申海

摘要：在目前的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)箱和實(shí)訓(xùn)臺(tái)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件連線已經(jīng)搭接完成，學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)只需完成固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，編寫(xiě)固定的程序即可。此類實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生在PLC性能及相關(guān)應(yīng)用的理解上有很大影響，且不能很好地滿足教學(xué)靈活性要求。針對(duì)此現(xiàn)狀，本論文提出將組態(tài)軟件應(yīng)用到PLC教學(xué)中，即基于組態(tài)軟件，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)PLC控制對(duì)象的全真模擬，并通過(guò)PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬被控對(duì)象的控制。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，此仿真方法不僅可行，且為PLC教學(xué)提供了極大的靈活性，有效提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；仿真；PLC控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）03-0265-02

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在鋼鐵、石化、機(jī)械制造、電子信息諸如此類的工業(yè)生產(chǎn)中，可編程邏輯控制器被大量應(yīng)用且已經(jīng)成為不可缺少的重要部分。最初，可編程邏輯控制器只是簡(jiǎn)單應(yīng)用在開(kāi)關(guān)量的邏輯控制中，但伴隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，它的應(yīng)用也慢慢覆蓋了大多領(lǐng)域。如今，PLC可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量控制、模擬量和數(shù)字量的控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、監(jiān)控和聯(lián)網(wǎng)等功能。PLC的廣泛應(yīng)用也使得PLC的教學(xué)更加有意義，也更加重要。

當(dāng)前，PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨著實(shí)訓(xùn)臺(tái)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積過(guò)大、價(jià)格高昂、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不靈活等各種問(wèn)題，使得大部分高校都不能真正滿足PLC教學(xué)的要求。目前，高校PLC教學(xué)只能保證基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，缺少相關(guān)的綜合設(shè)計(jì)，這在很大程度上嚴(yán)重制約了學(xué)生對(duì)PLC的學(xué)習(xí)和運(yùn)用需要。

為了解決以上相關(guān)問(wèn)題，高校教學(xué)可運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，即利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)若干控制對(duì)象的軟模型來(lái)模擬仿真工業(yè)控制系統(tǒng)，然后通過(guò)PLC控制程序進(jìn)行控制。這種一體機(jī)的仿真操作方法會(huì)使PLC的教學(xué)更具備靈活性、生動(dòng)性，同時(shí)也更加容易被學(xué)生理解并在將來(lái)拓展應(yīng)用。同時(shí)，也解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積過(guò)大不易實(shí)驗(yàn)、價(jià)格高昂等問(wèn)題，節(jié)省了人力物力。

本論文提出的仿真教學(xué)系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)來(lái)確定實(shí)際工程的工藝流程和監(jiān)控界面，通過(guò)與編程軟件建立通訊連接，然后發(fā)送相應(yīng)的操作指令，即可在本機(jī)觀測(cè)到工作狀態(tài)和控制情況，由此理解所學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，以及接下來(lái)需要操作的部分。

本論文提出的仿真系統(tǒng)可完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱和實(shí)訓(xùn)臺(tái)所包含的所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大大提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，更為學(xué)生今后的就業(yè)提供了夯實(shí)的知識(shí)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

一、PLC仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)PLC實(shí)驗(yàn)裝置的虛擬仿真控制對(duì)象就是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行實(shí)驗(yàn)之前預(yù)先編寫(xiě)完成的組態(tài)應(yīng)用程序，利用軟件替代硬件（被控對(duì)象）所進(jìn)行的工作，并通過(guò)在計(jì)算機(jī)的顯示屏幕以動(dòng)畫(huà)、數(shù)值、文字等形式所表現(xiàn)出來(lái)的PLC控制的過(guò)程與結(jié)果。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬被控對(duì)象，可以很好地解決PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生對(duì)被控過(guò)程理解程度不深，如何完成整個(gè)控制過(guò)程的茫然性等問(wèn)題。

在本論文提出的仿真系統(tǒng)中，主要通過(guò)四個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)仿真功能：組態(tài)王、NettoPlcsim、PLC編程軟件以及PLCSIM。其中，組態(tài)王軟件為上位機(jī)軟件，完成被控對(duì)象模型的仿真。PLC編程軟件位于下位機(jī)，用于編寫(xiě)控制程序。NettoPlcsim可在上位機(jī)與下位機(jī)之間建立連接，從而實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件上位機(jī)與PLC下位機(jī)之間通訊。PLCSIM是模擬可編程控制器硬件的仿真軟件，它可以與PLC編程軟件集成，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)硬件狀態(tài)的仿真模擬。

二、PLC仿真系統(tǒng)使用方法

利用本論文提出的仿真方法可以完成PLC教學(xué)的所有基本指令，包括位指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、傳送與比較指令、移位與轉(zhuǎn)換指令、數(shù)學(xué)運(yùn)算指令及其他指令。本論文通過(guò)最基本的位邏輯指令詳細(xì)說(shuō)明此仿真系統(tǒng)的使用方法。

位邏輯指令是PLC教學(xué)中的最基本的指令，主要包括常開(kāi)、常閉、置位與復(fù)位和邊沿檢測(cè)等指令。教學(xué)方法為采用電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成上述指令的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為利用PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)和順序啟動(dòng)等控制。在仿真方法中實(shí)現(xiàn)此電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，在組態(tài)王軟件中設(shè)計(jì)相應(yīng)的監(jiān)控界面，包括相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，分別表示電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的按鈕；然后，在PLC編程軟件中設(shè)計(jì)控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制程序；第三，按照仿真系統(tǒng)的連接方法，使PLC能夠和組態(tài)王之間進(jìn)行正常通信；最后，運(yùn)行組態(tài)王的監(jiān)控界面。當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)操作。當(dāng)按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)操作。一旦按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止工作。

三、綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)實(shí)例

利用組態(tài)軟件的PLC仿真教學(xué)除了可以完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，還可以完成很多綜合性實(shí)驗(yàn)，如LED數(shù)碼顯示、天塔之光、裝配流水線、運(yùn)料小車、自動(dòng)配料/四節(jié)傳送帶、機(jī)械手，十字路口交通燈控制、郵件分揀系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)控制、四層電梯控制和舞臺(tái)燈光模擬控制等實(shí)驗(yàn)。

1.濃度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。濃度檢測(cè)工作在工業(yè)中經(jīng)常應(yīng)用，如對(duì)于裝修中的甲醇含量、空氣中的粉塵濃度、酒精濃度以及其他氣體物質(zhì)的濃度，通常需要對(duì)其進(jìn)行濃度測(cè)量，以確保濃度含量值在正常值范圍內(nèi)，進(jìn)而確保生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)安全。

對(duì)于此類實(shí)際工程，可按照工程要求設(shè)計(jì)如下仿真系統(tǒng)：在組態(tài)界面添加三個(gè)燈，分別表示低濃度、正常濃度和高濃度，再添加一個(gè)指示燈和一個(gè)表示濃度含量的容器。編寫(xiě)好控制程序后，可按照連接步驟進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。利用此監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)功能如下：當(dāng)濃度是0—35時(shí)為低濃度，低濃度指示燈變綠，指示燈常亮；當(dāng)濃度為36—70時(shí)，正常濃度指示燈燈變綠，指示燈以0.6Hz的頻率閃爍；當(dāng)濃度為71—100時(shí)，高濃度指示燈變綠，指示燈以1Hz的頻率閃爍。

2.電動(dòng)機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)。在工業(yè)控制中經(jīng)常需要使用電動(dòng)機(jī)，因此高校PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)也都十分重視電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)。但在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，需要實(shí)驗(yàn)者在體積很大的電動(dòng)機(jī)控制箱前按照實(shí)驗(yàn)工作接線圖進(jìn)行連線，操作煩瑣，一旦部分連線錯(cuò)誤很難查找出出錯(cuò)的部分，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)效率?；蚴枪袒膶?shí)驗(yàn)箱只能讓學(xué)生完成單純的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)等簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。因此，高校教學(xué)可利用本論文的仿真方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的靈活性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如多臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序啟停和定時(shí)控制、電動(dòng)機(jī)往返運(yùn)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)調(diào)速等復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上介紹可得出，利用本論文提出的組態(tài)軟件模擬控制對(duì)象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，可輕松簡(jiǎn)單地完成很多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的操作，大大節(jié)省了人力物力，并可輕松引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC，也會(huì)讓學(xué)生更加深刻地理解和體會(huì)PLC的指令及其應(yīng)用方法。另外，在本論文提出的PLC仿真實(shí)驗(yàn)中有大量生動(dòng)的工程圖片，可以快速地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。通過(guò)將此PLC仿真教學(xué)應(yīng)用于真正的實(shí)踐教學(xué)中，教學(xué)效果非常明顯，教學(xué)質(zhì)量大幅度提高，教學(xué)內(nèi)容也隨之增加?？傊?，PLC仿真教學(xué)模式可增強(qiáng)PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，讓實(shí)驗(yàn)更具靈活性，更能為學(xué)生打下良好的PLC知識(shí)和工程實(shí)踐基礎(chǔ)。

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Design and Development of PLC Simulation Teaching System Based on Configuration Software

SHEN Hai

（School of Physical Science and Technology，Shenyang Normal University，Shenyang，Liaoning 110034，China）

Abstract：In the PLC experimental teaching in the current experimental box and training platform of experimental equipment hardware has lap completed，each student is only required to complete the experiment experimental content fixed，written procedures can be fixed. This kind of experiment for the students in the application of PLC and related properties have great influence on the understanding，and not well to meet the teaching requirements. For the flexibility of this present situation，this thesis puts forward the application of configuration software to the PLC teaching，which is based on PLC configuration software，realizing integral control object in computer simulation，simulation and control of the object through the PLC control program. Through the teaching practice，this simulation The method is not only feasible，but also provides a great flexibility for PLC teaching，which effectively improves the teaching quality and teaching efficiency.

Key words：configuration software；simulation；PLC control system