許樹業(yè) 沈林勇

摘要：提出了在PLC課程學習的初級、中級和高級階段分別按PLC-PT整體模擬模式、虛擬PLC-組態(tài)王模式和模塊化PLC教學實驗系統(tǒng)模式來建設(shè)的多層次實驗教學平臺方案。讓實驗系統(tǒng)的配制形式與學生對PLC知識掌握的程度相適應(yīng)，使學生得到充分的PLC實訓的機會。

關(guān)鍵詞：實驗系統(tǒng)；虛擬實驗；虛擬PLC；組態(tài)軟件

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）17-0237-02

PLC（可編程控制器）是一種以計算機（微處理器）為核心的通用工業(yè)控制裝置，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。目前國內(nèi)各高校機電類專業(yè)已普遍開設(shè)有PLC專業(yè)課程。它是一門對實踐性要求很強的課程，因此配套的PLC實驗教學平臺的建設(shè)就顯得非常重要。

PLC實驗教學平臺的建設(shè)涉及PLC開發(fā)調(diào)試環(huán)境、PLC設(shè)備以及控制元器件/控制對象等三個方面的配置。目前PLC實驗教學平臺常見有傳統(tǒng)實驗系統(tǒng)，仿真實驗系統(tǒng)和虛擬實驗系統(tǒng)等三種模式[1-4]。它們均針對PLC學習過程中的某一特定階段，本文提出一種與學生學習PLC不同階段的實驗?zāi)芰ο噙m應(yīng)的多層次PLC實驗平臺的構(gòu)建方案。

一、多層次實驗平臺的構(gòu)建方案

多層次PLC實驗平臺的建設(shè)方案如表1所示。在PLC學習的初級、中級和高級階段，分別采用PLC-PT整體模擬、虛擬PLC+組態(tài)王和模塊化PLC教學實驗系統(tǒng)等相應(yīng)的實驗?zāi)Ｊ?，從而形成一個綜合的多層次實驗平臺，以適應(yīng)各個階段學生的實驗?zāi)芰?，讓他們得到更充分實踐的機會。

多層次PLC實驗平臺主要基于OMRON CX-One 4.0軟件套件、FinsGateway2003和組態(tài)王6.55軟件等來構(gòu)建。OMRON CX-One 4.0軟件套件是歐姆龍公司針對其PLC推出的集成軟件開發(fā)套件，它包括有編程調(diào)試環(huán)境CX-Programmer v9.03（文中簡稱CX-P）、PLC仿真器CX-Simulator v1.9（文中簡稱CX-Sim）以及NS系列可編程終端（PT）編程軟件CX-Designer v3.1（文中簡稱CX-D）等。FinsGateway2003為OMRON產(chǎn)品提供網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序。組態(tài)王6.55是一款用于組態(tài)的工業(yè)自動化控制優(yōu)秀國產(chǎn)軟件。組態(tài)王通過FinsGateway2003訪問虛擬PLC。

二、PLC-PT整體模擬模式

在PLC學習的初級階段，對于一些諸如啟保停電路的基礎(chǔ)PLC實驗采用“PLC-PT整體模擬”模式的實驗系統(tǒng)讓學生體會PLC的一些基本概念和原理。PLC-PT整體模擬模式是一種全虛擬的PLC實驗系統(tǒng)模式。在對PLC的I/O進行分配得基礎(chǔ)上，先讓學生基于NS系列可編程終端編程軟件CX-D的按鈕和指示燈等基本I/O元件來設(shè)計簡單的控制對象場景，然后在CX-P中輸入梯形圖程序，最后啟動CX-P的PLC-PT整體模擬功能。PLC-PT整體模擬會把梯形圖程序下載到CX-Sim仿真PLC中，并切換仿真PLC到運行模式來和CX-D一起整體模擬。

三、虛擬PLC+組態(tài)王模式

在PLC學習的中級階段，PLC實驗控制對象和場景趨于復雜，為了模擬實際的控制場景，很多PLC實驗需要用動畫來仿真。這個階段采用“虛擬PLC+組態(tài)王”實驗?zāi)Ｊ?，它也是一種全虛擬的PLC實驗系統(tǒng)模式。該模式中用組態(tài)王軟件來設(shè)計實驗對象和場景，用CX-P來編輯梯形圖程序，用CX-Sim作為仿真PLC來實現(xiàn)梯形圖引擎。三者之間通過FinsGateway2003來通信。比如送料小車自動控制系統(tǒng)實驗[5]中用組態(tài)王設(shè)計的實驗仿真界面如圖1所示。

四、模塊化PLC教學實驗系統(tǒng)模式

在PLC課程的高級階段，學生對PLC的理解和應(yīng)用達到了一定的高度，已不滿足于純虛擬的實驗環(huán)境。這時應(yīng)該讓學生去接觸實際的PLC設(shè)備，用實際控制元件、傳感元件、執(zhí)行件以及控制對象去接線、編程和調(diào)試。這個階段的實驗系統(tǒng)模式，可以基于簡化的工程案例的模塊化PLC教學實驗系統(tǒng)[6]來進行。

如圖2所示，模塊化PLC教學實驗系統(tǒng)按模塊化思想設(shè)計開發(fā)，集成了較為豐富的傳感器和執(zhí)行器，實現(xiàn)了零件模擬加工、移載、根據(jù)材質(zhì)對零件進行分揀和碼垛等功能。系統(tǒng)按功能劃分為送料單元、回轉(zhuǎn)單元、機械手A單元、加工單元、機械手B單元、分揀單元和碼垛單元等7個模塊。

五、結(jié)語

本文提出了在PLC課程學習的三個不同階段分別配備PLC-PT整體模擬模式、虛擬PLC-組態(tài)王模式和模塊化PLC教學實驗系統(tǒng)模式的多層次實驗教學平臺建設(shè)方案，讓實驗系統(tǒng)的配制形式與學生對PLC知識掌握的程度相適應(yīng)，使學生得到充分的PLC實踐的機會。

PLC-PT整體模擬模式和虛擬PLC-組態(tài)王模式都是全虛擬的實驗系統(tǒng)模式，只要有計算機的地方都可構(gòu)建，實驗實踐性和參與性較高。這2種模式的實驗比重占大部分，不涉及到實際PLC設(shè)備和電器元件，極大地降低了實驗操作安全風險。模塊化PLC教學實驗系統(tǒng)模式讓學生得到了真實PLC的操作實踐，同時因為實驗比重小，操作安全風險的次數(shù)少，實際設(shè)備的維護成本相應(yīng)的也低。

筆者所在單位的PLC實驗教學平臺按這種多層次的方案建設(shè)，實踐中取得了不錯的效果。

參考文獻：

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