基于Multisim 9.0的PLC案例設(shè)計與仿真

唐民麗

(海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jī)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(qiáng)的專業(yè)必修課程，開設(shè)實踐教學(xué)所需教學(xué)儀器設(shè)備價格比較高，隨著高校的擴(kuò)招，實驗設(shè)備明顯不足，因此，各高職院校的教學(xué)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(xué)效果并不理想，存在的問題主要有:理論抽象，學(xué)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(fèi)時間非常多，教學(xué)效率低;電路工作原理只是理性分析，學(xué)生理解和接受困難。這嚴(yán)重制約了學(xué)生的PLC實踐應(yīng)用能力。

1 Multisim 9.0 軟件簡介

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(jī)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。

2 應(yīng)用舉例

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(dāng)起動開關(guān)接通后車箱向右運(yùn)動，到達(dá)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(yùn)動，到達(dá)第3個傳感器位置時，車箱停止。10 s后車箱向左運(yùn)動，到第1個傳感器位置時停止。

2.1 傳送帶控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

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(yùn)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(yùn)動(運(yùn)行速度可在模型屬性中調(diào)節(jié))。當(dāng)?shù)?個傳感器接收到車箱到達(dá)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(yùn)動，當(dāng)?shù)?個傳感器檢測到車箱到達(dá)時，車箱停止，卸料并計時。到達(dá)規(guī)定時間后，傳送帶反轉(zhuǎn)，車箱向左運(yùn)動。當(dāng)?shù)?個傳感器檢測到車箱到達(dá)時，傳送帶停止。

PLC控制器的邏輯運(yùn)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(jī)正轉(zhuǎn)起動端子，REV為設(shè)備電機(jī)反轉(zhuǎn)起動端子，STOP為設(shè)備電機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行了內(nèi)部設(shè)置，在仿真中不用考慮這一點。

2.2 軟件(PLC梯形圖控制程序)設(shè)計

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

2.3 系統(tǒng)仿真分析

在Multisim 9.0環(huán)境中單擊運(yùn)行按鈕，即可進(jìn)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(jìn)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

3 結(jié)束語

筆者將Multisim 9.0仿真軟件引入到PLC的教學(xué)中，通過模擬的場景，學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能取得意想不到的教學(xué)效果。

［1］周金球，賀秀良.Multisim軟件在PLC教學(xué)中的應(yīng)用［J］.北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)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(xué)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(xué)出版社，2005:8－9.