PLC所有存儲器、控制器及I/O接口的狀態(tài)，以變量值的形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，供上位機(jī)使用、處理。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

利用“MCGS”軟件設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件，可以仿真多種PLC控制對象。仿真的被控對象不僅可以接受多種由PLC發(fā)出的控制信號，如邏輯開關(guān)信號、繼電器控制信號、脈沖信號和各種數(shù)值信號等，還能按照程序的算法以動畫、數(shù)值、文字、標(biāo)尺等形式在計(jì)算機(jī)屏幕上反映出PLC的控制過程與結(jié)果，可以直接從屏幕上觀察PLC的控制結(jié)果正確與否；“MCGS”亦可向PLC發(fā)出各種命令信號，如邏輯開關(guān)控制信號、繼電器開關(guān)信號、中斷信號及位置信號等。“MCGS”還能以按鈕、滑動標(biāo)尺、數(shù)值輸入及單選框、復(fù)選框等形式向PLC發(fā)出各種命令和輸出各種參數(shù)，以配合PLC的控制，反映PLC與被控對象（軟件仿真的被控對象）及控制結(jié)果之間的關(guān)系。

要使畫面中各圖素能夠生動、逼真的運(yùn)動或顯示，在“MCGS”中需定義一些內(nèi)存變量與外部I/O變量進(jìn)行配合，并通過在其應(yīng)用程序命令語言中書寫程序控制自己的應(yīng)用程序，驅(qū)動畫面，用這種仿真方法開發(fā)PLC仿真控制對象，其優(yōu)點(diǎn)是周期短、費(fèi)用低、可靠性高，能節(jié)省電力資源，維護(hù)要求較低，不會危及人身和設(shè)備安全；同時，其模擬效果逼真，人機(jī)界面生動友好，能達(dá)到很好的實(shí)驗(yàn)效果。

4 機(jī)械手控制系統(tǒng)組態(tài)仿真實(shí)例

4.1 控制要求

按下啟動按鈕后，機(jī)械手下移5S，夾緊2S，上升5S，右移10S，下移5S，放松2S，上移5S，左移10S，最后回到原始位置，自動循環(huán)。

4.2 變量及PLC地址分配

總之，隨著現(xiàn)在教學(xué)手段的不斷發(fā)展，組態(tài)仿真技術(shù)越來越普遍的應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程中，它很好地解決了PLC課程實(shí)驗(yàn)需要實(shí)際控制對象的問題。另外，仿真控制對象開發(fā)簡單，研制周期短，并且具有練好的兼容性及可擴(kuò)展性，不需要維護(hù)，集眾多優(yōu)點(diǎn)于一體，所以開發(fā)多個仿真控制對象，可以使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多樣化，趣味化，能夠更好的達(dá)到教學(xué)目的。同時，用組態(tài)軟件建立實(shí)際工程的監(jiān)控畫面，與自動控制設(shè)備組成控制系統(tǒng)，能較好地模擬工程實(shí)踐情況，極大增加了學(xué)生的興趣，系統(tǒng)接線方便，實(shí)驗(yàn)效果好，有利于提高學(xué)生的動手能力和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3]王兆義.小型可編程序控制器實(shí)用技術(shù)（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008.

作者簡介

劉廣（1982-），男，講師，漢族，碩士研究生，主要研究方向：電子信息工程教學(xué)及研究。