基于MCGS 环境下的PLC 应用仿真实验教学

第13卷烟台职业学院学报 摘要:MCGS组态软件是用于工业现场自动化生产过程的监控软件。选择工业现场的典型设备，通过 MCGS环境下的图形绘制、动画设计等功能，开发PLC应用仿真实验界面，可有效地缓解PLC应用技术 教学实验实训设备不足与教育投入的矛盾。 关键词:MCGS；PLC；仿真实验 中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1673-5382(2007)02-0090-03 基于MCGS环境下的PLC应用仿真实验教学 （烟台职业学院 电气工程系，山东 烟台 264000） 徐国林 1 前言 PLC 被誉为现代工业自动化领域中的“三大支 柱”之一，PLC应用技术课程作为机电类专业的必 修课程在各高校，特别是高职高专层次被广泛设置。 该课程因其具有极强的实践性，须配备一定的实验 条件才能开设。通常配置一个20座的实验室，需投 入30万元人民币才能实现。笔者在多年的教学过程 中开发了MCGS环境下的PLC应用仿真实验，可使 实验室装置以最小的配置（10万元左右）实现最强 功能的各种PLC 应用实验。 2 MCGS简介 MCGS的全拼是Monitor and Control Generatet System，是北京昆仑通态自动化软件科技 有限公司开发的专门用于自动化生产过程的监控软 件。该软件由设计环境和运行环境两个组成部分，在 设计环境中设计的各种生产过程监控画面，需要在 运行环境中运行才能得到最后的结果[1]。设计与运行 环境的结构如图1所示，他们是通过实时数据库紧密 地联系在一起的。使用者在设计环境完成动画设计、 硬件通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的设置、外围设备参数与MCGS数据 库中数据对象的连接、编写控制程序等等，而在运行 环境中，完成对生产过程的监控。 MCGS的设计环境有主控窗口、设备窗口、用 户窗口、实时数据库和运行策略窗口五部分组成。使 用者通过对这五部分灵活应用，即可设计出各种各 样的自动化工程监控系统。 主控窗口主要用于运行时控制菜单的产生。通 收稿日期:2007-04-16 作者简介:徐国林(1958- ),男,山东潍坊人,烟台职业学院电气工程系副教授. 图1 MCGS的设计与运行环境 90 第13卷 第2期 2007年6月 Journa l o f Yan ta i Voca tiona l C o llege 烟台职业学院学报 Vol.13 No.2 Jun. 2007 第13卷 第2期 2007年6月 Journa l o f Yan ta i Voca tiona l C o llege 烟台职业学院学报 Vol.13 No.2 Jun. 2007 过主控窗口的设计，最终实现各种窗口的打开与关 闭，实现整个控制任务的调度与管理。 设备窗口主要用于实现与外部设备的连接、数 据采集等的设计，运行时与外部设备的通信、数据采 集等等。 实时数据库主要用于定义系统中使用的各种类 型的数据对象，以便有效地在人机界面中实现监视 与控制现场信号的目的。 运行策略主要用于配合其他各项设计完成工程 运行 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 的控制。 3 MCGS环境下PLC应用仿真实验界 面的开发 PLC应用仿真实验主要包括各种PLC指令的应 用及综合应用实验[2,3]。 3.1实验的选题 实验的选题主要从PLC指令的应用角度（适用 场合）开展工作，其主要达到的目的就是直观地仿真 PLC的实际控制效果。比如：触点线圈指令选择小 车自动往返；定时器指令选择异步电动机的星三角 降压启动控制；计数器指令选择灯亮20次自动停止 控制；数据传送与比较指令选择料斗方向自动控制； 编码段码指令选择抢答器控制；移位寄存器指令选 择废品剔除控制；步进指令选择机械手控制等等。 3.2 PLC应用仿真实验的设计 设计的重点主要是两个方面的问题，一是实验 界面的设计，二是硬件驱动及链接的设置。 实验界面的设计总体上讲就是创建优美逼真的 人机界面，使学生在使用时如同身临工作环境，进一 步激发学习热情，达到锻炼解决实践问题的能力。具 体设计时可从以下几方面去实践。 3.2.1图形的绘制 为了形象地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示现实中的机械设备，仿真人机 界面的设计需要通过绘制逼真的立体图形来展现。 如何通过平面的基本图形实现图形的立体效果呢？ 一般从两个方面表示，一是图层，如画一个圆圈是平 面的，若画两个圆圈，错开一定距离放置，它就有了 立体感，成了小圆柱；二是色彩，如两个不同颜色、 不同大小的圆圈落在一起，它会表现出按钮的特征。 要善于装饰。如起停按钮的设计。在设计环境 中，按钮是方形的，他与我们现场用的按钮形状不 同，往往需要修饰一下。通常将方按钮放在下方，上 面再绘制上一个圆圈（边线较粗与填充色不同）即 可。但这样出现的问题是在揿按按钮时没有了按钮 的动感。为了实现逼真的效果，就需要在其圆形中间 绘制一个颜色稍有不同的圆圈，并对其进行可见度 设置，这样运行时，由于揿按按钮与不按按钮有两种 不同的颜色，因此给人的视觉结果就像是真按钮一 样。 3.2.2动画的设计 有了图形，如何使其按生产过程要求动起来 呢？MCGS设计环境为用户订制了许多动画属性， 如直线运动、闪烁、颜色变化、可见度等等，利用软 件提供的这些动画属性，很容易设计出仿真生产现 场的各种动态界面。需注意的是，有些动画还需要在 运行策略中编写一些小的脚本程序来实现。如小车 的自动往返移动就需要编写这样一段程序:if y=1 then a=a+10或if z=1 then a=a-10,这两句程序 的意思是，如果小车向右运动，则a=a+10，让小车 每隔一定时间（100ms）向右移动10像素，向左亦 然。小车移动的快慢可通过改变a=a+10(或-10)中 的数据来调节，也可以在运行策略中改变循环执行 时间来改变。 3.2.3创建数据对象 数据对象是MCGS中为实现监控要求而建立的 一些具有不同数据 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 的变量，他们可以是开关量、 数值量、字符、数据组等等。如上述的“Y”、“Z”即 为开关量，他们的状态只有“1”或“0”；a为数值 量，可大小变化。这些数据对象在界面设计过程中通 过属性设置建立与各个界面图元的连接，进而才能 实现好的监控界面。 3.2.4运行策略 运行策略是MCGS为用户提供的一个较为高级 的开发平台。在这一平台中，MCGS提供了大量的 策略构件，诸如脚本程序、窗口操作、存盘数据浏览、 定时计数操作等等。我们可以通过这一平台，编写与 设计界面有关的动画程序或是编写与现场控制参数 有关的数据处理控制程序，还可以利用其提供的定 时器构件实现现场需要的定时操作，打开关闭各种 窗口及策略等。 3.2.5硬件驱动的调用及链接 设计人机界面的目的是想通过其显示生产状况 及控制生产的进行。这就需要将现场的工作状况（各 种工作信息）传送到MCGS中，也就是要将PLC的 各种工作信息传递到电脑中。在MCGS中的设备驱 动窗口正确进行设置就可实现这一信息传递。这一 工作包括3个问题，一是正确建立通信协议；二是正 91 第2期 徐国林:基于MCGS环境下的PLC应用仿真实验教学 第13卷烟台职业学院学报 确添加PLC信息；三是正确进行MCGS中数据对象 与PLC存储器的连接。 ⑴通信协议的设置 PLC与电脑的通信在实验室中都是通过电脑的 串口来实现的。因此为创建设备驱动，首先在设备驱 动窗口添加通用串口父设备，然后再添加与PLC型 号配套的PLC通信子设备。设备添加完毕后，首先 是在串口通信父设备中设置通信协议，这一协议要 根据PLC 的通信协议进行设置，如与SIMATIC S7-200系列PLC进行通信时，需要设置为8位数据 位、1位停止位、偶校验、9600KB即可。若是用FX2N 系列PLC，则应设置为7位数据位、1位停止位、偶 校验、9600KB。同时还要选择正确的通信口，如 COM1或COM2等。 在串口父设备中设置好通信协议后，即可在联 机的条件下，通过打开PLC子设备中的调试标签来 查看系统是否正常通信。若PLC状态栏读出的结果 为“0”，则说明已正常通信联机；若不为“0”，则通 信不正常，这就需要重新进行设置。当然也需考虑硬 件接线方面的不正常原因。 ⑵PLC存储器信息的调用 在PLC子设备中，点击内部设备属性便调出 PLC存储器添加窗口。在这一窗口中，我们可以把 人机界面用到的PLC的输入、输出及内部位和内部 字变量一一添加进去，并同时选择其读写属性，以便 监控操作使用，如对只读变量，是不能够用监控界面 进行改值操作的，要想对其改值操作，必须设置成读 写属性，即可读可写的属性。 ⑶数据对象与PLC变量的联接 人机界面中的数据对象若要反映PLC变量的工 作情况，就需要做一个一一对应的映射处理。这一过 程通过PLC子设备的通道连接窗口来完成。在通道 连接窗口，把MCGS中的数据对象一一的填入相应 的栏目中即可。 4 MCGS环境下的PLC应用仿真实验 教学 PLC应用仿真实验教学的前提是要有一个仿真 实验环境。在前述仿真实验界面设计完成后，即可开 展仿真实验教学。仿真实验教学的步骤主要是： ⑴明确控制任务 实验前，首先要让学生清楚的知道控制对象的 作用及功能。一方面通过文字说明了解控制对象的 工作过程，另一方面教师也可以通过仿真界面演示 来了解控制过程。 ⑵明确仿真界面中PLC内部信号的分配 向学生交待PLC中各物理量的意义。如谁是启 动按钮、谁是停止按钮、谁是向下动作的输出控制、 谁是左移动的输出控制等等。这是编写实验程序必 不可少的一步。 ⑶编写调试PLC实验程序 根据1、2项要求，编写实现其控制要求的PLC 程序，并在编写完毕后，首先通过编程软件进行程序 调试，程序调试无误后，可进入仿真界面，进一步确 认程序的正确与否。 ⑷实验仿真 进入MCGS运行环境，打开实验仿真界面，在 PLC处于运行状态的前提下，操作仿真界面中的监 控按钮，可观察到被控对象的工作过程。若程序编写 错误，则被控对象将不能按要求工作，学生依此不断 修改程序，直至完成实验任务。 MCGS环境下PLC应用仿真实验教学的关键是 设计一系列共实验教学使用的仿真环境。开展此项 工作可有效地提高学生的学习兴趣，解决学习PLC 应用技术教学过程中理论联系实际的问题，使学生 的编程练习目的性强，效果易检验；可有效地缓解 PLC实验实训设备不足与教育投入的矛盾，在仅有 PLC和编程电脑的条件下实现较复杂的PLC应用的 实验，利用少点数的PLC完成多点数PLC的功能。 参考文献: [1]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007:1-114. [2]徐国林.PLC应用技术[M]，北京：机械工业出版社，2007:303-328. [3]严盈富.监控组态软件与PLC应用技术[M].北京:人民邮电出版社,2006:257-265. (责任编辑 侯中岩) 92