基于MCGS的西門子S7300PLC仿真實驗設計

摘要：西門子S7300 PLC實訓平臺可用于演練和教學的開發和設計工作，另外S7300 PLC內設計較多專業性知識，對于相關人員的職業技能鑒定來說具有較強的實用價值。本文重點分析基于MCGS的西門子S7300 PLC仿真實驗設計，從系統的軟件設計和硬件設計入手。

關鍵詞：MCGS;西門子S7300;PLC;仿真;實驗設計

在機電一體化專業中，PLC應用技術屬于專業的技術基礎課，主要是利用續電器控制為基礎，以微處理器為核心，集網絡通信技術、電氣控制技術和計算機技術與一體，將各種技術的理論知識與實際運用相互結合的綜合性學科。PLC應用技術課程知識點多，涉及范圍廣，工程性和實用性較強，對實踐教學具有很大的幫助。其中包括畢業設計、實習、調研和實踐等等，目的是培養學生的實踐能力和動手能力。隨著科技技術的不斷發展，企業各種生產設備和工藝流程都發生了巨大的變化，而傳統的PLC應用技術主要是通過實驗臺進行操作，已經無法滿足現代社會發展的需求，所以必須要采用全新的PLC應用技術進行實驗教學。本文所研究的MCGS主要是基于微軟系統操作平臺，能夠實現同步動態監控系統和快速構造的組態軟件系統，并在工程領域中發揮著較大作用。基于MCGS的西門子S7300 PLC仿真實驗系統，通過界面能夠更好的控制對象動作過程，使實驗現象更加直觀生動。

一、仿真實訓系統

從目前對PLC控制以及監控系統來看，仿真實驗類型和方案比較多種多樣，且都是根據實際需求而特意制作成的方案并加以實施。[1]仿真系統內含有三個內嵌子系統，分別是多種液體自動混合控制系統、自動送料小車控制系統、機械手控制系統。通過將理論知識帶入實驗實訓過程中，可以讓學生清楚了解到PLC技術的應用價值。仿真實訓系統主要包含兩個機位：S7300 PLC和計算機，計算機內需要安裝一個主界面作為總控平臺，利用主界面可以更好控制和操作各個子系統。每一個子系統軟件都是獨立存在的，硬件安裝在控制柜內，并安裝端口、傳感器、指示燈和按鈕，并且這些硬件共享使用。控制子系統運行的方式有兩種，可以通過上位機監控面板控制，也可以手動操作面板控制。控制原理如下圖：

二、系統硬件設計

（一）接線圖

該系統主要包含S7300 PLC、MPI網線、模擬量輸出和輸入模塊等內容組成，系統硬件連接圖如下。輸出端口Q0.0的作用在于控制送料小車的子系統，不斷在何種系統內都有控制開關量的作用，根據輸出信號性質分別執行不同的任務，所以，必須要在兩個相鄰輸出回路中增加開關加以控制，目的保證系統在運行過程中更加穩定。

（二）系統硬件結構

硬件結構主要包括PLC、計算機、觸摸屏、MCGS組態軟件、RS485和RS232轉換模塊。[2]計算機的用途主要是用來編寫程序和開發軟件;PLC的作用是將計算機與RS485端口進行連接通信;觸摸屏主要是用來進行操作，并展現出模擬仿真畫面。另外計算機還需要使用USB通信連接觸摸屏，將編寫的程序可以傳輸到觸摸屏上進行觀看。

三、系統軟件設計

仿真系統內含有三個獨立的子系統，每個子系統都包含共同兩個組成部分：MCGS組態軟件和PLC控制軟件。PLC控制軟件主要是利用西門子S7300軟件建調試和編寫，實現實時監控的目的。基于MCGS的西門子S7300 PLC監控系統主要包括主控窗口（用于系統主控界面）、用戶窗口（設計人機交互界面）、運行策略（控制工程運行流程）、設備窗口（連接驅動外部設備）、實時數據庫（應用系統數據處理中心MCGS核心）。監控系統的具體流程包括：第一步，打開，建立工程項目;第二步，設計人機界面;第三步，利用實時數據庫模塊建立對應的數據庫;第四步，動畫連接;第五步，設備連接。基于MCGS組態軟件在實施之前，需要對各個子系統控制進行全面分析，并分析設計內容是否合理。

（一）控制要求分析

自動混合子系統工作方式有兩種：自動循環和單周期循環。通過電磁閥控制不同線路的開啟和關閉，從而達到實際需求的目的，比如在多種液體自動混合子系統內，想要制作成一種混合液體，那么就需要控制對應的流動管道，實現混合液體的制作。[3]單周期控制原理為：先檢測是否有液體，若有則直接放空，開啟放液電磁閥，并同時關閉三個進液管道的電磁閥，完成對應的工作。按下啟動按鈕，電磁閥先開啟，其次開關位置檢測到有液體就會關閉電磁閥，根據液體種類以此類推，然后開啟攪拌機，攪拌均勻后停止，最后開啟放液閥開關，根據需要按下停止按鈕即可。所謂的自動循環就是把單周期控制工作進行循環。

（二）MCGS監控軟件設計

根據子系統控制的實際情況，然后根據監控系統的具體流程設計MCGS監控軟件工作流程，第一步，確認需求目的;第二步，設計人機界面;第三步，建立實施數據庫;前三步驟完成需要確認人機界面的圖形是否為靜止狀況;然后把實時數據庫中的數據與人機界面的圖形進行連接，在設置連接后動畫的各種屬性，確保人機界面的圖形能夠接受到指令動起來。[4]

（三）動畫設計系統

動畫屬性是組態控制技術的重要部分，機械手項目連接方式主要有大小變化、垂直移動、水平移動。機械手上下運動主要使用矩形動畫連接;機械手的抓緊和松開動作主要依靠繪制來實行，在組態動畫屬性設置里基本上是對一個圖素分別完成各種動作，包括機械手大小變化、垂直移動、水平移動等等。

四、設備連接與調試

為了保證MCGS系統能夠正常運行，可以隨時讀取指令數據并監控PLC的執行狀態，從而實現實時監控PLC控制過程，那么就需要在MCGS系統內建立PLC與MCGS系統的連接關系。[5]

設備連接具體方式如下：第一步，在窗口增加西門子S7300 PLC設備部件，再設置S7300 PLC的屬性;第二步，先添加PLC存儲器信息，然后在S7300 PLC子設備內設置其屬性，最后在下級設置讀寫屬性和通道屬性，此時需要注意的是每一輸入端口都有一個對應PLC設備通道，設備內部位置必須呀偶遇輸出端口對應起來;第三步，在子設備屬性中，建立連接通道，使MCGS實時數據庫內信息能與內部建立相互對應的關系，另外還需要與PLC輸入輸出端口相互對應起來。設備組態最重要的內容就是通道連接，所以通道連接必須要正確，連接成功后，啟動PLC運行，這樣就可以從監控界面上觀看到所有監控動態狀況。

五、仿真系統主界面設計

仿真系統主界面主要包括六個模塊：機械手PLC、機械手MCGS、多種液體自動混合MCGS、多種液體自動混合PLC、自動運料小車MCGS、自動運料小車PLC，一般情況下都是利用VB語言編寫可視化程序內容。這樣就可以直接從仿真系統主界面進入對應的內嵌子系統。[6]再對子系統進行操作，操作流程：點擊西門子S7300 PLC 編程環境、下載 PLC 控制程序、運行PLC、關閉 PLC 編程環境、返回主界面單擊“機械手 MCGS”、點擊MCGS 組態軟件編程環境、下載 MCGS 組態軟件程序、啟動運行 MCGS 程序、打開監控界面。按照這個操作流程進行操作，就可以直接通過監控窗口進行實施監控控制程度工作情況。

六、結語

在教學系統中使用基于MCGS的西門子S7300 PLC仿真系統進行實驗設計，具有明顯的優勢，首先該系統真實可靠，工作穩定，另外系統開發拓展性較強，內嵌子系統可以根據需求進行升級和自由增配，柔性較強。最重要一點就是投入硬件設備較少，同時能夠實現豐富的實訓內容，滿足各種實驗基本要求，還能進一步提高學生的興趣，充分發揮實訓的作用。

參考文獻：

[1]鄒偉.基于MCGS組態軟件的上位機控制系統設計[J].制造業自動化，2008（1）：103108.

[2]張伏，王唯.基于MCGS組態軟件的機械手控制系統設計[J].機床與液壓，2015（21）：2327.

[3]邢滿榮，張鵬.基于PLC和MCGS組態的機械手控制系統的設計[J].制造業自動化，2015（7）：1113.

[4]蘭蔚.基于PLC的教學仿真實驗在MCGS組態軟件的實現[J].工業控制計算機，2009（9）：1314.

[5]包建華.基于MCGS組態軟件的機械手控制系統研制[J].機械制造與自動化，2007（5）：140141.

[6]劉力.組態軟件在PLC實驗系統中的應用[J].實驗室研究與探索，2014（4）：127129，136.

作者簡介：邵雪（1986），女，遼寧鞍山人，本科，一級實習指導教師，研究方向：電氣自動化控制技術。