董淮北

（安徽淮北煤電技師學(xué)院 機(jī)電工程系，安徽 淮北235000）

一、引言

多媒體教學(xué)通常采用PowerPoint、Flash等軟件制作的課件，對(duì)于只局限一般動(dòng)漫或圖片教學(xué)的課程是能滿足的，但對(duì)PLC課程，使用一般多媒體課件是不能滿足實(shí)際教學(xué)需求的。利用觸摸屏編程軟件建立多個(gè)畫面進(jìn)行圖形界面的設(shè)計(jì)，制作出線段、圖形、文字符號(hào)等顯示PLC控制對(duì)象，并通過投影儀時(shí)時(shí)同步顯示PLC教學(xué)課件內(nèi)容，使PLC學(xué)習(xí)更加豐富、生動(dòng)、直觀。課件畫面的圖形元件與PLC程序?qū)?yīng)I/O地址，既能達(dá)到多媒體教學(xué)演示，又能與PLC仿真運(yùn)行顯示被控對(duì)象工作狀態(tài)。我們利用新型教學(xué)課件的開發(fā)，能夠與PLC課題項(xiàng)目工作過程同步開展，又能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)，可以降低實(shí)驗(yàn)成本，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。

二、課件控制系統(tǒng)的介紹

課件系統(tǒng)包括由計(jì)算機(jī)控制與軟件通信系統(tǒng)、PLC的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)、觸摸屏仿真界面投影儀顯示系統(tǒng)等組成。

1.計(jì)算機(jī)控制與軟件通信系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要功能是數(shù)據(jù)的接收和運(yùn)算處理，并將數(shù)據(jù)傳送給其他設(shè)備，上至PC機(jī)，下至PLC可編程控制器，由三菱編程軟件、仿真軟件、觸摸屏界面設(shè)計(jì)軟件及觸摸屏仿真軟件系列軟件組成的。將三菱編程軟件、仿真軟件、觸摸屏界面設(shè)計(jì)軟件及觸摸屏仿真軟件安裝在同一個(gè)文件夾下，并調(diào)試其軟件，使之能通訊鏈接。軟件數(shù)據(jù)通信是課件核心、控制中心、信息通訊服務(wù)站。

2.PLC的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

PLC通過通信接口與上位機(jī)相連，并將處理后的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)，上位機(jī)為普通PC機(jī)，三菱PLC編程軟件，下位機(jī)為三菱FX2N型可編程控制器。PC機(jī)與PLC之間使用SC-09電纜將PC機(jī)RS232串口和FX2N型PLC的通訊口相連，其中USB通信接口與計(jì)算機(jī)相連接完成計(jì)算機(jī)對(duì)PLC編程、調(diào)試和監(jiān)控等功能。系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)和指令。在教學(xué)課件中根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求編輯PLC控制程序，再將編輯好的PLC程序?qū)敕抡孳浖摂MPLC中，利用虛擬控制界面對(duì)PLC進(jìn)行控制，程序執(zhí)行的結(jié)果將以動(dòng)畫的形式在計(jì)算機(jī)顯示器上直觀的顯示，從而提高了實(shí)驗(yàn)效果。

3.電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)一般有斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器等構(gòu)成的電氣線路主電路為PLC所控電路的主要組成部分?？刂齐娐肥荘LC作為控制核心的系統(tǒng)控制部分，由PLC執(zhí)行軟邏輯程序(主要是梯形圖程序)輸出實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)接觸器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制。電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力源。

4.計(jì)算機(jī)熒屏顯示與投影儀顯示系統(tǒng)

此系統(tǒng)是啟動(dòng)觸摸屏界面設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)與制作相關(guān)圖形、文字符號(hào)、線段等為提供給學(xué)生教學(xué)內(nèi)容的界面。然后通過觸摸屏仿真軟件打開觸摸屏界面設(shè)計(jì)內(nèi)容，計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)送至投影儀，再由投影儀實(shí)時(shí)顯示，進(jìn)行系統(tǒng)延伸、擴(kuò)展。

三、設(shè)計(jì)控制方案

1.硬件控制關(guān)系與系統(tǒng)圖

如圖1所示，計(jì)算機(jī)與PLC連接，通過RS232串行通信線向PLC傳送編程控制程序，通過上位機(jī)串口對(duì)下位機(jī)(PLC)進(jìn)行監(jiān)控輸入和輸出顯示工作狀態(tài)。由PLC執(zhí)行軟邏輯程序輸出實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)接觸器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)與投影儀連接，投影儀將教學(xué)課件內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)投影顯示。

2.軟件控制關(guān)系與系統(tǒng)圖

如圖2所示，PLC編程軟件編寫程序輸入到PLC程序仿真軟件，即虛擬PLC可代替PLC設(shè)備，運(yùn)行PLC仿真軟件，將PLC程序?qū)懭胩摂M的PLC中，實(shí)現(xiàn)PLC程序仿真運(yùn)行。另一方面，觸摸屏界面設(shè)計(jì)軟件制作出線段、圖形、文字符號(hào)等在PLC程序有對(duì)應(yīng)I/O地址。通過啟動(dòng)觸摸屏仿真軟件打開觸摸屏界面設(shè)計(jì)軟件，即觸摸屏仿真軟件使計(jì)算機(jī)取替觸摸屏，進(jìn)而通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊觸摸屏仿真軟件畫面的開關(guān)符號(hào)可控制課件畫面動(dòng)作及電動(dòng)機(jī)的控制。

四、課題項(xiàng)目與課件制作的過程實(shí)例

以PLC控制三相交流電動(dòng)機(jī)Y/△減壓?jiǎn)?dòng)教學(xué)內(nèi)容制作教學(xué)課件過程為例。

首先，在觸摸屏界面設(shè)計(jì)軟件制作相關(guān)基本畫面，根據(jù)需要在一個(gè)工程設(shè)計(jì)中建立一個(gè)或多個(gè)畫面（如圖3所示）進(jìn)行圖形界面的設(shè)計(jì)。課件圖形界面主要由各種圖形符號(hào)組成,其中一些符號(hào)如常用電氣符號(hào)、梯形圖指令。

第二，凡是需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示的圖形，對(duì)象均要設(shè)置動(dòng)畫連接,使其能夠根據(jù)變量變化產(chǎn)生一定的動(dòng)作，需要建立I/O地址。作為它們?cè)诜抡鏍顟B(tài)下通常要接收人發(fā)出的命令,可控制系統(tǒng)輸入部分的圖形對(duì)象包括按鈕、開關(guān)以及輸出部分，如線圈或指示燈等（如圖4所示）。

第三，在配電板上按照電動(dòng)機(jī)的Y/△減壓主控制線路的電器布置圖，安裝電源開關(guān)、熔斷器、按鈕、接觸器、熱繼電器和PLC設(shè)備等等，并布設(shè)主電路及PLC外部接線。

第四，啟動(dòng)三菱PLC編程軟件GXDeveloper,按照電動(dòng)機(jī)Y/△的控制回路的工作過程，完成PLC程序設(shè)計(jì)如圖5，點(diǎn)擊“梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)”，如圖6自動(dòng)建立PLC與仿真CPU的連接,自動(dòng)啟動(dòng)觸摸屏仿真軟件,將程序以及運(yùn)行參數(shù)寫入仿真軟件,此時(shí)仿真PLC的CPU處于RUN模式,仿真PLC的電源處于接通狀態(tài),掃描方式為連續(xù)掃描。

最后，設(shè)計(jì)好觸摸屏界面之后,運(yùn)行觸摸屏仿真軟件。再?gòu)挠|摸屏仿真中打開設(shè)計(jì)好的觸摸屏界面文件,便可以實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏聯(lián)機(jī)通訊。通過點(diǎn)擊觸摸屏仿真軟件的按鈕，通過PLC控制相應(yīng)的電器通電與斷電，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可測(cè)可控。

五、課件運(yùn)行調(diào)試方法與步驟

（1）按照實(shí)驗(yàn)要求完成PLC配電板面板的接線。

（2）將PLC和PC機(jī)進(jìn)行連接配置。

（3）分別運(yùn)行GXDeveloper、GXSimulator、GTDesigner2及GTSimulator2軟件和投影儀。

（4）調(diào)試軟件語(yǔ)言之間的通訊，PLC是否能正確驅(qū)動(dòng)相應(yīng)對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)。

（5）打 開 配 電 板 電源開關(guān)，點(diǎn)擊GTSimulator2軟件畫面啟動(dòng)按鈕或操縱配電板的物理按鈕，觀察接觸器、電動(dòng)機(jī)是否動(dòng)作，同時(shí)也注意觀察課件顯示畫面是否與實(shí)物動(dòng)作一致性。

（6）有問題即時(shí)停電。實(shí)驗(yàn)完畢即時(shí)停電。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本項(xiàng)目集PLC技術(shù)、電工技術(shù)、計(jì)算機(jī)知識(shí)為一體，探究PLC仿真技術(shù)如何采用虛擬實(shí)驗(yàn)代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)的一次嘗試。在為期兩年的教學(xué)研究過程中，豐富課堂內(nèi)容,增強(qiáng)課堂的教學(xué)效果，提高了學(xué)生對(duì)PLC課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和興趣，較好的提高了學(xué)生設(shè)計(jì)PLC程序的能力，收效顯著。另外，這種課件給研究者的學(xué)習(xí)和調(diào)試帶來了很大方便,該虛擬仿真方法能直接從屏幕上觀察出PLC控制結(jié)果的正確與否,有利于編程人員掌握電氣控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試。這也是其他多媒體教學(xué)課件無法做到的。

[1]胡學(xué)林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]陳建東.高職PLC與觸摸屏軟仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索[J].當(dāng)代教育論壇（管理研究），2010（7）.

[3]徐艮.PLC仿真軟件在設(shè)備管理中的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修,2009(7).

[4]褚淵博.PLC、觸摸屏仿真軟件在交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（1）.

[5]袁云龍．基于組態(tài)軟件的PLC控制系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)[J]．自動(dòng)化儀表,2006(5).