Factory IO 在PLC 應用技術課程虛擬仿真教學中的應用

李秀忠，彭一航，陳思濤，梁寶英

（佛山職業技術學院，廣東 佛山 528137）

1 前言

在高職自動化類專業中PLC 應用技術課程是一門專業核心課程，該課程主要教學目標是培養學生的PLC 編程能力，但在教學過程中，教師教授的或學生練習編寫的PLC 應用系統控制程序，都需要在設備上進行直觀驗證，才能發現程序設計中的錯誤、不足。但學校購置的設備所能開設的訓練項目是固定的，而課程教學中的項目可能在現有設備上無法實現。同時實訓設備較貴，實訓過程中設備損耗也較大，學生訓練過程中的教學組織和實施也較難。所以在該課程教學過程中，引入虛擬仿真教學方法，可有效解決以上問題，極大地提高學生的學習興趣和學習效果。本文以一個物料輸送系統為例，詳細介紹了運用Factory IO 軟件進行PLC 應用技術課程虛擬仿真教學的方法。

2 繪制虛擬設備圖及PLC 配置

2.1 Factory IO 簡介

Factory IO 軟件是一款包含工業系統場景搭建、系統I/O 信號連接、PLC 程序控制、系統仿真調試等功能的工廠虛擬仿真軟件。Factory IO 自帶包含物品、重載部件、輕載部件、傳感器、操控臺、工作站、報警裝置、安全設備等8 類部件的部件庫，用戶可從部件庫中采用拖拽方式搭建自己的工業應用場景，并與PLC 編程軟件聯合進行虛擬仿真調試，用PLC 程序控制虛擬設備運行，從而驗證所設計的工業場景和PLC 程序的正確性和合理性。

2.2 設計任務

設計一個物料輸送系統，該系統由3 條傳送帶C1～C3 組成，其中C1 為近處傳送帶，C3 為遠處傳送帶，每條傳送帶分別由一個電機驅動，將較高處的物料輸送到較低遠處，要求在啟動時不能造成物料堆積，在停止時不能造成傳送帶上還有物料；當按下啟動按鈕時啟動順序為C3—C2—C1—上料機，每個設備相隔5S 延時啟動。當按下停止按鈕時停止順序為上料機—C1—C2—C3，每個設備相隔8s 延時停止。當按下急停按鈕時，系統立即停止運行。

2.3 繪制虛擬設備圖

運行Factory IO 軟件，根據設計任務要求在Factory IO 部件庫中拖拽出3 條傳送帶并分別重命名為傳送帶C1 ～C3，兩條傳送帶間用滑道連接，發射器做上料機，在最后一個滑道處放置一個收集器。在控制箱上安裝一個啟動按鈕、一個停止按鈕和一個急停按鈕。繪制完成的設備圖如圖1 所示。

圖1 物料輸送系統

2.4 設備手動調試

點擊工具欄上的傳感器和執行器標簽圖標，將各傳感器和執行器標簽顯示出來，然后再點擊傳送帶C1、傳送帶C2、傳送帶C3 和上料機信號標簽，將以上各信號集中顯示在編輯區的左上角。點擊編輯區左上角傳送帶C3信號將該信號強制為1，信號顏色由暗綠色變為亮藍色，驅動傳送帶C3 運行，接著將傳送帶C2 信號強制為1，驅動傳送帶C2 運行，再將傳送帶C1 信號強制為1，驅動傳送帶C1 運行，最后將上料機信號強制為1，上料機運行開始上料。然后再按上料機、傳送帶C1、傳送帶C2、傳送帶C3 的順序依次點擊各信號，將各信號強制為0，信號顏色由亮藍色變為暗藍色，則按上料機、傳送帶C1、傳送帶C2、傳送帶C3 的順序依次停止。調試結束后要將各執行器信號釋放，否則，將影響PLC 程序控制。傳感器在調試過程中如有檢測到物體則信號顏色由暗綠色變為亮綠色，同時傳感器上的指示燈也將點亮（圖2）。

圖2 執行器信號強制與釋放

2.5 PLC 配置與信號連接

在Factory IO 軟件中，點擊文件—驅動，彈出驅動窗口，在該窗口的驅動框選擇Siemens S7-1200/1500，然后點擊驅動窗口的配置菜單，彈出配置窗口，在該窗口中選擇類型為S7-1200，主機IP 為本機網卡的IP 地址，網絡適配器為本機IP 地址對應的網絡適配器，輸入輸出點數根據設計任務的需求配置，這樣就完成了Factory IO的PLC 配置及與TIA 博途通信的網絡配置。將Factory IO虛擬設備的傳感器和執行器信號連接到PLC 的輸入輸出引腳，信號連接和通信設置如圖3 所示。

圖3 Factory IO 驅動設置

3 編寫PLC 控制程序

本項目主要用于講解PLC 定時器相關知識點，培養學生能運用定時器指令，會編寫定時程序。在程序中運用了接通延時和斷開延時兩種定時器指令，并運用了功能框和線圈兩種表達形式。根據設計任務要求，當按下啟動按鈕時，傳送帶C3 先啟動，延時5s 后啟動傳送帶C2，再延時5s 后啟動傳送帶C1，最后延時5s 啟動上料機，所以程序中運用了3 個接通延時定時器。當按下停止按鈕時，先停止上料機，延時8s 后停止傳送帶C1，再延時8s 后停止傳送帶C2，最后延時8s 停止傳送帶C3，所以程序中運用了3 個斷開延時定時器。部分程序設計如圖4 所示。

圖4 部分程序設計

4 通信連接與仿真運行

4.1 Factory IO 與TIA 博途通信連接

在TIA 博途中點擊項目樹中的項目—屬性—保護，打開保護對話框，在其中的塊編譯時支持仿真選擇框中打勾，點擊項目樹中的PLC—屬性—常規—防護與安全—連接機制，打開連接機制對話框，在其中的允許來自遠程對象的PUT/GET 通信訪問選擇框中打勾。PLC 選擇西門子S7-1200，Factory IO 驅動方式選擇Simens S7-1200/1500，TIA 博途要能與Factory IO 通信，則需運用NetToPLCsim 軟件才能將TIA 博途與Factory IO 建立通信連接，如圖5 所示。

圖5 NetToPLCsim 運行

4.2 虛擬設備仿真運行

點擊Factory IO 的文件—驅動—連接，當在驅動方式選擇框旁出現一個綠色打勾的圓點圖標時，表示Factory IO 與TIA 博途建立起了通信連接，此時在Factory IO 的主界面中點擊三角狀的運行圖標，啟動Factory IO 運行，按下控制箱上的啟動按鈕，則系統按傳送帶C3—傳送帶C2—傳送帶C1—上料機順序分別延時5s 啟動。按下停止按鈕，則系統按上料機—傳送帶C1—傳送帶C2—傳送帶C3 順序分別延時8s 停止，仿真運行如圖6 所示。

圖6 仿真運行

5 結語

PLC 應用技術課程不同教材編寫的項目不同，不同學校實訓設備也不同，教材與設備往往不配套，同時該類設備價格也較貴，實訓耗材消耗也大，實踐教學組織實施也較難，這就給該課程的教學造成了很大困難，文中提出一種運用Factory IO 軟件進行PLC 應用技術課程虛擬仿真教學的方法，有效地解決了以上問題。教師可根據教學的需要，自行設計虛擬設備，并編寫程序來控制虛擬設備。經多年的教學實踐表明，基于Factory IO 的PLC 應用技術課程虛擬仿真教學方法非常有效，能極大地提高學生的學習積極性、學習效率和學習效果。