高校機(jī)電類專業(yè)PLC多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)

許樹業(yè) 沈林勇

摘要：提出了在PLC課程學(xué)習(xí)的初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)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(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式來建設(shè)的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)方案。讓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的配制形式與學(xué)生對(duì)PLC知識(shí)掌握的程度相適應(yīng)，使學(xué)生得到充分的PLC實(shí)訓(xùn)的機(jī)會(huì)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；虛擬實(shí)驗(yàn)；虛擬PLC；組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）17-0237-02

PLC（可編程控制器）是一種以計(jì)算機(jī)（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(gè)領(lǐng)域。目前國內(nèi)各高校機(jī)電類專業(yè)已普遍開設(shè)有PLC專業(yè)課程。它是一門對(duì)實(shí)踐性要求很強(qiáng)的課程，因此配套的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)就顯得非常重要。

PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)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(duì)象等三個(gè)方面的配置。目前PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)常見有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等三種模式[1-4]。它們均針對(duì)PLC學(xué)習(xí)過程中的某一特定階段，本文提出一種與學(xué)生學(xué)習(xí)PLC不同階段的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ο噙m應(yīng)的多層次PLC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建方案。

一、多層次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建方案

多層次PLC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)方案如表1所示。在PLC學(xué)習(xí)的初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)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(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，從而形成一個(gè)綜合的多層次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以適應(yīng)各個(gè)階段學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，讓他們得到更充分?shí)踐的機(jī)會(huì)。

多層次PLC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(duì)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(dòng)程序。組態(tài)王6.55是一款用于組態(tài)的工業(yè)自動(dòng)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(xué)習(xí)的初級(jí)階段，對(duì)于一些諸如啟保停電路的基礎(chǔ)PLC實(shí)驗(yàn)采用“PLC-PT整體模擬”模式的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)讓學(xué)生體會(huì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式。在對(duì)PLC的I/O進(jìn)行分配得基礎(chǔ)上，先讓學(xué)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(jì)簡單的控制對(duì)象場景，然后在CX-P中輸入梯形圖程序，最后啟動(dòng)CX-P的PLC-PT整體模擬功能。PLC-PT整體模擬會(huì)把梯形圖程序下載到CX-Sim仿真PLC中，并切換仿真PLC到運(yùn)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(xué)習(xí)的中級(jí)階段，PLC實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象和場景趨于復(fù)雜，為了模擬實(shí)際的控制場景，很多PLC實(shí)驗(yàn)需要用動(dòng)畫來仿真。這個(gè)階段采用“虛擬PLC+組態(tài)王”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，它也是一種全虛擬的PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式。該模式中用組態(tài)王軟件來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[5]中用組態(tài)王設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)仿真界面如圖1所示。

四、模塊化PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式

在PLC課程的高級(jí)階段，學(xué)生對(duì)PLC的理解和應(yīng)用達(dá)到了一定的高度，已不滿足于純虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這時(shí)應(yīng)該讓學(xué)生去接觸實(shí)際的PLC設(shè)備，用實(shí)際控制元件、傳感元件、執(zhí)行件以及控制對(duì)象去接線、編程和調(diào)試。這個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式，可以基于簡化的工程案例的模塊化PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[6]來進(jìn)行。

如圖2所示，模塊化PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按模塊化思想設(shè)計(jì)開發(fā)，集成了較為豐富的傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)了零件模擬加工、移載、根據(jù)材質(zhì)對(duì)零件進(jìn)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(jī)械手A單元、加工單元、機(jī)械手B單元、分揀單元和碼垛單元等7個(gè)模塊。

五、結(jié)語

本文提出了在PLC課程學(xué)習(xí)的三個(gè)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(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)方案，讓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的配制形式與學(xué)生對(duì)PLC知識(shí)掌握的程度相適應(yīng)，使學(xué)生得到充分的PLC實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式，只要有計(jì)算機(jī)的地方都可構(gòu)建，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐性和參與性較高。這2種模式的實(shí)驗(yàn)比重占大部分，不涉及到實(shí)際PLC設(shè)備和電器元件，極大地降低了實(shí)驗(yàn)操作安全風(fēng)險(xiǎn)。模塊化PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模式讓學(xué)生得到了真實(shí)PLC的操作實(shí)踐，同時(shí)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)比重小，操作安全風(fēng)險(xiǎn)的次數(shù)少，實(shí)際設(shè)備的維護(hù)成本相應(yīng)的也低。

筆者所在單位的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)按這種多層次的方案建設(shè)，實(shí)踐中取得了不錯(cuò)的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[5]徐世許，朱妙其，王毓順.可編程控制器—原理·應(yīng)用·網(wǎng)絡(luò)[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008.

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