仿真軟件Proteus在“PLC技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉春龍

針對(duì)“PLC技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的實(shí)訓(xùn)設(shè)備與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)的問(wèn)題，通過(guò)在該課程中引入Proteus軟件，將PLC硬件和復(fù)雜的控制對(duì)象虛擬化。運(yùn)用仿真動(dòng)畫演示等手段，將實(shí)訓(xùn)室沒(méi)有的，而且難以理解的工業(yè)控制對(duì)象的動(dòng)作過(guò)程真實(shí)化和形象化。嘗試解決中職“PLC技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的控制對(duì)象缺乏直觀性、趣味性和形象性，學(xué)習(xí)積極性逐漸變低的問(wèn)題，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

一、PROTEUS仿真軟件簡(jiǎn)介

Proteus仿真軟件有強(qiáng)大的虛擬仿真功能，其具有的優(yōu)點(diǎn)：

1.功能更強(qiáng)大，對(duì)計(jì)算機(jī)要求小，占用磁盤空間小，學(xué)校的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室的計(jì)算機(jī)完全可以滿足要求。

2.仿真效果更好。電路仿真完全是交互的，可視化的。電流方向，電壓高低，燈光強(qiáng)弱，電機(jī)快慢與轉(zhuǎn)動(dòng)方向等都一目了然。支持?jǐn)?shù)字電路和模擬電路混合仿真，儀器儀表與工具種類齊全。

3.軟件提供對(duì)外接口更開(kāi)放。支持與Keil C軟件聯(lián)調(diào)，用戶更可以自定義元件，為自定義元件編寫仿真庫(kù)文件。

二、Proteus仿真創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境在PLC課程中應(yīng)用案例

1.FX系列硬件PLC在Proteus中虛擬化

首先，將FX3U-48MT型號(hào)PLC硬件實(shí)物在Proteus軟件中創(chuàng)建虛擬的FX3U-48MT仿真模型。虛擬PLC仿真模型能模擬PLC運(yùn)行時(shí)的輸入輸出狀態(tài);當(dāng)學(xué)生進(jìn)入該P(yáng)roteus軟件后，就如同面對(duì)一臺(tái)實(shí)際的PLC硬件一樣。課上學(xué)生根據(jù)教師布置的項(xiàng)目或任務(wù)控制要求，可以自主、靈活地分配I/O地址，在Proteus仿真軟件里搭建想要的硬件電路并完成硬件電路和控制程序調(diào)試與設(shè)計(jì)。

該模式具有適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行狀態(tài)直觀、逼真，I/O分配及程序設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，還可以根據(jù)企業(yè)實(shí)際搭建控制對(duì)象反映具體控制過(guò)程的實(shí)際效果。還可以用于PLC基本指令的編程原理學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)和綜合控制要求梯形圖設(shè)計(jì)與調(diào)試。

2.利用Proteus仿真軟件制作PLC控制對(duì)象

基于Proteus軟件制作的PLC控制對(duì)象，“水塔供水系統(tǒng)”項(xiàng)目的PLC接線、編程及程序錄入、模擬調(diào)試等操作任務(wù)都可以有效完成。這樣，在接線環(huán)節(jié)不必怕學(xué)生接錯(cuò)線路而導(dǎo)致設(shè)備損壞或觸電等安全事故，如果接線調(diào)試不成功，只需要在Proteus軟件中對(duì)硬件的連接或設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的地方重新修改進(jìn)行調(diào)試，直至硬件電路設(shè)計(jì)完全正確為止，如同對(duì)軟件的修改一樣簡(jiǎn)單，既保證了安全，又大大節(jié)省了項(xiàng)目實(shí)施耗材、設(shè)備損耗的成本。

在教學(xué)中，基于Proteus軟件的虛擬PLC梯形圖的編寫可以采用GX Works2作為PLC梯形圖的開(kāi)發(fā)環(huán)境，將編寫好的PLC程序?qū)懭胩摂MPLC或真實(shí)的PLC中后運(yùn)行，然后通過(guò)Proteus制作的控制對(duì)象進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的模擬。這樣完成的電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)完全可以直接移植到企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的真實(shí)控制環(huán)境中。

利用Proteus仿真軟件可以開(kāi)發(fā)制作各種工業(yè)控制仿真模型，例如機(jī)械手、傳送帶等這些實(shí)物被控對(duì)象模型可以進(jìn)行形象的動(dòng)畫仿真演示，這些虛擬的被控對(duì)象模型可以發(fā)出各種開(kāi)關(guān)、傳感器信號(hào)給PLC，而且也可以接收PLC輸出繼電器的信號(hào)，使其實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作，這個(gè)過(guò)程反映出虛擬PLC與虛擬被控對(duì)象及控制結(jié)果（動(dòng)作）之間的關(guān)系。開(kāi)發(fā)出來(lái)的實(shí)物硬件設(shè)備相對(duì)應(yīng)的工業(yè)控制仿真模型，利用教學(xué)中控制過(guò)程、控制對(duì)象的直觀性、趣味性和形象性，很大程度提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

根據(jù)本文的案例，我們不難看出，基于Proteus軟件開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制仿真模型無(wú)需對(duì)其硬件維護(hù)，只需要裝有Proteus軟件的一臺(tái)PC機(jī)即可，為PLC課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)室建設(shè)增添了多一種選擇，同樣可以實(shí)現(xiàn)高水平PLC綜合實(shí)訓(xùn)，且實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、內(nèi)容可以不受PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備的限制;工業(yè)控制仿真系統(tǒng)模型等同于實(shí)物硬件PLC控制系統(tǒng)，同樣可以形象地展現(xiàn)工業(yè)設(shè)備控制的動(dòng)作過(guò)程及效果。課余時(shí)間，學(xué)生完全可以在家中學(xué)習(xí)PLC硬件設(shè)計(jì)與編程調(diào)試，只需家中一臺(tái)安裝有Proteus仿真軟件計(jì)算機(jī)即可，這樣可以不受限于PLC實(shí)訓(xùn)只能在學(xué)校實(shí)訓(xùn)室完成，在學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間上進(jìn)行了最大限度的延伸。

責(zé)任編輯 黃銘釗