PLC應用技術仿真教學探討

陳慧敏

摘要：文章以自動洗衣機PLC控制系統為例，提出在PLC應用技術教學中，引入PLC和觸摸屏仿真軟件，構建PLC的仿真虛擬環境，并詳細給出仿真環境的構建和仿真過程，探討利用PLC和觸摸屏仿真軟件對被控對象進行仿真，模擬被控對象以及控制的動作過程。教學實踐表明，該方法操作便捷，調試方便，利于學生掌握，有較大推廣價值。

關鍵詞：PLC；觸摸屏；仿真教學

中圖分類號：G718.5 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0227-02

PLC是電氣控制系統的控制核心，它可以實時控制工業現場的各類設備，很方便地完成各類控制要求[1，2]。自1969年問世以來，以其功能強、可靠性高、編輯簡單、體積小的特點，在工業控制的各個領域得到了廣泛的應用[3]。PLC應用技術教學的重點在于突出學生的工程應用能力的訓練和培養，但由于PLC更多是在工業控制中被廣泛應用，被控對象多數是龐大的機械設備，現場環境復雜，如果要在實訓室中搭建被控對象，勢必會耗費大量的人力、物力和財力，甚至會導致事故的發生。本文以自動洗衣機PLC控制系統為例，詳細給出仿真環境的構建和仿真過程，探討利用PLC和觸摸屏仿真軟件對被控對象進行仿真，模擬被控對象以及控制的動作過程，在不降低教學質量的基礎上有效降低教學成本，并能使學生同樣對控制過程有一個感性認識。

一、自動洗衣機PLC控制系統

按下啟動鍵，進水閥燈亮，洗衣桶開始注水，水位到達上限，上限開關按下，進水閥燈滅，表示水注滿；波輪開始旋轉，左轉5.5秒，停1秒，右轉5.5秒；運行4分鐘后，波輪停止轉動，排水閥燈亮，開始排水；水位走到下限，下限開關按下，排水閥關閉，燈熄滅；脫水桶指示燈亮，脫水桶開始工作1分鐘，一分鐘后，蜂鳴器響，整個洗衣過程完成。按下停止鍵洗衣機停止工作；按下手動排水鍵，洗衣機開始排水。

二、構建仿真虛擬環境

要構建PLC的仿真虛擬環境，需要安裝GX Developer和GX Simulator的三菱PLC編程仿真軟件以及GT Designer和GT Simulator觸摸屏仿真軟件。GT Designer是作為觸摸屏界面設計使用的，GT Simulator是用來進行觸摸屏仿真。

三、仿真教學實現

（1）輸入/輸出端子分配。PLC輸入/輸出端子分配如表1。

（2）利用GT Designer設計觸摸屏界面。打開GT Designer后注意選擇PLC類型為MELSEC-FX，為后面和FX2NPLC的連接做好準備。在GT Designers設計界面中，洗衣機的控制輸入和輸出可以通過開關指示控件和指示燈控件進行設定軟元件狀態，而其內部軟元件，例如時間的變化，洗衣機的渦輪旋轉循環次數均可通過數值顯示和修改控件來設定。利用GT Designer設計觸摸屏界面如圖1所示。

圖中按鈕SB1、SB2，限位開關SQ1、SQ2、手動排水的轉換開關為控制輸入單元，可以使用GT Designer中位開關控件進行操作，在選定相應的開關圖片后，將按鈕和限位開關的位開關的動作設置為點動，而轉換開關的位開關的動作設置為位反轉，其指示燈功能設置均設定為位的ON/OFF，并且填入相應的軟元件名稱。按鈕和開關的通斷可以通過對其圖形屬性，包括顏色和空間圖形變化來直接顯示。圖中電機的正反轉以及進水閥、脫水閥、排水閥和蜂鳴器都是用了位指示燈控件，填入相應的軟元件名稱，指示燈通過顏色變化來顯示當前運行狀態。循環次數和相關時間參數顯示利用了數據顯示控件，填入相應的軟元件名稱，該控件能以數值直觀顯示當前運行狀態參數。利用數據文本控件加入必要的文字說明，讀取圖像控件插入自動洗衣機圖片，整理美化整個仿真界面。

（3）設計順序功能。PLC程序設計主要有梯形圖和順序功能圖（Sequential Function Chart）兩種，其中順序功能圖因其是一種按工藝流程圖進行編程的圖形化編程語言，調試直觀方便，對于初學者來說，利用SFC，只需了解各種狀態以及各種狀態之間的轉移條件，就能很快編寫出高效可靠的程序?，F根據自動洗衣機的控制要求，設計出順序功能圖如圖2。

（4）利用GX Developer制作順序功能圖（SFC）。在設計好自動洗衣機順序功能圖（SFC）后，就可以利用GX Developer來進行制作。在該軟件中用非常直觀的快捷鍵就可以制作出漂亮的SFC，簡單高效。自動洗衣機PLC的SFC如圖3所示，且設計完成后如果需要可通過設置直接轉化為梯形圖和指令表。

（5）自動洗衣機仿真調試。在制作完成自動洗衣機SFC之后，單擊GX Developer梯形圖邏輯測試功能快捷鍵，進入PLC的模擬運行狀態。再打開GT Simulator選擇前面設計好的觸摸屏仿真界面，啟動模擬器，進入PLC觸摸屏聯合模擬調試運行。調試過程中，在GX Developer上可通過設計的SFC來監測當前所處的狀態以及外部控制條件的變化引起的各個狀態之間的轉移變化，根據當前狀態的輸出和狀態轉移是否正確，可快速定位運行不正常的程序段。圖4所示仿真界面顯示洗衣機“波輪開始旋轉，左轉5.5秒，停1秒，右轉5.5秒”已循環5次，目前處于波輪左轉0.2秒，與圖3所處的S21狀態相對應。按照自動洗衣機的控制要求，可以逐條進行驗證。

四、仿真教學意義

從教學角度來說，對于傳統PLC應用技術教學中利用常規的開關量驗證實訓，整個教學過程中，教學實驗板內容固定，缺乏形象直觀性，學生往往很難將實驗板上的開關量和具體實物聯系起來。而將PLC和觸摸屏仿真軟件引入教學中，通過觸摸屏軟件來全真模擬被控對象，如上面自動洗衣機的觸摸屏界面一樣，學生能直觀了解實訓實物究竟是什么，如何對應各相應控制，從而達到既可以克服真實被控對象的缺點，又能用低廉的教學開支來豐富實踐課程的內容，增強PLC應用技術的教學效果。而且當學生掌握了PLC和觸摸屏仿真軟件之后，將不局限于實訓室，只需一臺計算機就可以通過想象進行各種各樣的設計，并驗證效果，促進了學生對PLC的認識，也有利于學生思維的啟發，創新意識的提升，綜合應用能力的培養。教學實踐表明，該方法操作便捷，調試方便，利于學生掌握，有較大推廣價值。

參考文獻：

[1]周美蘭，周封，王岳宇.PLC電氣控制與組態技術[M].北京：科學出版社，2003：4-5.

[2]梅麗鳳，鄭海英.電氣控制與PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2012：6-8.

[3]楊桂娟，梅妍.大學物理實驗[M].大連：大連理工大學出版社社，2006：114-116.