基于MCGS的西門子S7300PLC仿真實驗設(shè)計

摘要：西門子S7300 PLC實訓(xùn)平臺可用于演練和教學(xué)的開發(fā)和設(shè)計工作，另外S7300 PLC內(nèi)設(shè)計較多專業(yè)性知識，對于相關(guān)人員的職業(yè)技能鑒定來說具有較強的實用價值。本文重點分析基于MCGS的西門子S7300 PLC仿真實驗設(shè)計，從系統(tǒng)的軟件設(shè)計和硬件設(shè)計入手。

關(guān)鍵詞：MCGS;西門子S7300;PLC;仿真;實驗設(shè)計

在機電一體化專業(yè)中，PLC應(yīng)用技術(shù)屬于專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要是利用續(xù)電器控制為基礎(chǔ)，以微處理器為核心，集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電氣控制技術(shù)和計算機技術(shù)與一體，將各種技術(shù)的理論知識與實際運用相互結(jié)合的綜合性學(xué)科。PLC應(yīng)用技術(shù)課程知識點多，涉及范圍廣，工程性和實用性較強，對實踐教學(xué)具有很大的幫助。其中包括畢業(yè)設(shè)計、實習(xí)、調(diào)研和實踐等等，目的是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和動手能力。隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)各種生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程都發(fā)生了巨大的變化，而傳統(tǒng)的PLC應(yīng)用技術(shù)主要是通過實驗臺進(jìn)行操作，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會發(fā)展的需求，所以必須要采用全新的PLC應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行實驗教學(xué)。本文所研究的MCGS主要是基于微軟系統(tǒng)操作平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)同步動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和快速構(gòu)造的組態(tài)軟件系統(tǒng)，并在工程領(lǐng)域中發(fā)揮著較大作用。基于MCGS的西門子S7300 PLC仿真實驗系統(tǒng)，通過界面能夠更好的控制對象動作過程，使實驗現(xiàn)象更加直觀生動。

一、仿真實訓(xùn)系統(tǒng)

從目前對PLC控制以及監(jiān)控系統(tǒng)來看，仿真實驗類型和方案比較多種多樣，且都是根據(jù)實際需求而特意制作成的方案并加以實施。[1]仿真系統(tǒng)內(nèi)含有三個內(nèi)嵌子系統(tǒng)，分別是多種液體自動混合控制系統(tǒng)、自動送料小車控制系統(tǒng)、機械手控制系統(tǒng)。通過將理論知識帶入實驗實訓(xùn)過程中，可以讓學(xué)生清楚了解到PLC技術(shù)的應(yīng)用價值。仿真實訓(xùn)系統(tǒng)主要包含兩個機位：S7300 PLC和計算機，計算機內(nèi)需要安裝一個主界面作為總控平臺，利用主界面可以更好控制和操作各個子系統(tǒng)。每一個子系統(tǒng)軟件都是獨立存在的，硬件安裝在控制柜內(nèi)，并安裝端口、傳感器、指示燈和按鈕，并且這些硬件共享使用。控制子系統(tǒng)運行的方式有兩種，可以通過上位機監(jiān)控面板控制，也可以手動操作面板控制。控制原理如下圖：

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）接線圖

該系統(tǒng)主要包含S7300 PLC、MPI網(wǎng)線、模擬量輸出和輸入模塊等內(nèi)容組成，系統(tǒng)硬件連接圖如下。輸出端口Q0.0的作用在于控制送料小車的子系統(tǒng)，不斷在何種系統(tǒng)內(nèi)都有控制開關(guān)量的作用，根據(jù)輸出信號性質(zhì)分別執(zhí)行不同的任務(wù)，所以，必須要在兩個相鄰輸出回路中增加開關(guān)加以控制，目的保證系統(tǒng)在運行過程中更加穩(wěn)定。

（二）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)主要包括PLC、計算機、觸摸屏、MCGS組態(tài)軟件、RS485和RS232轉(zhuǎn)換模塊。[2]計算機的用途主要是用來編寫程序和開發(fā)軟件;PLC的作用是將計算機與RS485端口進(jìn)行連接通信;觸摸屏主要是用來進(jìn)行操作，并展現(xiàn)出模擬仿真畫面。另外計算機還需要使用USB通信連接觸摸屏，將編寫的程序可以傳輸?shù)接|摸屏上進(jìn)行觀看。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

仿真系統(tǒng)內(nèi)含有三個獨立的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都包含共同兩個組成部分：MCGS組態(tài)軟件和PLC控制軟件。PLC控制軟件主要是利用西門子S7300軟件建調(diào)試和編寫，實現(xiàn)實時監(jiān)控的目的。基于MCGS的西門子S7300 PLC監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主控窗口（用于系統(tǒng)主控界面）、用戶窗口（設(shè)計人機交互界面）、運行策略（控制工程運行流程）、設(shè)備窗口（連接驅(qū)動外部設(shè)備）、實時數(shù)據(jù)庫（應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心MCGS核心）。監(jiān)控系統(tǒng)的具體流程包括：第一步，打開，建立工程項目;第二步，設(shè)計人機界面;第三步，利用實時數(shù)據(jù)庫模塊建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫;第四步，動畫連接;第五步，設(shè)備連接。基于MCGS組態(tài)軟件在實施之前，需要對各個子系統(tǒng)控制進(jìn)行全面分析，并分析設(shè)計內(nèi)容是否合理。

（一）控制要求分析

自動混合子系統(tǒng)工作方式有兩種：自動循環(huán)和單周期循環(huán)。通過電磁閥控制不同線路的開啟和關(guān)閉，從而達(dá)到實際需求的目的，比如在多種液體自動混合子系統(tǒng)內(nèi)，想要制作成一種混合液體，那么就需要控制對應(yīng)的流動管道，實現(xiàn)混合液體的制作。[3]單周期控制原理為：先檢測是否有液體，若有則直接放空，開啟放液電磁閥，并同時關(guān)閉三個進(jìn)液管道的電磁閥，完成對應(yīng)的工作。按下啟動按鈕，電磁閥先開啟，其次開關(guān)位置檢測到有液體就會關(guān)閉電磁閥，根據(jù)液體種類以此類推，然后開啟攪拌機，攪拌均勻后停止，最后開啟放液閥開關(guān)，根據(jù)需要按下停止按鈕即可。所謂的自動循環(huán)就是把單周期控制工作進(jìn)行循環(huán)。

（二）MCGS監(jiān)控軟件設(shè)計

根據(jù)子系統(tǒng)控制的實際情況，然后根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的具體流程設(shè)計MCGS監(jiān)控軟件工作流程，第一步，確認(rèn)需求目的;第二步，設(shè)計人機界面;第三步，建立實施數(shù)據(jù)庫;前三步驟完成需要確認(rèn)人機界面的圖形是否為靜止?fàn)顩r;然后把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與人機界面的圖形進(jìn)行連接，在設(shè)置連接后動畫的各種屬性，確保人機界面的圖形能夠接受到指令動起來。[4]

（三）動畫設(shè)計系統(tǒng)

動畫屬性是組態(tài)控制技術(shù)的重要部分，機械手項目連接方式主要有大小變化、垂直移動、水平移動。機械手上下運動主要使用矩形動畫連接;機械手的抓緊和松開動作主要依靠繪制來實行，在組態(tài)動畫屬性設(shè)置里基本上是對一個圖素分別完成各種動作，包括機械手大小變化、垂直移動、水平移動等等。

四、設(shè)備連接與調(diào)試

為了保證MCGS系統(tǒng)能夠正常運行，可以隨時讀取指令數(shù)據(jù)并監(jiān)控PLC的執(zhí)行狀態(tài)，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控PLC控制過程，那么就需要在MCGS系統(tǒng)內(nèi)建立PLC與MCGS系統(tǒng)的連接關(guān)系。[5]

設(shè)備連接具體方式如下：第一步，在窗口增加西門子S7300 PLC設(shè)備部件，再設(shè)置S7300 PLC的屬性;第二步，先添加PLC存儲器信息，然后在S7300 PLC子設(shè)備內(nèi)設(shè)置其屬性，最后在下級設(shè)置讀寫屬性和通道屬性，此時需要注意的是每一輸入端口都有一個對應(yīng)PLC設(shè)備通道，設(shè)備內(nèi)部位置必須呀偶遇輸出端口對應(yīng)起來;第三步，在子設(shè)備屬性中，建立連接通道，使MCGS實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息能與內(nèi)部建立相互對應(yīng)的關(guān)系，另外還需要與PLC輸入輸出端口相互對應(yīng)起來。設(shè)備組態(tài)最重要的內(nèi)容就是通道連接，所以通道連接必須要正確，連接成功后，啟動PLC運行，這樣就可以從監(jiān)控界面上觀看到所有監(jiān)控動態(tài)狀況。

五、仿真系統(tǒng)主界面設(shè)計

仿真系統(tǒng)主界面主要包括六個模塊：機械手PLC、機械手MCGS、多種液體自動混合MCGS、多種液體自動混合PLC、自動運料小車MCGS、自動運料小車PLC，一般情況下都是利用VB語言編寫可視化程序內(nèi)容。這樣就可以直接從仿真系統(tǒng)主界面進(jìn)入對應(yīng)的內(nèi)嵌子系統(tǒng)。[6]再對子系統(tǒng)進(jìn)行操作，操作流程：點擊西門子S7300 PLC 編程環(huán)境、下載 PLC 控制程序、運行PLC、關(guān)閉 PLC 編程環(huán)境、返回主界面單擊“機械手 MCGS”、點擊MCGS 組態(tài)軟件編程環(huán)境、下載 MCGS 組態(tài)軟件程序、啟動運行 MCGS 程序、打開監(jiān)控界面。按照這個操作流程進(jìn)行操作，就可以直接通過監(jiān)控窗口進(jìn)行實施監(jiān)控控制程度工作情況。

六、結(jié)語

在教學(xué)系統(tǒng)中使用基于MCGS的西門子S7300 PLC仿真系統(tǒng)進(jìn)行實驗設(shè)計，具有明顯的優(yōu)勢，首先該系統(tǒng)真實可靠，工作穩(wěn)定，另外系統(tǒng)開發(fā)拓展性較強，內(nèi)嵌子系統(tǒng)可以根據(jù)需求進(jìn)行升級和自由增配，柔性較強。最重要一點就是投入硬件設(shè)備較少，同時能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的實訓(xùn)內(nèi)容，滿足各種實驗基本要求，還能進(jìn)一步提高學(xué)生的興趣，充分發(fā)揮實訓(xùn)的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒偉.基于MCGS組態(tài)軟件的上位機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2008（1）：103108.

[2]張伏，王唯.基于MCGS組態(tài)軟件的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機床與液壓，2015（21）：2327.

[3]邢滿榮，張鵬.基于PLC和MCGS組態(tài)的機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2015（7）：1113.

[4]蘭蔚.基于PLC的教學(xué)仿真實驗在MCGS組態(tài)軟件的實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2009（9）：1314.

[5]包建華.基于MCGS組態(tài)軟件的機械手控制系統(tǒng)研制[J].機械制造與自動化，2007（5）：140141.

[6]劉力.組態(tài)軟件在PLC實驗系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2014（4）：127129，136.

作者簡介：邵雪（1986），女，遼寧鞍山人，本科，一級實習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：電氣自動化控制技術(shù)。