基于触摸屏仿真软件的PLC教学课件与实验平台研究和实践

董淮北

（安徽淮北煤电技师学院 机电工程系，安徽 淮北235000）

一、引言

多媒体教学通常采用PowerPoint、Flash等软件制作的课件，对于只局限一般动漫或图片教学的课程是能满足的，但对PLC课程，使用一般多媒体课件是不能满足实际教学需求的。利用触摸屏编程软件建立多个画面进行图形界面的设计，制作出线段、图形、文字符号等显示PLC控制对象，并通过投影仪时时同步显示PLC教学课件内容，使PLC学习更加丰富、生动、直观。课件画面的图形元件与PLC程序对应I/O地址，既能达到多媒体教学演示，又能与PLC仿真运行显示被控对象工作状态。我们利用新型教学课件的开发，能够与PLC课题项目工作过程同步开展，又能进行仿真实验代替实物实验，可以降低实验成本，丰富实验内容，增强实验效果。

二、课件控制系统的介绍

课件系统包括由计算机控制与软件通信系统、PLC的驱动控制系统、电力拖动控制系统、触摸屏仿真界面投影仪显示系统等组成。

1.计算机控制与软件通信系统

此系统主要功能是数据的接收和运算处理，并将数据传送给其他设备，上至PC机，下至PLC可编程控制器，由三菱编程软件、仿真软件、触摸屏界面设计软件及触摸屏仿真软件系列软件组成的。将三菱编程软件、仿真软件、触摸屏界面设计软件及触摸屏仿真软件安装在同一个文件夹下，并调试其软件，使之能通讯链接。软件数据通信是课件核心、控制中心、信息通讯服务站。

2.PLC的驱动控制系统

PLC通过通信接口与上位机相连，并将处理后的数据送至上位机，上位机为普通PC机，三菱PLC编程软件，下位机为三菱FX2N型可编程控制器。PC机与PLC之间使用SC-09电缆将PC机RS232串口和FX2N型PLC的通讯口相连，其中USB通信接口与计算机相连接完成计算机对PLC编程、调试和监控等功能。系统通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据和指令。在教学课件中根据实验要求编辑PLC控制程序，再将编辑好的PLC程序导入仿真软件虚拟PLC中，利用虚拟控制界面对PLC进行控制，程序执行的结果将以动画的形式在计算机显示器上直观的显示，从而提高了实验效果。

3.电力拖动控制系统

此系统一般有断路器、熔断器、接触器、热继电器等构成的电气线路主电路为PLC所控电路的主要组成部分。控制电路是PLC作为控制核心的系统控制部分，由PLC执行软逻辑程序(主要是梯形图程序)输出实现驱动接触器，进而实现电动机的启动控制。电动机是生产机械设备的动力源。

4.计算机荧屏显示与投影仪显示系统

此系统是启动触摸屏界面设计软件在计算机上设计与制作相关图形、文字符号、线段等为提供给学生教学内容的界面。然后通过触摸屏仿真软件打开触摸屏界面设计内容，计算机将数据送至投影仪，再由投影仪实时显示，进行系统延伸、扩展。

三、设计控制方案

1.硬件控制关系与系统图

如图1所示，计算机与PLC连接，通过RS232串行通信线向PLC传送编程控制程序，通过上位机串口对下位机(PLC)进行监控输入和输出显示工作状态。由PLC执行软逻辑程序输出实现驱动接触器，进而实现电动机的启动控制。计算机与投影仪连接，投影仪将教学课件内容进行实时投影显示。

2.软件控制关系与系统图

如图2所示，PLC编程软件编写程序输入到PLC程序仿真软件，即虚拟PLC可代替PLC设备，运行PLC仿真软件，将PLC程序写入虚拟的PLC中，实现PLC程序仿真运行。另一方面，触摸屏界面设计软件制作出线段、图形、文字符号等在PLC程序有对应I/O地址。通过启动触摸屏仿真软件打开触摸屏界面设计软件，即触摸屏仿真软件使计算机取替触摸屏，进而通过鼠标点击触摸屏仿真软件画面的开关符号可控制课件画面动作及电动机的控制。

四、课题项目与课件制作的过程实例

以PLC控制三相交流电动机Y/△减压启动教学内容制作教学课件过程为例。

首先，在触摸屏界面设计软件制作相关基本画面，根据需要在一个工程设计中建立一个或多个画面（如图3所示）进行图形界面的设计。课件图形界面主要由各种图形符号组成,其中一些符号如常用电气符号、梯形图指令。

第二，凡是需要进行动态显示的图形，对象均要设置动画连接,使其能够根据变量变化产生一定的动作，需要建立I/O地址。作为它们在仿真状态下通常要接收人发出的命令,可控制系统输入部分的图形对象包括按钮、开关以及输出部分，如线圈或指示灯等（如图4所示）。

第三，在配电板上按照电动机的Y/△减压主控制线路的电器布置图，安装电源开关、熔断器、按钮、接触器、热继电器和PLC设备等等，并布设主电路及PLC外部接线。

第四，启动三菱PLC编程软件GXDeveloper,按照电动机Y/△的控制回路的工作过程，完成PLC程序设计如图5，点击“梯形图逻辑测试启动”，如图6自动建立PLC与仿真CPU的连接,自动启动触摸屏仿真软件,将程序以及运行参数写入仿真软件,此时仿真PLC的CPU处于RUN模式,仿真PLC的电源处于接通状态,扫描方式为连续扫描。

最后，设计好触摸屏界面之后,运行触摸屏仿真软件。再从触摸屏仿真中打开设计好的触摸屏界面文件,便可以实现PLC与触摸屏联机通讯。通过点击触摸屏仿真软件的按钮，通过PLC控制相应的电器通电与断电，实现对控制设备运转的可测可控。

五、课件运行调试方法与步骤

（1）按照实验要求完成PLC配电板面板的接线。

（2）将PLC和PC机进行连接配置。

（3）分别运行GXDeveloper、GXSimulator、GTDesigner2及GTSimulator2软件和投影仪。

（4）调试软件语言之间的通讯，PLC是否能正确驱动相应对应输入信号与输出信号。

（5）打 开 配 电 板 电源开关，点击GTSimulator2软件画面启动按钮或操纵配电板的物理按钮，观察接触器、电动机是否动作，同时也注意观察课件显示画面是否与实物动作一致性。

（6）有问题即时停电。实验完毕即时停电。

六、结束语

综上所述，本项目集PLC技术、电工技术、计算机知识为一体，探究PLC仿真技术如何采用虚拟实验代替实物实验的一次尝试。在为期两年的教学研究过程中，丰富课堂内容,增强课堂的教学效果，提高了学生对PLC课程学习的主动性和兴趣，较好的提高了学生设计PLC程序的能力，收效显著。另外，这种课件给研究者的学习和调试带来了很大方便,该虚拟仿真方法能直接从屏幕上观察出PLC控制结果的正确与否,有利于编程人员掌握电气控制系统的程序设计与调试。这也是其他多媒体教学课件无法做到的。

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