组态仿真控制技术在PLC教学中的应用

摘要：针对PLC教学实验中存在的问题，介绍了一种将组态仿真技术应用于PLC教学实验的方法，分析了该系统的结构功能，开发工具，开发关键技术和实现方法，以及设计实例。组态仿真技术与PLC教学实验结合能极大的丰富实验内容，激发学生的参与热情，从而提高教学质量。

关键词：控制技术；可编程控制器；组态；教学实验

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0039-02

一、引言

控制技术是一门自动化、电气自动化、机电一体化等工科专业的重要课程。传统的plc教学实验课程大多数为教师在课堂上讲解理论基础知识，然后学生在实验室做一些简单的、基础性的实验，而一些典型的控制对象由于投资大、维护困难，很难在学校实验室中配备，对实际教学效果造成不良影响。基于此类问题，将组态软件仿真技术引入PLC教学，利用组态软件仿真多种PLC控制对象与各种工业现场环境，并在显示器中以动画的方式展现，使得实验内容更加丰富、生动、直观。组态软件能同时支持各种硬件厂家的PLC、计算机和I/0设备，并可与工控机和网络系统结合，具有适应性强、开放性好、易于扩展等优点，创造出集图、文、声、像于一体的新型教学系统。

二、系统结构与功能

采用组态软件“组态王”kingview6.51作为开发平台，上位机为普通PC机，安装“组态王”kingview6.51与三菱PLC编程软件GX Developer，下位机为三菱FX2N型可编程控制器。PC机与PLC之间采用PPI（Point-to-Point）的通信方式，PPI（Point-to-Point）通讯协议为主/从协议，PC机为主站，FX2N为从站。在该方式下，使用SC-09电缆将PC机RS232串口和FX2N型PLC的通讯口相连，进行串行通讯。“组态王”具有良好的扩展功能，能外接各种I/O设备，系统通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据和指令。每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序与控制端构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。在教学中，学生利用PLC编程软件，根据实验要求编辑PLC控制程序，再将编辑好的PLC程序导入组态工程中，利用虚拟控制界面对PLC进行控制，程序执行的结果将以动画的形式在计算机显示器上直观的显示，从而提高了实验效果，大大的激发了学生的参与热情，最终提高教学质量。

三、设计实例

以“选择卸料地点的小车往返卸料监控试验”为例来介绍组态软件的仿真功能应用于PLC实验教学。该实验项目要求：有A、B、C三处卸料地点，运料小车每次在起点装料后，按照现场指令在三处地点中的一处卸料，之后自动返回起点装料。

1.制作控制界面。在上位机（PC机）中利用组态王建立实验工程，利用图库管理器建立和编辑实验界面。在控制界面通过虚拟按钮控制小车的启动、行程开关等，并在A、B、C和起点处设置指示灯显示实时状态，实际操作界面如图1所示。

图1 实验操作界面

2.编写控制程序。根据控制要求编写PLC控制程序，如图2所示。

图2 PLC逻辑图

3定义变量与动画连接。根据控制要求、PLC程序、组态画面进行分析，对程序中的变量一一定义。将工程中定义的变量对象与显示界面的图形对象建立动画连接，建立控制按钮与PLC输入继电器X，小车驱动电机与PLC输出继电器Y，指示灯与PLC内部辅助继电器M的映射关系，并定义小车的动画效果达到模拟仿真的效果。将组态仿真技术引入PLC教学实验，极大的丰富了PLC教学实验的内容，使实验对象更加多样性。控制对象以动画的形式显示，使教学变得更加生动新颖，增强了学生的参与热情，提高了教学质量。

得到“湖北省高等学校省级教学研究项目（项目编号：2008078）”资助

参考文献：

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[4]虞炜华.基于MCGS的拨叉装配计算机检测系统的研究D].武汉：武汉理工大学，2007.

作者简介：朱春东（1963-），男，湖北广水人，副教授，硕士，硕士生导师，主要研究方向为材料成型过程控制和模拟。