虚拟技术在PLC实验教学中的应用研究

陈明 马善红 娄海峰

【摘 要】针对高校可编程控制器实验教学的实际情况，本文提出了用虚拟技术用于可编程控制器教学的解决方案。实践证明这个软件对可编程控制器的实验教学还是有不少帮助的，能够提高学生的兴趣，同时也提高了教学质量，在学生中还是比较欢迎的。

【关键词】PLC实验教学     虚拟技术     应用

一、虚拟PLC实验背景

编程控制器，简称PLC，是工业控制领域运用的比较多的一种控制器件，从字面上讲就是一种可以通过编程来实现控制的工业计算机，它完全符合常规计算机所具有的一些特征，所谓输入输出设备、存储器、运算器，控制器等等，它都有。

現在可编程控制器的实验教学都是这样一种模式，就是老师先在课堂上讲解指令系统及其运行原理，然后学生通过一些基础性的非常简单的实验对知识进行巩固。

虽然现在国内许多高校比较重视实验教学这一块，但学校在实践教学这一方面的投入远远跟不上学生的需求，再加上目前随着科学技术的发展，可编程控制器及其相关配件的速度在不断加快，这就要求学校也要能跟上这个速度，而这恰恰是很多高校不能够做到的，也没有必要不断更新自己的设备，造成巨大的浪费。

为了解决这个问题，本文提出运用计算机仿真技术也就是常说的虚拟技术，模拟可编程控制器及其相关的设备，来解决学校资金不足的情况，同时能跟上时代的步伐，取代一些损耗性比较大，具有危险性和一些破坏性的实验，从而不断提高学生的职业技能水平。

二、虚拟技术的简介

虚拟技术在PLC实验教学中的应用主要体现在虚拟现实技术方面。

虚拟现实技术的实现是建立在计算机图像技术的深入发展以及硬件对其支撑的基础上的，利用图形引擎模拟现实生活中的一些场景，并通过高级语言实现人与图形之间的交互。

模拟现实生产中的一些环境，就需要建模，建模就需要一些3DMAX、PRO/E等高级软件。

3DMAX在渲染方面的效果比较好，PRO/E在机械设计方面的效果比较好。

开发虚拟PLC实验教学系统需要开发人员根据不同设备在不同环境进行设置，完成旋转、移动等功能，这些方面的开发还是比较有难度的，而这些都影响着此款应用软件的开发效率。

图形开发完成之后还需要跟编好的高级语言进行对接，真正实现PLC的梯形图控制图形的运动变化，而这些都是图形引擎的支撑下实现对三维图形的各种变化显示，要实现对三维图形的显示只要调用相应的API接口就可以了，程序开发人员只要完成一些逻辑功能就可以了。

三、虚拟技术在可编程控制器实验教学中的使用

谈到可编程控制器编程，就要涉及梯形图和指令表的编程，因此本文在设计虚拟PLC系统的时候要把这两个功能实现出来，也就是要考虑到梯形图图形编辑平台的开发。图形是开发出来了，下一步如何让计算机知道哪个图形代表什么意思。

因为计算机对图形无法识别，这时就需要图形解释程序，而要实现图形的解释就需要把图形转化枯燥的指令表。图形转化为指令表，需要比较复杂的算法，本文用AOV图和二叉树理论作为中间手段来实现图像向指令表的转化。

通过计算机实现程序的解释执行是虚拟PLC和真正PLC之间的最大区别。这里就需要研究如何对指令表进行解释，使输出结果不断发生变化，从而比较直观地看到三维图形如何变化。

本文开发的流程是通过3DMAX三维制图软件制作出三维图形，并对其周围的环境进行渲染，使其更符合真实环境，然后EON的插件导入到EON STUDIO中。

通过高级语言编程对其进行对接从而实现虚拟PLC 技术，这就是这个软件比较核心的东西了。虚拟PLC的功能设计如下：

四、总结

本文主要针对高校PLC实验教学的实际情况，为了提高教学质量，提出了用虚拟技术用于可编程控制器教学的解决方案。

本校已经在可编程控制器实验教学中进行了有效的尝试，实践证明这个软件对可编程控制器的实验教学还是有不少帮助的，能够提高学生的兴趣，同时也提高了教学质量，在学生中还是比较欢迎的。

本文所提出的一套系统能够让学生融入设计者所设计的环境中，更加深了对某些知识的认识，同时还有低成本的优势，比较适宜推广。

【参考文献】

[1]贾玉芬.“可编程控制器”课程实验教学与实验考核方法研究[J].张家口职业技术学院学报，2009，22（2）：64-65.

[2]董增文，胡瑢华，刘国平.机电控制器类课程虚拟实验系统的研究与开发[J].实验技术与管理，2011，28（8）：53-56.

[3]付贺檀.基于PLC助剂自动配送控制系统[D].杭州：浙江理工大学，2012.

[4]张代聪.基于OpenGL的交互式PLC虚拟仿真系统 [D].济南：山东大学，2009.

[5]郭栋才，詹拥共，旷亚非，等.基于创新型人才培养的实践教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理，2013，30（11）：141-143.

[6]陈波.基于虚拟仿真的PLC模拟实验系统研究[D].杭州：浙江大学，2005.

[7]李昀昭.基于虚拟仿真和触摸屏技术的PLC实验教学平台的研究 [D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2014.

[8]罗玉元.基于虚拟仿真技术的PLC实验教学方法研究[J].绍兴文理学院学报，2011，31（10）：97-102.

[9]王宝林.基于组态软件的中职PLC仿真教学系统设计与应用[D].长沙：湖南大学，2013.

[10]张婕，李浙昆，吴涛.可编程控制器虚拟实验教学的研究[J].实验室研究与探索，2009，28（9）：77-79.

[11]秦兵，何汉武，胡兆勇.可视化实验PLC试验系统的研究[J].现代制造工程，2009，1（1）：131-135.

[12]吴小良，胡旭东，张建新.基于虚拟仪器的三相多功能电能参数测试系统[J].浙江大学学报（工学版），2012，46（8）：1478-1484.