本站原创摘 要：针对实验室PLC教学实验条件的不足,应用各种软件仿真技术自行设计S7-200 PLC教学实验系统.通过对现行几种仿真技术的应用来探讨PLC教学模式的探讨.
关 键 词 ：PLC实验教学；仿真软件；MCGS组态软件
目前PLC 已经广泛地应用在各种机械设备和生产自动化控制系统中,在这种需求形势下,PLC 已成为各职业院校相关专业要开设的一门专业课.PLC 课程是一门实践性很强的课程,需要对PLC 的实验配套设施动手编程和上机调试.现在的职业院校的学生普遍基础较差,更需要用实践课来激发他们的学习积极性、主动性, 进而学好这门专业课.
但目前职业院校的PLC 实践教学中普遍存在以下问题：硬件实验设施数量有限,一套PLC 实验设备较高,而很多职业院校的资金又相对紧张,因此购写的PLC 实验设备数量有限,根本无法保证学生一人一套,况且学生人数多,安排实验周期长.另外,硬件实验存在设备损耗.尤其是作为初学者的学生,在刚开始实验时由于好奇或知识不足,导致设备的故障损坏率很高,而且随着实验设备反复使用,本身存在线路及机械元件的老化,自身故障率也很高.
以上的种种情况在现在的职业院校PLC 实践教学中普遍存在,致使学生学习了PLC 的编程方法和理论知识之后,无法立刻到实验设备上验证,很多程序编写后无法验证是否正确.这阻碍了学生对PLC 理论知识的理解和巩固, 抑制了他们创新思维能力的发展.针对这些情况, 结合我校具体情况,可以考虑采用以下两种教学方式来摆脱必须要有PLC 实验设备的束缚：
1.PLC仿真软件的使用
我校以S7- 200 系列PLC 作为主要讲授对象.其仿真软件Simulation1.2版,在网上很容易找到.此软件不需安装可直接使用,占用空间仅为几兆.把它下载到计算机后,就可以随心所欲地反复调试、模拟运行,直至编制的程序能实现预期功能.
在使用S7 - 200 仿真软件前,应该先在STEP7 -Micro/WIN4.0 编程软件下输入源程序,反复修改、编译直至正确,在“File （文件） ”菜单中选择“Export （导出） ”,将程序导出为“.AWL”文件.然后执行S7- 200 仿真软件文件夹下的“S7- 200.EXE”文件就可启动仿真软件了,点击屏幕中间出现的图案,出现对话框窗口,输入“6596”,就进入了仿真软件的用户界面.然后选择“Configuration（配置） ”菜单中的“CPU Type （型号） ”（或在已有的CPU 图案上双击） ,在“CPU 型号”对话框的下拉式列表框中选择与要导入的程序相同的型号,如CPU224、CPU226 等.然后选择“Program（程序） ”菜单中的“Load Program（载入程序） ”（或工具条中的第2 个按钮） ,弹出对话框,将先前导出的“.AWL”文件选中后打开,这样程序就装载到仿真软件中了.选择“PLC”菜单中的“Run（ 运行） ”（或工具栏上的绿色三角按钮）,就模拟PLC 进入“Run”模式,程序就开始模拟运行了；若选择“PLC”菜单中的“Stop（停止） ”或工具栏上的红色正方形按钮,就模拟PLC进入“Stop”模式,程序就停止运行.这时若用鼠标点击CPU模块下面的开关板上小开关上面黑色的部分,可以使小开关的手柄向上,模拟PLC上的输入触点闭合,CPU模块上该输入点对应的LED灯就变为绿色； 若点击闭合的小开关下面的黑色部分,可以使小开关的手柄向下,模拟PLC上的输入触点断开,CPU模块上该输入点对应的LED灯就变为灰色.在Run模式下按所编制的程序中设定的输入触点状态拨动对应的小开关,就可以看到CPU模块中的被控线圈的LED指示灯相应的点亮或熄灭.整个调试过程与用“真实的”PLC做实验相同.
2.组态技术在PLC教学中的应用（以MCGS为例）
MCGS组态软件具有多任务、多线程功能,其系统框架采用VC++语言编程,通过对象连接与嵌入（Object Linking and Embedding, OLE）技术向用户提供VB编程接口,提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件,用户可随时方便地扩充系统的功能.具体操作如下：
（1）根据任务要求进行软件设计与组态
①PLC I/O地址分配与编程.首先划分PLC与MCGS各自的任务,一般将系统全部的自动控制工作交给PLC完成,只用MCGS进行状态监视和动画模拟,利用梯形图语句编写PLC控制程序.
②建立MCGS数据库变量.
③建立系统窗口并定义属性,制作监控画面,进行动画连接.
④设置用户权限管理,设置工程安全管理.
⑤定义主控窗口属性,定义系统运行权限,编辑用户菜单,定义数据库文件名.
⑥进入设备窗口,调用驱动程序,定义PLC的通信协议,开通PLC通道并与数据库变量实现连接.
⑦编写策略和脚本程序.
（2）调试运行
利用制作的画面进行PLC程序的验证,画面中设置的按钮等模拟现实中的启动和限位等作用.
（3）实验实施过程
学生做实验时,不必为其提供梯形图,不过可以先通过计算机屏幕为学生展示开发好的仿真控制画面,使学生对自己设计的控制系统有感性认识,从而进一步激发学习兴趣.具体实验步骤如下：
① 按照每个实验给出的控制要求和PLC 输入输出表,分析控制要求,明确控制任务；
② 分析定义I/O 点数,设计I/O 端子的接线图；
③ 应用西门子PLC S7-200编程软件在计算机上自编程序,编写好程序后,下载至PLC主机中（STOP 状态）；
④ PLC 程序编制完成后,需进行调试修改；
⑤ PLC 与组态软件通信.通过运行仿真画面,可形象直观地观察仿真PLC 被控对象的工作情况,由此也可验证PLC 程序正确与否.
上面是以MCGS为例的组态技术的应用,目前在国内外市场占有率较高的其他的一些监控组态软件如GE Fanuc的iFix、Wonderware的InTouch、西门子WinCC、力控、组态王等都可以应用在实验教学当中.
总之,将软件仿真技术和组态技术应用到PLC 的实践教学中,不仅解决了PLC 教学中实验设备不足的实际问题,而且还能使学生理解巩固所学的PLC 专业理论知识,并能灵活运用.这对培养学生创新思维能力、软件综合设计可开发能力具有重要意义,可为学生以后的工作就业奠定良好的基础.但是我们也应该明确,软件仿真并不能完全代替硬件,硬件实验设施对学生动手操作能力的锻炼是不能完全替代的.为了培养具有综合素质的技术型人才,职业院校对硬件实验设备的投资也是必要的.