基于组态软件的P L C虚拟教学实验系统的开发与应用探究

李玉琴，余金永，邓明杨

（广西城市职业学院，崇左 532200）

1 引言

目前，我国计算机网络技术飞速发展，工业自动化的水平也越来越高，在工业的应用与生产中，组态控制软件、PLC等的作用尤其凸显，它的作用也是非常重要的，这些技术已经成为控制工业流程的核心存在，各高校为了在这一领域发展更多地应用技术型人才，对PLC应用技术这一核心课程也提起了足够的重视，对其教学环节以及教学效果加以看中。不过，大部分学校添置的实验设备的数量不足，而且其相应的功能也有很大的限制，在这些高职院校中，有限的实验资源远不足大量的实验项目，这就对教授这门课程提出了相当大的挑战。基于组态软件MCGS的PLC虚拟教学实验系统这一平台不仅能解决教学当中供不应求的困难，还可以开发出很多灵活的仿真项目，使学生们的创新能力和综合能力有所提高，增强学生的学习兴趣，丰富实战经验。

2 基于组态软件的PLC虚拟教学实验系统的开发与设计

2.1 PLC虚拟平台的组成

计算机、MCGS组态软件、通信电缆、PLC以及编程软件和一些外部设备等是PLC虚拟实验平台的重要组成部分，如果一些输入设备类似开关、按钮等无法正常使用时，完全虚拟的实验平台也可以构成。通过MCGS组态软件构造这种PLC虚拟设备，使现场被控制的设备由计算机和一些组态软件系统所取代，被控制的设备将由PLC虚拟实验系统运行与控制。在进行PLC实验时，使用者可以利用通信电缆对上位机进行PLC和IO端子的数据采集以及驱动模拟设备的正常进行，实现PLC相应的功能的同时对其系统进行检测，看它的功能是否正确。

2.2 PLC虚拟教学实验系统的开发与设计

根据控制系统的不同，它所控制的功能以及输入和输出的设备也有所不同，首先要明确系统的要求设计相应的仿真动画界面，然后对数据对象进行设置，选择不同的运行方案，设计设备设计与通道的连接等，下面为大家举了机械手虚拟仿真实验的例子，简要分析它的运行过程。

2.2.1 图形界面仿真动画设计

构造机械手的模型其中包括机械手以及其内部的按钮，相关的感应元件和电磁阀等。第一步要建立机械手虚拟仿真实验系统这一工程，利用MCGS多种的绘图工具对这些元器件制作动画效果，设计出来的图形就是虚拟的硬件设备。

2.2.2 设计实时的数据库

MCGS组态软件的数据交换和处理中心是实时的数据库，建立此数据库的意义在于定义数据的对象，其所关联的图像根据数据库中数值的变化会产生与之相对应的动画效果。通过定义变量的窗口可以实现定义变量的功能，机械手实际的运行状态可以被模拟出来。

2.2.3 动画链接

前面所介绍的虚拟设备的画面是静止的，如果想要达到动画效果，就要对其进行连接。当变量的值发生变化时，相应的图形也会以动画的形式表示出来，反之也成立，如此可实现二者间的双向控制。在机械手虚拟控制系统中，要对机械手进行上下左右移动并调整可见度，设置按钮的操作属性以及指示灯的可见度等，还要对一些控制系统加以报警，数据管理等组态过程，在主要控制的窗口下进行菜单的设计。根据元器件的属性定义它的名称以及相应的动画表达式，动画连接便可以实现了。另外，在变量关联定义好后，有时需要一些脚本编程，比如机械手移动的动画连接过程。

2.2.4 控制程序的编写

在命令语言编辑器中使用事件命令语言窗口建立程序，以此来完成开关量的事件描述，在应用程序语言窗口下编写程序。根据机械手虚拟控制系统的要求编写相关程序，程序可以根据信号发出的指令和其所在的位置判断机械手的运行方向。

3 PLC虚拟教学实验系统在平台中的实现

在基于组态软件的PLC虚拟教学实验系统的平台进行实验时，使用者需要参考连接进行的配置，根据实验要求把程序设计好并且下载，将PLC的模式设计成RUN，关闭编程的软件，打开要运行的实验工程对实验平台进行调试。如果通道的数据显示为0，证明连接成功。从而运行PLC系统，MCGS组态软件会读取其中的数据，被控制对象的动作会被模拟出来，可以判断程序的正确性，如果检测出来程序有错误，就要对程序进行修改，按照上面介绍的方法对程序重新进行验证。

需要提起注意的一点是，基于组态软件的PLC试验平台的模式还可以完全虚拟化，如果PLC硬件缺乏输入设备，上位机会给系统发送启动或者暂停的信号，但学生必须要对PLC程序进行调整，要对原来程序中已经使用过的代码进行区分，如此而言，当计算机装有MCGS和PLC编程软件以及一台PLC和一根电缆便可以实现PLC虚拟教学实验系统。

4 结束语

笔者通过基于组态软件设计出来PLC虚拟的教学实验平台，包括了很多控制对象，这些对象既有简单的练习也有复杂的逻辑控制，画面生动形象，操作简单方便，具有很强的实用性。这种实验平台可以解决各高校有限的资源的同时也可以提高学生的学习兴趣，实验证明，基于组态软件的PLC虚拟教学实验系统比较符合实际，可以推广并加以借鉴。

[1] 李宁.基于工控组态软件的PLC虚拟实验系统设计与实现[J].电子测试，2014（9x）：8-10.

[2] 刘力.基于组态的PLC虚拟教学系统的研究[J].电气自动化，2015，37（4）：106-108.