电气控制与PLC仿真教学的设计及应用

电气控制与PLC仿真教学的设计及应用

季沈华

（扬州高等职业技术学校机电工程系江苏扬州225001）

摘要：组态软件的仿真系统以PLC与触摸屏作为下位机，以普通PC机构成上位机，上、下位机之间通过总线或串口连接，能够满足硬件数据传输与动态仿真。电气控制与PLC仿真教学具有多样化的发展程序、设备简易、成本低廉等优势，能够极大丰富教学内容，从而提高教学质量。本文主要探究了仿真系统设计思路和基本构成、系统基本原理、电气控制与PLC仿真教学设计与应用这几个方面的内容。

关键词：电气控制与PLC仿真教学；设计；应用

目前，大部分高职院校的工科实践课程教学的主要形式为实物演示教学，以增加教学的直观性，学生更容易理解，教学效果更佳。但是，在这一教学形式中，逐渐暴露出直观性差、实验模式与内容单一的弊端，在一定程度上降低了实物演示教学的效果[1]。为提高高职院校电气控制与PLC仿真教学水平，高职院校应当与软件公司进行合作，以仿真的形式实施电气控制与PLC实际应用的教学，以激发学生学习的兴趣，调动其创造性，提高教学水平。

1仿真系统的简介

1.1系统设计思路和基本构成

目前，在我国大部分高职院校的仿真教学中，多采用PPT、Flash等软件进行仿真教学课件的制作，不能满足硬件数据传输与动态仿真。组态软件的仿真系统以PLC与触摸屏作为下位机，以普通PC机构成上位机，上、下位机之间通过总线或串口连接，能够满足硬件数据传输与动态仿真。其中的仿真功能以实际线路工作、设备为基础，仿真效果有一定的保证，在相应的仿真方式下，“混料罐”、“电机正反转控制”、“简易电梯”、“机械手”等被控对象的仿真模型被开发，为教学的应用提供基础[2]。

1.2系统基本原理

组态软件的仿真系统中，计算机通过一个串行口与PLC编程连接，从而完成数据交换，调试程序、写入、上位机的监视为其主要功能。上位计算机在与PLC通信过程中对外部输入信号进行接收并实现编好程序运行，被控对象通过PLC发出控制信号及实验操作面板开关控制与按钮得到正常运行，其运行效果图能够显示在计算机上。MCGS组态软件通过PLC和相关接口实现通信，能够监控PLC所有的控制器、I/O接口、存储器的状态的全过程并以变量值的形式传送给计算机，共计算机处理与使用[3]。PLC与仿真被控对象通过通讯交互形成控制关系，组态软件在收到PLC发出的控制信号后按照一定的程序执行信号内容并在计算机上显示出PLC控制的结果与过程，控制结果的正确性能够通过计算机屏幕进行直接判断，具有仿真性较强。因此，高职院校在进行电气控制与PLC仿真教学中能够给学生和教师提供一个仿真实训，教学质量得到有效提升，有助于学生PLC编程能力的培养。

2电气控制与PLC仿真教学设计与应用

2.1电气控制与PLC仿真教学设计

在电气控制与PLC仿真教学设计中，仅将PLC作为信号转换电路，无需编写PLC程序，就可完成与PC信号转换、连接的实验板的建立[4]。在MCGS组态软件中根据系统控制要求采用专用的图形软件制作和管理元件图形，从而提升被控对象的专业色彩及虚拟性，仿真画面以控制要求为根据在系统工作得以完成，逼真的形象能够让学生易于理解与接受。为提升系统的控制功能，MCGS组态软件中的相应变量必须进行有效定义，将系统变量与画面进行系统连接，从而实现动画，设备组态科学设置及下位机通信需求得以保证。进行系统的通信端口数设置，实施PLC驱动程序安装，随后，对各种变量的定义及发展过程进行观察，建立组态软件对外部设备状态的管理、监控体系，完成信号和实验板的控制，将系统的工作状态充分显示。为达成系统控制的目标与要求，需要对组态脚本控制程序进行实时管理与调整，确保其准确无误，才可进行系统的运行与发展。必须在控制面板中严格控制各个按钮，接触器等器件与各开关的动态才能充分显示。

2.2电气控制与PLC仿真教学应用

电气控制与PLC仿真教学涉及的教学内容丰富、复杂，以三相异步交流电动机正反转控制电路的编辑为例，在电气控制技术仿真课程教学中，需要添加元器件，在元器件选择区内使用鼠标左键双击某个元器件，将该元器件显示在仿真平台上[5]。也可以通过鼠标拖动元器件选择区中的某个元器件来完成仿真平台的元器件添加。在元器件选择的过程中要注意提高选择的准确性，避免操作失误情况的发生。以PLC控制污水排放处理系统的基本操作为例，在仿真教学中，必须要以控制要求为根据进行MCGS的变量定义及分配，要严格按照控制要求进行相关操作；仿真动画连接设置以及监控画面设计需要在用户窗口中准确完成，相关的设置及设计应当确保准确无误；设备组态在设备窗口中准确完成；进行PLC驱动程序调用，对PLC的通信协议进行定义，开通PLC通道后连接数据库变量，以上操作按顺序进行，以保证操作的准确性；以控制要求为根据进行PLC控制程序的编写，保证编写的准确性；策略组态在MCGS中进行；下载PLC程序到PLC中，随后，利用组态仿真实验板上按钮或屏幕上的按钮完成系统控制，仿真通过系统工作状态中的组态画面得以实现，达到PLC控制污水排放处理系统仿真的效果，其效果与实际控制系统效果相同[6]。图1为污水排放处理系统仿真画面。电气控制与PLC仿真教学的应用让高职院校的学生能够利用仿真系统进行如同实际的操作，增加了学生的体验与实践经验，其PLC编程能力得以有效提升。

图1污水排放处理系统仿真画面

3结语

采用以PLC和组态软件为基础和平台的仿真实验系统进行各种控制设备的理论课堂教学,被控制对象利用计算机进行高效模拟，能够克服应用实物作为被控对象的缺陷，达到了直观的实际控制效果。电气控制与PLC仿真教学具有多样化的发展程序、设备简易、成本低廉等优势，能够极大丰富教学内容，从而提高教学质量。同时，虚拟仿真控件具有较短的开发周期，系统在开发后无需进行维护，从而能够有效满足多个虚拟仿真控件的开发，实验的多样性得以增加，学生工程实践经验得以丰富，最终能够有效完成全方位教学的目的。

参考文献：

[1]管成程.电气控制与PLC仿真教学的设计与应用[J].计算机光盘软件与应用,2014(16):132-132.

[2]马国伟.探讨翻转课堂教学法在《电气控制与PLC》课程的应用[J].教育,2015(37):128-128.

[3]游中国,罗晓林,郭凌岑,等.探析《电气控制与PLC》课程实训环节系统设计[J].山东工业技术,2015(24):281-282.

[4]王海波,齐云秋.MCGS组态仿真设计在自动化类课程教学的应用[J].电子世界,2015(21):46-48.

[5]杨章勇,李静,石永兵.基于WinCC和S7-300PLC的电梯监控系统设计与仿真[J].机械工程与自动化,2016(04):40-42.

[6]吕继东,张继,陈岚萍.3D仿真动画在PLC技术课程教学中的应用[J].电气电子教学学报,2016,38(01):142-144.