PLC应用技术仿真教学探讨

摘要：文章以自动洗衣机PLC控制系统为例，提出在PLC应用技术教学中，引入PLC和触摸屏仿真软件，构建PLC的仿真虚拟环境，并详细给出仿真环境的构建和仿真过程，探讨利用PLC和触摸屏仿真软件对被控对象进行仿真，模拟被控对象以及控制的动作过程。教学实践表明，该方法操作便捷，调试方便，利于学生掌握，有较大推广价值。

关键词：PLC；触摸屏；仿真教学

中图分类号：G718.5 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）33-0227-02

PLC是电气控制系统的控制核心，它可以实时控制工业现场的各类设备，很方便地完成各类控制要求[1，2]。自1969年问世以来，以其功能强、可靠性高、编辑简单、体积小的特点，在工业控制的各个领域得到了广泛的应用[3]。PLC应用技术教学的重点在于突出学生的工程应用能力的训练和培养，但由于PLC更多是在工业控制中被广泛应用，被控对象多数是庞大的机械设备，现场环境复杂，如果要在实训室中搭建被控对象，势必会耗费大量的人力、物力和财力，甚至会导致事故的发生。本文以自动洗衣机PLC控制系统为例，详细给出仿真环境的构建和仿真过程，探讨利用PLC和触摸屏仿真软件对被控对象进行仿真，模拟被控对象以及控制的动作过程，在不降低教学质量的基础上有效降低教学成本，并能使学生同样对控制过程有一个感性认识。

一、自动洗衣机PLC控制系统

按下启动键，进水阀灯亮，洗衣桶开始注水，水位到达上限，上限开关按下，进水阀灯灭，表示水注满；波轮开始旋转，左转5.5秒，停1秒，右转5.5秒；运行4分钟后，波轮停止转动，排水阀灯亮，开始排水；水位走到下限，下限开关按下，排水阀关闭，灯熄灭；脱水桶指示灯亮，脱水桶开始工作1分钟，一分钟后，蜂鸣器响，整个洗衣过程完成。按下停止键洗衣机停止工作；按下手动排水键，洗衣机开始排水。

二、构建仿真虚拟环境

要构建PLC的仿真虚拟环境，需要安装GX Developer和GX Simulator的三菱PLC编程仿真软件以及GT Designer和GT Simulator触摸屏仿真软件。GT Designer是作为触摸屏界面设计使用的，GT Simulator是用来进行触摸屏仿真。

三、仿真教学实现

（1）输入/输出端子分配。PLC输入/输出端子分配如表1。

（2）利用GT Designer设计触摸屏界面。打开GT Designer后注意选择PLC类型为MELSEC-FX，为后面和FX2NPLC的连接做好准备。在GT Designers设计界面中，洗衣机的控制输入和输出可以通过开关指示控件和指示灯控件进行设定软元件状态，而其内部软元件，例如时间的变化，洗衣机的涡轮旋转循环次数均可通过数值显示和修改控件来设定。利用GT Designer设计触摸屏界面如图1所示。

图中按钮SB1、SB2，限位开关SQ1、SQ2、手动排水的转换开关为控制输入单元，可以使用GT Designer中位开关控件进行操作，在选定相应的开关图片后，将按钮和限位开关的位开关的动作设置为点动，而转换开关的位开关的动作设置为位反转，其指示灯功能设置均设定为位的ON/OFF，并且填入相应的软元件名称。按钮和开关的通断可以通过对其图形属性，包括颜色和空间图形变化来直接显示。图中电机的正反转以及进水阀、脱水阀、排水阀和蜂鸣器都是用了位指示灯控件，填入相应的软元件名称，指示灯通过颜色变化来显示当前运行状态。循环次数和相关时间参数显示利用了数据显示控件，填入相应的软元件名称，该控件能以数值直观显示当前运行状态参数。利用数据文本控件加入必要的文字说明，读取图像控件插入自动洗衣机图片，整理美化整个仿真界面。

（3）设计顺序功能。PLC程序设计主要有梯形图和顺序功能图（Sequential Function Chart）两种，其中顺序功能图因其是一种按工艺流程图进行编程的图形化编程语言，调试直观方便，对于初学者来说，利用SFC，只需了解各种状态以及各种状态之间的转移条件，就能很快编写出高效可靠的程序。现根据自动洗衣机的控制要求，设计出顺序功能图如图2。

（4）利用GX Developer制作顺序功能图（SFC）。在设计好自动洗衣机顺序功能图（SFC）后，就可以利用GX Developer来进行制作。在该软件中用非常直观的快捷键就可以制作出漂亮的SFC，简单高效。自动洗衣机PLC的SFC如图3所示，且设计完成后如果需要可通过设置直接转化为梯形图和指令表。

（5）自动洗衣机仿真调试。在制作完成自动洗衣机SFC之后，单击GX Developer梯形图逻辑测试功能快捷键，进入PLC的模拟运行状态。再打开GT Simulator选择前面设计好的触摸屏仿真界面，启动模拟器，进入PLC触摸屏联合模拟调试运行。调试过程中，在GX Developer上可通过设计的SFC来监测当前所处的状态以及外部控制条件的变化引起的各个状态之间的转移变化，根据当前状态的输出和状态转移是否正确，可快速定位运行不正常的程序段。图4所示仿真界面显示洗衣机“波轮开始旋转，左转5.5秒，停1秒，右转5.5秒”已循环5次，目前处于波轮左转0.2秒，与图3所处的S21状态相对应。按照自动洗衣机的控制要求，可以逐条进行验证。

四、仿真教学意义

从教学角度来说，对于传统PLC应用技术教学中利用常规的开关量验证实训，整个教学过程中，教学实验板内容固定，缺乏形象直观性，学生往往很难将实验板上的开关量和具体实物联系起来。而将PLC和触摸屏仿真软件引入教学中，通过触摸屏软件来全真模拟被控对象，如上面自动洗衣机的触摸屏界面一样，学生能直观了解实训实物究竟是什么，如何对应各相应控制，从而达到既可以克服真实被控对象的缺点，又能用低廉的教学开支来丰富实践课程的内容，增强PLC应用技术的教学效果。而且当学生掌握了PLC和触摸屏仿真软件之后，将不局限于实训室，只需一台计算机就可以通过想象进行各种各样的设计，并验证效果，促进了学生对PLC的认识，也有利于学生思维的启发，创新意识的提升，综合应用能力的培养。教学实践表明，该方法操作便捷，调试方便，利于学生掌握，有较大推广价值。

参考文献：

[1]周美兰，周封，王岳宇.PLC电气控制与组态技术[M].北京：科学出版社，2003：4-5.

[2]梅丽凤，郑海英.电气控制与PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2012：6-8.

[3]杨桂娟，梅妍.大学物理实验[M].大连：大连理工大学出版社社，2006：114-116.