唐民麗
(海南軟件職業(yè)技術(shù)學院電子工程系,海南瓊海 571400)
可編程控制器(PLC)是在繼電器控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型工業(yè)控制裝置,它是將微型計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)融為一體應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域的高可靠性控制器。目前,在工業(yè)生產(chǎn)各個領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛[1]。高職院校電類專業(yè)普遍設(shè)置“PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用”課程。該課程是一門實踐性很強的專業(yè)必修課程,開設(shè)實踐教學所需教學儀器設(shè)備價格比較高,隨著高校的擴招,實驗設(shè)備明顯不足,因此,各高職院校的教學模式還是以課堂理論講授加幾個簡單的驗證性實驗為主,教學效果并不理想,存在的問題主要有:理論抽象,學生覺得枯燥無味并難以理解;電路復(fù)雜,課堂上畫圖、講解、分析花費時間非常多,教學效率低;電路工作原理只是理性分析,學生理解和接受困難。這嚴重制約了學生的PLC實踐應(yīng)用能力。
Multisim 是“Interactive Image Technologies”公司1988年推出的電路仿真分析、設(shè)計軟件。該公司在2006年被美國NI公司收購后,推出了Multisim 9.0,功能得到了極大的提升,它除具有界面形象直觀、操作方便,采用圖形方式創(chuàng)建電路的特點外,還提供多種虛擬儀器[1-6]。尤其在 Multisim 9.0 中,提供了大量的繼電器和PLC所需的元器件和機電設(shè)備,合理使用這些器件可以模擬仿真較復(fù)雜的PLC控制系統(tǒng)。Multisim 9.0在電子設(shè)計和電路仿真等領(lǐng)域使用廣泛,但在PLC設(shè)計仿真方面應(yīng)用很少。
下面以傳送帶控制系統(tǒng)為例介紹Multisim 9.0在PLC仿真設(shè)計中的具體應(yīng)用方法。
設(shè)計要求:當起動開關(guān)接通后車箱向右運動,到達第2個傳感器位置時,車箱停止,并開始裝入小鐵球。裝入100個小鐵球后,車箱繼續(xù)向右運動,到達第3個傳感器位置時,車箱停止。10 s后車箱向左運動,到第1個傳感器位置時停止。
根據(jù)Multisim 9.0中給定的傳送帶控制系統(tǒng)的實物模型U1,結(jié)合設(shè)計要求,設(shè)計傳送帶控制系統(tǒng)硬件原理框圖,如圖1所示。包括輸入設(shè)備(開關(guān)、按鈕、傳感器、接近開關(guān)等)、輸入模塊、PLC控制器、輸出模塊、輸出設(shè)備等5部分。
圖1 傳送帶控制系統(tǒng)硬件原理框圖
輸入模塊接收輸入設(shè)備發(fā)出的開關(guān)量信號,經(jīng)PLC控制程序(梯形圖)運算后,產(chǎn)生輸出信號控制輸出設(shè)備(傳送帶、車箱、定時器、計數(shù)器、供料箱)。按下起動按鈕A后,傳送帶正轉(zhuǎn),車箱向右運動(運行速度可在模型屬性中調(diào)節(jié))。當?shù)?個傳感器接收到車箱到達信號后將控制信號返回輸入端,控制傳送帶停止,裝料,計時,計數(shù)。裝料結(jié)束后,車箱繼續(xù)向右運動,當?shù)?個傳感器檢測到車箱到達時,車箱停止,卸料并計時。到達規(guī)定時間后,傳送帶反轉(zhuǎn),車箱向左運動。當?shù)?個傳感器檢測到車箱到達時,傳送帶停止。
PLC控制器的邏輯運算功能在Multisim 9.0環(huán)境中通過子電路的梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)。硬件電路設(shè)計的具體步驟如下:
1)選擇輸入設(shè)備。其中,按鈕A(通常分為常開無自鎖按鈕和常開有自鎖按鈕2種)為起動鍵,按鈕B為停止鍵,CNT為計數(shù)傳感器,PS1,PS2,PS3分別為1,2,3處的傳感器。
2)選擇輸入模塊。選擇控制電壓為5 V的模塊。
3)選擇輸出模塊。選擇控制電壓為5 V的模塊。
4)確定輸出設(shè)備。其中,F(xiàn)WD為設(shè)備電機正轉(zhuǎn)起動端子,REV為設(shè)備電機反轉(zhuǎn)起動端子,STOP為設(shè)備電機停止端子,DROP為供料箱供料端子。
5)將輸入設(shè)備各端子與輸入模塊相應(yīng)的輸入端進行連接,將輸出設(shè)備各端子與輸出模塊相應(yīng)的輸出端進行連接。
創(chuàng)建后的PLC控制的傳送帶控制系統(tǒng)硬件連接如圖2所示。
圖2 PLC控制的傳送帶控制系統(tǒng)硬件連接圖
從圖2看,輸入、輸出模塊相互隔離,實際上,輸入、輸出模塊是通過子電路中的PLC梯形圖程序連接的,仿真軟件已經(jīng)進行了內(nèi)部設(shè)置,在仿真中不用考慮這一點。
在Multisim 9.0環(huán)境中,在主電路界面建立子電路,在子電路中編制梯形圖程序。梯形圖程序通常涉及輸人觸點(X)、中間繼電器(M)、輸出繼電器(Y)、定時器(T)、計數(shù)器(C)等部件的應(yīng)用。注意輸入觸點必須與PLC輸入模塊的地址對應(yīng),輸出繼電器必須與PLC輸出模塊的地址對應(yīng),否則,系統(tǒng)將不響應(yīng)。
按傳送帶控制系統(tǒng)的設(shè)計要求和實際模型,設(shè)計傳送帶控制系統(tǒng)的順序功能圖,如圖3所示。按照順序功能圖編寫梯形圖控制程序,如圖4所示。
圖3 傳送帶控制系統(tǒng)的順序功能圖
在Multisim 9.0環(huán)境中單擊運行按鈕,即可進行現(xiàn)場實時仿真,觀察仿真效果。本例中,A鍵為起動鍵,B鍵為停止鍵。該軟件的優(yōu)點是可以隨時對程 序進行修改,仿真調(diào)試過程如圖5所示。
圖4 傳送帶控制系統(tǒng)的梯形圖
圖5 仿真調(diào)試過程
筆者將Multisim 9.0仿真軟件引入到PLC的教學中,通過模擬的場景,學生在高仿真環(huán)境下接線實驗,查找問題,為真實環(huán)境下的接線操作打下了良好基礎(chǔ)。引入Multisim 9.0仿真軟件不僅可以激發(fā)學生的學習興趣,而且能取得意想不到的教學效果。
[1]周金球,賀秀良.Multisim軟件在PLC教學中的應(yīng)用[J].北華航天工業(yè)學院學報,2008(7):10-12.
[2]從宏壽,程衛(wèi)群,李紹銘.Multisim 8仿真與應(yīng)用實例開發(fā)[M].北京:清華大學出版社,2007:5-6.
[3]林曉鵬.基于Multisim的三相電路仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006(14):131-133.
[4]謝海良,齊偉民.基于Muhisim 9.0的單管放大電路分析[J].世界科技研究與發(fā)展,2008(1):46-48.
[5]路紅.虛擬電子實驗室[M].北京:人民郵電出版社,2005:10-15.
[6]熊偉,侯傳教,梁清,等.Multisim 7電路設(shè)計及仿真應(yīng)用[M].北京:清華大學出版社,2005:8-9.