目前森书，很多院校開設(shè)了可編程序控制器控制技術(shù)課程匆力。它是一門理論性兰斑、趣味性及實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要搭建PLC實(shí)訓(xùn)室巡蛋，開設(shè)PLC實(shí)驗(yàn)課程抡广，而開設(shè)PLC實(shí)驗(yàn)課需要解決的關(guān)鍵問題是PLC的控制對象。PLC的控制對象可以是實(shí)物模型嚣赤，但它存在成本高公掰、難維護(hù)、種類少等不足之處违冲；也可以是用指示燈模擬顯示PLC控制對象的實(shí)驗(yàn)箱虏丹，它與實(shí)物模型相比成本較低，不過也存在難維護(hù)略荡、種類少庵佣、結(jié)果觀察不直觀等缺點(diǎn)歉胶；應(yīng)用組態(tài)軟件在計(jì)算機(jī)屏幕上全真模擬PLC的控制對象可以彌補(bǔ)上述不足，它還能以動(dòng)畫形式演示PLC控制對象的工作過程巴粪，具有成本低通今、免維護(hù)、靈活多樣验毡、形象直觀等優(yōu)點(diǎn)衡创。

從教學(xué)意義上說，如果能用計(jì)算機(jī)全真模擬被控對象晶通，不但可以克服實(shí)物模型的缺點(diǎn)，而且可利用有限的設(shè)備及多樣化的程序豐富學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容哟玷，增強(qiáng)PLC實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果狮辽。北京亞控公司推出的“組態(tài)王”軟件，具有可靠性高巢寡、通信快速喉脖、功能強(qiáng)大、界面友好和開發(fā)簡潔等優(yōu)點(diǎn)抑月，可用來開發(fā)實(shí)驗(yàn)室仿真PLC控制對象搂拴，滿足為學(xué)生開設(shè)實(shí)驗(yàn)課的需要。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

利用“組態(tài)王”軟件設(shè)計(jì)PLC仿真控制對象苗鸦，是指在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行事先編寫好的“組態(tài)王”應(yīng)用程序锤勉，用軟件來代替硬件（被控對象）的工作，借助計(jì)算機(jī)屏幕觀察控制過程與結(jié)果外羽。仿真PLC控制對象的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示赵街。上位機(jī)微機(jī)配有“組態(tài)王6.5”軟件和三菱PLC編程軟件FXGPWIN，下位機(jī)采用三菱FX2N-64MR型的PLC捡奖≌抛“組態(tài)王”軟件通過RS232C接口與PLC之間進(jìn)行通信，并監(jiān)控PLC所有存儲(chǔ)器窍蚤、控制器及I/O接口的狀態(tài)拢杠，以變量值的形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，供上位機(jī)使用夏植、處理舰断。

圖1 仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

利用“組態(tài)王”軟件設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件，可以仿真多種PLC控制對象你踩。仿真的被控對象不僅可以接受多種由PLC發(fā)出的控制信號(hào)诅岩，如邏輯開關(guān)信號(hào)、繼電器控制信號(hào)带膜、脈沖信號(hào)和各種數(shù)值信號(hào)等吩谦，還能按照程序的算法以動(dòng)畫鸳谜、數(shù)值、文字式廷、標(biāo)尺等形式在計(jì)算機(jī)屏幕上反映出PLC的控制過程與結(jié)果咐扭，可以直接從屏幕上觀察PLC的控制結(jié)果正確與否；“組態(tài)王”亦可向PLC發(fā)出各種命令信號(hào)滑废，如邏輯開關(guān)控制信號(hào)蝗肪、繼電器開關(guān)信號(hào)、中斷信號(hào)及位置信號(hào)等蠕趁⊙ι粒“組態(tài)王”還能以按鈕、滑動(dòng)標(biāo)尺俺陋、數(shù)值輸入及單選框豁延、復(fù)選框等形式向PLC發(fā)出各種命令和輸出各種參數(shù)，以配合PLC的控制降再，反映PLC與被控對象（軟件仿真的被控對象）及控制結(jié)果之間的關(guān)系写掖。

要使畫面中各圖素能夠生動(dòng)、逼真的運(yùn)動(dòng)或顯示序峦，在“組態(tài)王”中需定義一些內(nèi)存變量與外部I/O變量進(jìn)行配合侥淤，并通過在其應(yīng)用程序命令語言中書寫程序控制自己的應(yīng)用程序，驅(qū)動(dòng)畫面鳍擎，用這種仿真方法開發(fā)PLC仿真控制對象或侥，其優(yōu)點(diǎn)是周期短、費(fèi)用低猿饿、可靠性高褂洽，能節(jié)省電力資源，維護(hù)要求較低耀骆，不會(huì)危及人身和設(shè)備安全痛祈；同時(shí)，其模擬效果逼真卢掖，人機(jī)界面生動(dòng)友好暴撼，能達(dá)到很好的實(shí)驗(yàn)效果。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中甘有，學(xué)生既可將計(jì)算機(jī)看作“被控對象”诉儒，用PLC對其進(jìn)行控制；又可在計(jì)算機(jī)屏幕上以仿真動(dòng)畫形式直觀看到程序的執(zhí)行結(jié)果亏掀，從而極大地提高學(xué)生的興趣忱反，強(qiáng)化他們的動(dòng)手能力；此外滤愕，可以增強(qiáng)學(xué)生的參與意識(shí)温算，使之對可編程控制器的理解更加深入怜校，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罱K提高教學(xué)質(zhì)量注竿。

3 開發(fā)要求

利用仿真模擬技術(shù)開設(shè)PLC實(shí)驗(yàn)課茄茁，開發(fā)的仿真PLC被控對象滿足如下要求：

1）組態(tài)仿真畫面一般由2部分構(gòu)成：一是仿真的PLC控制對象；二是仿真操作面板巩割。有時(shí)根據(jù)系統(tǒng)控制對象不同裙顽，還會(huì)有一些報(bào)表。
2）“用戶”可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕上的按鈕宣谈，發(fā)出PLC所需要的輸入信號(hào)（行程開關(guān)模擬信號(hào)颅网、按鈕模擬信號(hào)）。PLC接到該信號(hào)后吱裙，經(jīng)過控制程序（實(shí)驗(yàn)課學(xué)生編寫的PLC控制程序）發(fā)出控制指令非宝。上位機(jī)接到控制指令后，控制畫面上仿真控制對象的圖形臭颈、動(dòng)畫、指示燈及機(jī)械凡搪、顯示等動(dòng)作伺狮，同時(shí)在報(bào)表中繪出一些曲線，填入一些數(shù)值轨凡。
3）接到電源信號(hào)后莱妥，模擬電源指示燈亮，顯示紅色文紧，以示“組態(tài)王”與PLC通信正常叔三。
4）仿真界面直接顯示PLC仿真控制對象的物理位置和運(yùn)行方向，可直觀反映PLC程序的運(yùn)行結(jié)果俭谨。
5）仿真PLC控制對象是以畫面形式反映PLC程序執(zhí)行結(jié)果的硝拧，故畫面應(yīng)盡可能逼真于模仿實(shí)物。

4 開發(fā)實(shí)例

以下給出我們開發(fā)的仿真PLC被控對象中的一部分葛假，包括十字路口交通燈障陶、機(jī)械手和水位控制系統(tǒng)。這些開發(fā)項(xiàng)目完全可以直接應(yīng)用到PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)中聊训，因篇幅所限抱究，文中未給出PLC的梯形圖程序及組態(tài)設(shè)計(jì)過程。

4.1 十字路口交通燈仿真系統(tǒng)

1）控制要求带斑。a．南北向和東西向主干道均設(shè)綠燈30s鼓寺，綠燈閃亮3s，黃燈2s和紅燈30s勋磕。當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r妈候，東西主干道先點(diǎn)亮綠燈敢靡，之后綠燈閃亮，再后點(diǎn)亮黃燈州丹；反之醋安，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道先點(diǎn)亮綠燈墓毒，之后綠燈閃亮侠森，再后點(diǎn)亮黃燈。b．南北和東西向人行道均設(shè)有通行綠燈和禁止紅燈笨墙。南北人行道通行綠燈應(yīng)在東西向主干道點(diǎn)亮后才允許點(diǎn)亮磺勋，然后接5s綠燈閃，其他時(shí)間為紅燈刷粒；同樣秉疚，東西人行道通行綠燈于南北主干道綠燈點(diǎn)亮后才允許點(diǎn)亮，然后接5s綠燈閃宵穆，其他時(shí)間為紅燈椅勿。c．點(diǎn)按“停止”按鈕，工作立刻停止糯侍。

2）PLC輸入輸出表扯际。交通燈控制PLC的I/O點(diǎn)分配表如表1所示。盡管十字路口有12只紅洞逼、黃注芯、綠燈，人行道有16只紅党饮、綠燈肝陪，但是同一方向的同色燈同時(shí)動(dòng)作，應(yīng)為一個(gè)輸出刑顺，所以在表中只占用10個(gè)PLC輸出端點(diǎn)氯窍。

圖2 十字路口交通燈組態(tài)仿真畫面

畫面中汽車和行人的動(dòng)作僅與“組態(tài)王”的內(nèi)存變量有關(guān)，可通過在其應(yīng)用程序命令語言中編制程序控制汽車與行人的速度和方向捏检，與PLC的程序無關(guān)荞驴。
4.2 機(jī)械手仿真系統(tǒng)

1）控制要求。a．系統(tǒng)工作方式分自動(dòng)贯城、手動(dòng)2種熊楼。b．在自動(dòng)工作方式下，點(diǎn)按啟動(dòng)按鈕能犯，機(jī)械手向下移動(dòng)5s鲫骗，夾緊2s，隨后上升5s踩晶，右移10s执泰，下移5s枕磁，放松2s，上移10s杖烘，完成一個(gè)工作周期涉捂，回到初始位置.隨后繼續(xù)進(jìn)行下個(gè)周期的運(yùn)行。如果按下停止按鈕于抬，則本工作周期完成渣冒，機(jī)械手返回初始位置后停止運(yùn)行。C．采用手動(dòng)工作方式元邻，可分別控制各運(yùn)動(dòng)部件琅瘦。

2）PLC輸入輸出表。機(jī)械手控制PLC的I/O點(diǎn)分配表如表2所示咒付。輸入端點(diǎn)所接的控制部件除了“自動(dòng)/手動(dòng)”開關(guān)為轉(zhuǎn)換開關(guān)以外乌诚，其他均為自動(dòng)復(fù)位點(diǎn)動(dòng)按鈕。

圖3 機(jī)械手組態(tài)仿真手動(dòng)畫面

4.3 混合液體仿真系統(tǒng)

設(shè)H枷斩，T蜒午，L為液位傳感器，液面淹沒時(shí)為ON味测；YV1及YV2為進(jìn)料電磁閥喘疹，YV3為排料電磁閥，M為攪拌電動(dòng)機(jī)饰及。

1）控制要求。a．初始狀態(tài)：容器是空的康震，3個(gè)閥門均關(guān)閉（YV1＝Y(jié)V2＝Y(jié)V3＝OFF）燎含，液位傳感器輸出觸點(diǎn)斷開（H＝I＝L＝OFF），電機(jī)停止（M＝OFF）腿短。b．啟動(dòng)操作：按一下啟動(dòng)按鈕SB1屏箍，閥門YV1打開（YV1＝ON），液體A流入容器橘忱；當(dāng)液面到達(dá)I時(shí)赴魁，I＝ON，使閥門YV1關(guān)閉（YV1＝OFF）钝诚，閥門YV2打開（YV2＝ON）颖御，液體B流入容器；當(dāng)液面到達(dá)H時(shí)凝颇，H＝ON潘拱，使閥門YV2關(guān)閉（YV2＝OFF），啟動(dòng)電機(jī)M（M＝ON）開始攪勻末瘾；經(jīng)過60s唠芋，攪勻后摹钳，M停止攪拌（M＝OFF），閥門YV3打開（YV3＝ON）拧淘，開始放出混合液體疲席；當(dāng)液面低于L時(shí)，L由ON變?yōu)镺FF族焰，再過2s后台古，使閥門YV3關(guān)閉（YV3＝OFF），容器放空稀忘，工作結(jié)束云钻。c．停止操作：在工作過程中，按一下停止按鈕扣筛，系統(tǒng)立即停止工作聋寻。

2）PLC輸入輸出表∷迹混合液體控制PLC的I/O點(diǎn)分配表如表3所示坠狡。控制混合液體PLC輸入/輸出表如表3所示遂跟。在PLC輸入端接一個(gè)對攪拌電動(dòng)機(jī)起過載保護(hù)作用的熱繼電器常閉觸點(diǎn)逃沿。當(dāng)電機(jī)發(fā)生過載時(shí)，此觸點(diǎn)斷開時(shí)系統(tǒng)將停止工作幻锁。

表3 混合液體控制PLC的I/O點(diǎn)分配表

3）組態(tài)仿真畫面凯亮。混合液體組態(tài)仿真畫面如圖4所示哄尔。當(dāng)“組態(tài)王”和PLC通信正常時(shí)假消，點(diǎn)按啟動(dòng)按鈕，就可在畫面中非常形象直觀地觀察到管道中水的流動(dòng)岭接、儲(chǔ)液罐中液體的升降和攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)富拗，以及水位傳感器接通的情況。另外鸣戴，在畫面中設(shè)計(jì)了液位報(bào)警窗口啃沪，當(dāng)液位數(shù)值變化異常時(shí)將進(jìn)行報(bào)警；還設(shè)計(jì)了歷史曲線窄锅、實(shí)時(shí)曲線创千、數(shù)據(jù)報(bào)表畫面，以便對液位進(jìn)行趨勢分析某蛆。由于篇幅所限碴秽，此畫面沒有給出。

5 實(shí)驗(yàn)過程

開發(fā)的仿真PLC控制對象畫面中的圖素已經(jīng)建立了動(dòng)畫連接〕薪校“組態(tài)王”與PLC進(jìn)行通信蔫沐，已經(jīng)驗(yàn)證了仿真監(jiān)控畫面運(yùn)行的正確性，可實(shí)現(xiàn)真實(shí)PLC控制對象所要求的一切功能织鳖。當(dāng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)激点，不必為其提供梯形圖，不過可以先通過計(jì)算機(jī)屏幕為學(xué)生展示開發(fā)好的仿真控制畫面卷哟，使學(xué)生對自己設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)有感性認(rèn)識(shí)开辫，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）按照每個(gè)實(shí)驗(yàn)給出的控制要求和PLC輸入輸出表役躬，畫出PLC原理圖和控制程序流程圖颤榛，讓學(xué)生學(xué)會(huì)PLC的實(shí)際接線和電氣元件的選型及標(biāo)準(zhǔn)畫法，使實(shí)驗(yàn)更接近實(shí)際纸兔。
2）應(yīng)用三菱PLC編程軟件FXGPWIN在計(jì)算機(jī)上自編程序惰瓜。可使用不同的算法和指令編寫程序汉矿，但最終要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的相同控制崎坊。
3）PLC程序編制完成后，要進(jìn)行調(diào)試修改洲拇。首先奈揍，利用PLC編程軟件中的“編譯”命令，檢查PLC程序是否有語法錯(cuò)誤赋续，如果沒有再將程序下載到PLC中男翰；其次，利用PLC編程軟件中的“監(jiān)控”和“強(qiáng)制”命令纽乱，調(diào)試PLC程序奏篙。
4）PLC與組態(tài)軟件通信。通過運(yùn)行仿真畫面迫淹，可形象直觀地觀察仿真PLC被控對象的工作情況，由此也可驗(yàn)證PLC程序正確與否为严。

6 結(jié) 語

將仿真技術(shù)應(yīng)用于PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)升筛，解決了無控制對象及無法開設(shè)PLC實(shí)驗(yàn)課的問題。此外垛搏，仿真方法還可在教師的科研中發(fā)揮巨大作用柳竟，既能節(jié)約大量的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，又能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間肩卡，提高實(shí)驗(yàn)的安全性慰乾，另外，仿真控件的開發(fā)周期短嗦忍，開發(fā)后免維護(hù)殊童，所以可以開發(fā)多個(gè)仿真控件词俏，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的多樣性，以更好地達(dá)到教學(xué)目的海泵。目前标腮，我們已經(jīng)開發(fā)了運(yùn)料小車、自動(dòng)售貨機(jī)围婴、五層樓電梯祈很、霓虹燈等仿真控件，并編寫了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書以配合課堂教學(xué)钠四，幫助學(xué)生積累工程現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)盗扒，使之得到全面綜合的鍛煉。

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