PLC课程项目式教学平台的设计与开发

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【摘要】本文根据plc课程项目式教学的需要，提出利用组态软件开发PLC仿真教学平台。搭建的PLC项目式的教学平台能有效提高学生的兴趣，编程技巧和动手能力，大大丰富了PLC课程的教学效果。

【关键词】高职;PLC 项目式教学;组态软件

《PLC应用技术》是一门重要的工业控制的基础课，与工程设计联系紧密。项目式教学法可以很大程度上提高该课程的教学效果，锻炼学生的操作技能。本文主要探讨利用组态软件技术开发PLC项目式的教学平台的开发与应用。

1.可行性分析

PLC课程在项目式教学实施过程中，遇到的最主要的问题在于实践平台。PLC的控制对象非常复杂，包括机、电、液、气等。实物模型开发困难且成本高，并且一经制作完成，就是固定的，学生无法任意组合，不利于学生创新能力的培养。广泛采用指示灯演示，又无法直观地看到被控过程的真实情况，不利于学生对工控系统的整体把握和学习。

而采用组态软件开发PLC的教学平台，用软件制作的组态虚拟被控对象可以代替实物设备，它不仅能接受PLC发出的控制信号，也能向PLC发出各种命令信号，还能与PLC之间进行各种状态数据的传输，以动画形式演示PLC控制对象的工作过程，让学生可以较直观的体验控制对象的实际工作状态，更好的掌握课程要求的理论与操作技能点;还可以利用组态软件的可开发性特点，实现项目内容的可开放式设计要求，达到了降低相关的教学成本的目的。

2.系统构成

PLC项目式教学平台的硬件主要由PLC、上位机（微型计算机）和控制面板组成，采用上、下位机结构的监控系统实现对PLC编程控制的仿真调试。上位机MCGS组态软件监控PLC相关器件的动作，并传输到组态软件，从而作出相关的反应，例如电机的旋转，电机运行，控制对象的移动，灯光指示，电压、电流等模拟量值的显示。

PLC使用编程口通过专用电缆与上位机的RS232C串行通信口连接，达到数据交换的目的，用于PLC程序的写入、调试及上位机对控制过程的仿真。在MCGS组态软件设置方面需先进行“设备组态”。设备组态方法是先调用MCGS串口通讯父设备构件，再找到三菱FX-232子设备构件，并挂接在串口父设备下。

图1 PLC项目式教学平台系统构成

3.开发实例

在该教学平台设计中，采用的组态软件是MCGS组态软件，选择的PLC是三菱的FX2N系列。该教学平台由液体混合控制项目、交通灯控制项目、搬运机械手控制项目、运料小车控制项目、水塔水位控制及电梯控制项目组成，它们是电气控制系统的应用典型，下面我们以水塔水位控制为例，说明利用组态软件MCGS开发PLC项目式教学平台。

3.1 方案设计

水塔水位控制的工艺过程描述如下，在自动控制状态下，当水池水位低于水位下限开关S3时，此时S3为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当五秒后，若水池水位没有超过水池下限水位S3时，则系统发出报警;若系统运行正常，水池下限液位开关S3为OFF，表示水位高于下限水位。当水池水位高于水位上限S4时，则S4为ON，电磁阀关闭。

工程方案的主要框架为PLC实现控制要求，调试好PLC和组态软件的通信，由MCGS软件进行组态监控。再对工程运行进行调试，根据调试结果进行改进。

3.2 PLC程序设计

在程序上分别由Y1，Y2控制进出水阀，水位传感器有2个，分别反应上下水位的状态，水位传感器分别与M1，M2两个继电器对应。

主要由传感器发命令给PLC，PLC再根据传感发送的状态进行控制，在主程序上采用判断性的语句。可以设定两个中间继电器，由中间继电器反应水位变化的状态，再由中间继电器作为触发条件控制两个电机的启停，这两个电机主要控制水位阀的开关，可以由PLC的Y1，Y2控制，其程序如图2所示。

3.3 组态软件监控画面的设计

基于MCGS可以完成建立一个新工程、项目画面设计、定义数据变量、进行动画连接和添加仿真设备，使整个画面能仿真运行等任务。新建窗口，在元器件库中加入需要的元器件，将用户窗口中的对象与实时数据库中的数据对象进行关联，再通过设置与PLC建立连接，并设置相应的动画属性。最终连接图如图3所示。

3.4 组态运行

用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确，最后，对模拟设备组成的控制系统进行模拟调试。进入运行环境，就能按照实验规定的控制流程，出现相应的动画效果。再接上PLC进行连机调试，MCGS的模拟运行界面应和PLC的输出运行状态一致。通过实现上位机对下位机PLC的直接控制。

4.教学平台使用过程

教学过程中可以通过计算机屏幕为学生展示开发好的仿真控制画面，让学生形象直观的观察控制系统的构成和被控对象的工作过程。

学生进行项目设计时，可以按照每个项目的控制要求和PLC输入输出表，学生自行设计PLC接线图和PLC控制程序，通过运行仿真画面，学生可验证PLC程序正确与否。根据运行对程序进行修改和完善。能提高学生参与实践的积极性和动手能力，丰富学生的工程实践经验。

参考文献

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[4]霍俊仪.万东梅.电气控制与PLC应用技术仿真教学探讨[J].中国科技信息，2005（12）：522.

课题项目：本文系2013年无锡工艺职业技术学院院级教学改革课题“PLC课程项目式教学平台的开发与实践”的研究成果（项目编号：57201304）和2012年江苏省实验室研究会立项课题“电类课程虚拟实验系统的构建与实践”的阶段性研究成果（项目编号：GS2012YB10）。