陳慧敏

摘要：文章以自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)為例，提出在PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)中，引入PLC和觸摸屏仿真軟件，構(gòu)建PLC的仿真虛擬環(huán)境，并詳細(xì)給出仿真環(huán)境的構(gòu)建和仿真過(guò)程，探討利用PLC和觸摸屏仿真軟件對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行仿真，模擬被控對(duì)象以及控制的動(dòng)作過(guò)程。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法操作便捷，調(diào)試方便，利于學(xué)生掌握，有較大推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；仿真教學(xué)

中圖分類號(hào)：G718.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）33-0227-02

PLC是電氣控制系統(tǒng)的控制核心，它可以實(shí)時(shí)控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類設(shè)備，很方便地完成各類控制要求[1，2]。自1969年問(wèn)世以來(lái)，以其功能強(qiáng)、可靠性高、編輯簡(jiǎn)單、體積小的特點(diǎn)，在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[3]。PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)的重點(diǎn)在于突出學(xué)生的工程應(yīng)用能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，但由于PLC更多是在工業(yè)控制中被廣泛應(yīng)用，被控對(duì)象多數(shù)是龐大的機(jī)械設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，如果要在實(shí)訓(xùn)室中搭建被控對(duì)象，勢(shì)必會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，甚至?xí)?dǎo)致事故的發(fā)生。本文以自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)為例，詳細(xì)給出仿真環(huán)境的構(gòu)建和仿真過(guò)程，探討利用PLC和觸摸屏仿真軟件對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行仿真，模擬被控對(duì)象以及控制的動(dòng)作過(guò)程，在不降低教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效降低教學(xué)成本，并能使學(xué)生同樣對(duì)控制過(guò)程有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)。

一、自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)

按下啟動(dòng)鍵，進(jìn)水閥燈亮，洗衣桶開(kāi)始注水，水位到達(dá)上限，上限開(kāi)關(guān)按下，進(jìn)水閥燈滅，表示水注滿；波輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)5.5秒，停1秒，右轉(zhuǎn)5.5秒；運(yùn)行4分鐘后，波輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥燈亮，開(kāi)始排水；水位走到下限，下限開(kāi)關(guān)按下，排水閥關(guān)閉，燈熄滅；脫水桶指示燈亮，脫水桶開(kāi)始工作1分鐘，一分鐘后，蜂鳴器響，整個(gè)洗衣過(guò)程完成。按下停止鍵洗衣機(jī)停止工作；按下手動(dòng)排水鍵，洗衣機(jī)開(kāi)始排水。

二、構(gòu)建仿真虛擬環(huán)境

要構(gòu)建PLC的仿真虛擬環(huán)境，需要安裝GX Developer和GX Simulator的三菱PLC編程仿真軟件以及GT Designer和GT Simulator觸摸屏仿真軟件。GT Designer是作為觸摸屏界面設(shè)計(jì)使用的，GT Simulator是用來(lái)進(jìn)行觸摸屏仿真。

三、仿真教學(xué)實(shí)現(xiàn)

（1）輸入/輸出端子分配。PLC輸入/輸出端子分配如表1。

（2）利用GT Designer設(shè)計(jì)觸摸屏界面。打開(kāi)GT Designer后注意選擇PLC類型為MELSEC-FX，為后面和FX2NPLC的連接做好準(zhǔn)備。在GT Designers設(shè)計(jì)界面中，洗衣機(jī)的控制輸入和輸出可以通過(guò)開(kāi)關(guān)指示控件和指示燈控件進(jìn)行設(shè)定軟元件狀態(tài)，而其內(nèi)部軟元件，例如時(shí)間的變化，洗衣機(jī)的渦輪旋轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)均可通過(guò)數(shù)值顯示和修改控件來(lái)設(shè)定。利用GT Designer設(shè)計(jì)觸摸屏界面如圖1所示。

圖中按鈕SB1、SB2，限位開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2、手動(dòng)排水的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為控制輸入單元，可以使用GT Designer中位開(kāi)關(guān)控件進(jìn)行操作，在選定相應(yīng)的開(kāi)關(guān)圖片后，將按鈕和限位開(kāi)關(guān)的位開(kāi)關(guān)的動(dòng)作設(shè)置為點(diǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的位開(kāi)關(guān)的動(dòng)作設(shè)置為位反轉(zhuǎn)，其指示燈功能設(shè)置均設(shè)定為位的ON/OFF，并且填入相應(yīng)的軟元件名稱。按鈕和開(kāi)關(guān)的通斷可以通過(guò)對(duì)其圖形屬性，包括顏色和空間圖形變化來(lái)直接顯示。圖中電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及進(jìn)水閥、脫水閥、排水閥和蜂鳴器都是用了位指示燈控件，填入相應(yīng)的軟元件名稱，指示燈通過(guò)顏色變化來(lái)顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。循環(huán)次數(shù)和相關(guān)時(shí)間參數(shù)顯示利用了數(shù)據(jù)顯示控件，填入相應(yīng)的軟元件名稱，該控件能以數(shù)值直觀顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。利用數(shù)據(jù)文本控件加入必要的文字說(shuō)明，讀取圖像控件插入自動(dòng)洗衣機(jī)圖片，整理美化整個(gè)仿真界面。

（3）設(shè)計(jì)順序功能。PLC程序設(shè)計(jì)主要有梯形圖和順序功能圖（Sequential Function Chart）兩種，其中順序功能圖因其是一種按工藝流程圖進(jìn)行編程的圖形化編程語(yǔ)言，調(diào)試直觀方便，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，利用SFC，只需了解各種狀態(tài)以及各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移條件，就能很快編寫(xiě)出高效可靠的程序?，F(xiàn)根據(jù)自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求，設(shè)計(jì)出順序功能圖如圖2。

（4）利用GX Developer制作順序功能圖（SFC）。在設(shè)計(jì)好自動(dòng)洗衣機(jī)順序功能圖（SFC）后，就可以利用GX Developer來(lái)進(jìn)行制作。在該軟件中用非常直觀的快捷鍵就可以制作出漂亮的SFC，簡(jiǎn)單高效。自動(dòng)洗衣機(jī)PLC的SFC如圖3所示，且設(shè)計(jì)完成后如果需要可通過(guò)設(shè)置直接轉(zhuǎn)化為梯形圖和指令表。

（5）自動(dòng)洗衣機(jī)仿真調(diào)試。在制作完成自動(dòng)洗衣機(jī)SFC之后，單擊GX Developer梯形圖邏輯測(cè)試功能快捷鍵，進(jìn)入PLC的模擬運(yùn)行狀態(tài)。再打開(kāi)GT Simulator選擇前面設(shè)計(jì)好的觸摸屏仿真界面，啟動(dòng)模擬器，進(jìn)入PLC觸摸屏聯(lián)合模擬調(diào)試運(yùn)行。調(diào)試過(guò)程中，在GX Developer上可通過(guò)設(shè)計(jì)的SFC來(lái)監(jiān)測(cè)當(dāng)前所處的狀態(tài)以及外部控制條件的變化引起的各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移變化，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)的輸出和狀態(tài)轉(zhuǎn)移是否正確，可快速定位運(yùn)行不正常的程序段。圖4所示仿真界面顯示洗衣機(jī)“波輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)5.5秒，停1秒，右轉(zhuǎn)5.5秒”已循環(huán)5次，目前處于波輪左轉(zhuǎn)0.2秒，與圖3所處的S21狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。按照自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求，可以逐條進(jìn)行驗(yàn)證。

四、仿真教學(xué)意義

從教學(xué)角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于傳統(tǒng)PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)中利用常規(guī)的開(kāi)關(guān)量驗(yàn)證實(shí)訓(xùn)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)實(shí)驗(yàn)板內(nèi)容固定，缺乏形象直觀性，學(xué)生往往很難將實(shí)驗(yàn)板上的開(kāi)關(guān)量和具體實(shí)物聯(lián)系起來(lái)。而將PLC和觸摸屏仿真軟件引入教學(xué)中，通過(guò)觸摸屏軟件來(lái)全真模擬被控對(duì)象，如上面自動(dòng)洗衣機(jī)的觸摸屏界面一樣，學(xué)生能直觀了解實(shí)訓(xùn)實(shí)物究竟是什么，如何對(duì)應(yīng)各相應(yīng)控制，從而達(dá)到既可以克服真實(shí)被控對(duì)象的缺點(diǎn)，又能用低廉的教學(xué)開(kāi)支來(lái)豐富實(shí)踐課程的內(nèi)容，增強(qiáng)PLC應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)效果。而且當(dāng)學(xué)生掌握了PLC和觸摸屏仿真軟件之后，將不局限于實(shí)訓(xùn)室，只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)想象進(jìn)行各種各樣的設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證效果，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)，也有利于學(xué)生思維的啟發(fā)，創(chuàng)新意識(shí)的提升，綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法操作便捷，調(diào)試方便，利于學(xué)生掌握，有較大推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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