一种基于PLC模拟接线与仿真系统

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摘要：本文介绍一种由触摸屏、plc、仿真接线板组成的利用测试笔进行触点连接判断，巧妙利用PLC辅助继电器的通断实现电工器件的梯型图连接，从而达到将实际电路整合到PLC当中来，运用PLC编程实现模拟接线、仿真考试与故障排查功能，制成与传统电工训练板相似的立体实物板，实现硬件仿真，让学员在较短的时间内迅速掌握控制电路接线的方法。提高训练效率，降低或减少实验板电工器件等电工耗材从而降低成本。

关键词：模拟接线 仿真考试 故障诊断 PLC

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0004-02

在电工考证训练中，采用传统的电工接线板存在几个问题：主电路直接380V电源安全隐患大；学员反复接线练习消耗大量电线，损坏器件触头甚至整个器件，耗材成本高；培训教师辅导及检查工作量大，教学效率低；受场地限制大，实验室建设费用高等。为了增加学员接线的安全性，提高学习效率，培养良好操作习惯，减少训练中的耗材，设计本PLC电工模拟仿真系统，系统不受场地限制，可推广应用于各种电工技能考证培训机构甚至是乡村电工培训中，对我国建立节约的社会和经济建设起积极作用。

1 总体方案设计

本系统针对电工上岗考证模拟接线和训练研究的一个模拟仿真系统，系统由PLC主控制模块、触摸屏输入与显示控制模块、模拟练习排障与考试输出模块及指示灯报警模块等组成。总体设计流程如图1所示。

系统硬件设计。

（1）PLC主机控制设计。PLC的功能强大、运行稳定、程序修改方便，且有大量的辅助继电器M，计数器C和时间继电器T，而且这些器件都是虚拟的程序控制开关，这使我们设计练习和仿真考试系统提供了可能。所以我们采用三菱PLC作为我们研究电路仿真设计的平台，利用PLC辅助继电器的通断实现电工器件的梯型图连接，从而达到将实际电路整合到PLC当中来，运用PLC的功能实现模拟接线与仿真考试。本系统采用一个电工器件的触头由两个PLC辅助继电器触头组成，即必须用测试笔点触这个器件触头的2个辅助继电器才能把这个触头整合到PLC中来，系统才会认为接上了该触头。PLC内部辅助继电器控制原理如图2所示。

（2）继电器改造设计。在接线过程中为了能在视觉上可以看到接线的过程与接线的对错，更重要的是判断是否有并连器件，则在每个器件的接头接上单色或双色发光二极管，如图3所示在继电器每个触点接LED指示灯，测试笔点触时LED灯亮。

（3）电工接线板及控制设计。综合考虑学员训练情况，主电路连接简单，重点训练控制电路接线，所以在实验板上将主电路用导线先连接好，留下控制电路部分改装设计。系统本系统配合触摸屏的记分指示，当打上PLC运行档后由触摸屏菜单式智能板面板画上单向运转电路控制线路图，在控制线路对应的按钮和触头符号的两元件脚位置开孔安装LED灯实物，如图4所示。

每个发光二极管由PLC内部辅助继电器控制，对应电路如图5所示。探针点触到元件脚时器件触头上的LED灯相应亮灯，启动按钮常开两端及停止按钮常闭触头的一端。KM线圈的一端采用变色二极管，因为这些器件在接线时有可能连接两个器件，连同器件本身即会有三个器件相连接，故A、B连接点为绿色，表示三器件相连、若为二器件相连就为红色。探针点触器件触头即点通PLC输入X触点，与其相应的PLC内部继电器M被置位，通过程序对M的控制可产生不同的输出效果，按下触摸键控制PLC内部继电器M完成切换模块功能。

（4）触摸屏显示设计。仿真系统的控制终端采用中国台湾威伦通7寸触摸屏，结合PLC指令使操作工作稳定。PLC与触摸屏之间采用高性能的串行RS422通讯口，使触摸屏到PLC的传输幅度摆动（峰对峰值）从RS232的20～30V降低至12V。输入模块在接线时全采用上升沿触发指令，取消接线时全采用下降沿指令，使接线不会误触发，并精确到8ms。系统开机后进入开机界面后，通过主界面切换到其他的功能模块进行操作。

2 技术指标

（1）输入模块在接线时全采用上升沿触发指令，取消接线时全采用下降沿指令，使接线不会误触发，并精确到8ms；（2）采用高性能的串行RS422通讯口，使触摸屏到PLC的传输幅度摆动（峰对峰值）从RS232的20～30V降低至12V；（3）控制终端采用中国台湾威伦通7寸触摸屏，结合PLC指令使操作更为稳定；（4）24V开关电源经电阻分压后的8mA供电使输出灯更耐用，采用交流24V20W的隔离变压器对24V交流接触器线圈独立供电使接线者操作更安全；（5）PLC指令具有接线规范预设和必须按串联电路连接器件（除自锁器件外）的规则的程序设计功能；（6）练习模块有出错报警及实时校验电路原理图查询功能、考试模块具有提交计分和实时校验功能、排障模块具有故障自动装入、排障出错（或正确）指示、原理图查询等功能；（7）可靠性超过99%；符合国家相关行业标准。

3 结语

通过制作实物的效果表明，该系统设计思路是可行的。与现有的电工实训教学仪器相比，该设计在多个方面进行了创新。体积更小，功能更多，培训学员的效率更高。使用耗材大大降低，实用性更强，值得推广。

参考文献

[1]宋伯生.PLC编程实用指南.北京：机械工业出版社，2009.

[2]阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：人民邮电出版社，2007.

[3]梁耀光，余文杰.电工新技术教程.北京：中国劳动社会保障出版社，2006.