基于 PLC 和 MCGS 軟件在仿真實驗教學系統的設計與實現

陳琴

摘 要：因為PLC技術在自動控制領域占有重要的地位，所以PLC技術已成為高校電類專業的必修課程。本文將PLC技術與MCGS組態軟件相結合，將其運用到PLC課程的實踐教學中來，設計并實現了PLC仿真實踐教學系統。實踐證明，在教學中運用該系統提高了學生對工業過程控制的感性認識，從而提高了教學質量。

關鍵詞：MCGS；仿真；實驗教學；PLC 中圖分類號：TN914 文獻標識碼：C 收稿日期：2015-12-14

為順應社會需求，高校中的電子專業、電氣專業等相關專業都已將PLC作為一門必修的專業基礎課或專業課程納入教學大綱。[1]但是在教學中存在一些問題，比如說學生對PLC在自控領域的應用缺乏感性認識，對工作原理理解不透，對課程缺乏興趣等。

為解決上述問題，本文以立體倉庫為例，設計了仿真實驗教學系統，將PLC技術與MCGS組態軟件相結合，并將其引入教學、實驗環節進行教學實踐。

1.仿真實驗系統的構成

本系統由上位機監控系統、可編程控制器（PLC）、外圍設備組成。上位計算機中安裝PLC編程軟件和MCGS組態軟件，其主要功能是通過MCGS軟件中的仿真監控畫面，對立體倉庫運動過程進行仿真和監控。[2]下位機采用S7-200型PLC，上位機與下位機通過PC/PPI電纜連接進行通信。除此之外，還有PLC的外圍設備。系統的基本結構如圖1所示。

2.系統的硬件設計

（1）I/O分配。系統分為三個子系統：立體倉庫子系統、自動車庫子系統、升降機控制子系統。每個子系統可以單獨運行，進行仿真實驗。三個子系統共用一個PLC和外圍設備，每個子程序有各自對應的I/O分配。

（2）系統的硬件接線圖。立體倉庫中最關鍵的機構是堆垛機，本立體倉庫子系統主要仿真堆垛機的運行過程。堆垛機有三個方向的運動：Z方向的伸叉運動、X方向的行走運動、Y方向的升降運動，分別由三臺電動機控制。磁柵尺被安裝在倉庫里，堆垛機的升降位置可以被磁柵尺檢測到，然后通過數字I/0口信號轉移到PLC，PLC通過閱讀來自傳感器的信號控制電機運行，實現堆垛機可靠定位和安全運行。

3.軟件設計（MCGS）

（1）控制要求分析。系統啟動，根據出入庫要求，自動將貨物搬運到指定的位置，結束操作。整個系統分為出庫操作和入庫操作兩個大的模塊。已入庫為例，在進行入庫作業時，貨叉要上升到上浮位置，貨叉運行機構將貨叉伸出，然后貨叉下降到下浮位置，這樣貨叉才能將貨物放到指定的貨位上，貨叉運行機構將貨叉縮回。系統再次掃描指定貨位的貨物有無檢測傳感器，如果此時檢測到指定貨位上有貨物，則堆垛機回歸初始位置等待下一命令。

（2）MCGS組態仿真軟件設計。MCGS 組態仿真系統結構圖如圖2所示，根據控制要求，分別對結構圖中的各環節進行組態。

①用戶窗口設計。立體倉庫畫面如圖3所示。仿真軟件設計首先是組態畫面的設計，為了使仿真效果更加形象，增加了如庫位顯示的指示燈，還有堆垛機運動的動畫等。②實時數據庫。實時數據庫是系統的核心，也是系統的處理中心，系統各部分均以實時數據庫數據公用區進行數據交換、數據處理和實時數據的可視化處理。完成實時數據庫建立后，將組態畫面與實時數據聯系起來，建立動畫連接。③運行策略。運行策略是指對監控系統運行流程控制的方法和條件，它能夠對系統執行某項操作和實現某種功能進行有條件的約束。

本文仿真實驗系統，該系統除了保證完成計劃內的實驗教學任務外，還實行開放式管理，具有綜合性和開放性的特點，既能開設多個教學實驗，又調動了學生做實驗的積極性，主動性大大提高。

參考文獻：

[1]曹輝，霍罡.可編程控制器系統原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2003.

[2]徐菱，等.基于PLC的堆垛機控制系統設計[J].組合機床與自動化技術，2005，（1）：72-73.