摘要：可编程逻辑控制器（Programmable LogicController，PLC）将通信技术、计算机技术和继电器控制技术融为一体，具有使用灵活方便、可靠性高、控制功能强等优点，因此得到广泛的应用。本文依托该技术提出了一种基于计算机和PLC的教学仿真实验系统，给出了虚拟仿真实验系统的结构框图，并以3层电梯为虚拟被控对象，设计组态图形界面，建立数据库与动画连接，设置通信参数，仿真运行调试。试验结果表明：系统无需实际物理控制对象便可实现对PLC程序的调试和仿真运行；该方法克服了真实被控对象的缺点，具有良好的效果。

关键词：虚拟仿真技术；PLC教学；应用 

中图分类号：    文献标识码：A    文章编号：

导言

可编程序控制器（PLC）控制技术已经在工农业生产、交通运输等行业和部门中得到广泛应用，其课程是一门实践性很强的实用课程。在实验教学过程中，验证PLC程序是否正确通常只是通过输入信号和输出信号的变化，以及借助指示灯和开关、按钮的动作等来观察实验结果。这种简单的实验教学方式和复杂的实际工程应用相差太多，因此有必要采取一种新的教学模式。随着虚拟仿真技术的广泛应用，虚拟仿真教学已经成为了高校一种重要的教学模式，尤其是在专业课程的教学过程中。

1 高校的 PLC实验设备主要类型

（1）实验室仅有PLC主机，没有被控对象。学生通过观察PLC的输出端口的指示灯来判断程序是否达到控制要求，以检查程序的正确性，因此，控制器外围设备连接的实践操作无法得到实施，难以达到预期的实验效果。

（2）实验室配置少量被控对象，如电机或LED灯。学生只能通过观察电机的运停和LED灯的亮灭，以此来检查PLC程序能否满足实验要求，难以满足PLC实验的多样化控制要求，同时对实验过程和结果展示不够直观，反映不了设备工作的现场状态，无法激发学生的学习兴趣，严重影响了教学质量。

（3）实验室配置专业科教公司研发的PLC综合实验装置，该装置配备有一定数量的被控对象，可以完成较丰富的实验内容，可以达到理想的教学效果，但其不菲的价格让普通学校难以承担，也制约着实验开设的种类和次数。另一方面，PLC日新月异的发展，迫使其实验被控对象推陈出新，基于该实验装置的实验教学难以与时俱进，当其无法满足要求时，教学质量将会随之下滑。

 2 层电梯虚拟仿真实验系统构成

 2.1 层电梯仿真控制系统

 本文用组态软件开发出的虚拟PLC控制对象为一简单3层电梯，电梯轿厢可上下运行，轿厢门具有开关和限位等保护功能。构建的3层电梯仿真控制系统，由计算机、FX2N-64MRPLC控制器及组态软件KingView6.5、PLC编程软件FXGPWINV3组成。在上位机上使用FXGPWINV3编写控制程序，并用King-View 6.5建立虚拟被控对象——3层电梯模型，然后通过SC-09编程线将PC机的RS-232串口与PLC的编程口建立动态链接，实现PLC电梯控制的动态运行和仿真。

 2.2 PLC 的物理 I/O 分配

 虚拟3层电梯控制实验所使用的1/0点数分别为14/14。对于1/0点数的需求来说，只要满足32点以上的PLC便可达到本实验的使用要求。为了让实验控制留有一定的裕度，也为了虚拟PLC实验控制对象的进一步拓展与更新，因此，在本系统设计中选择了具有64点的小型PLC。另一方面，在小型PLC市场中，三菱公司生产的PLC控制功能最为齐全，而且价格适中，FX2N系列在所有的FX系列中是体积最小、性能最高的。

3 组态软件仿真模型设计

3.1 图形界面设计

构建电梯轿厢、轿厢内显示与按钮元件、楼层感应元件及梯外召唤元件等模型，完成虚拟电梯图形界面设计。首先在工程管理器窗口下，建立“3层电梯虚拟仿真实验系统”工程。在工程浏览器目录窗口，启动“画面开发系统”程序，在“新画面”窗口，使用画图“工具箱”构建本系统仿真模型。

3.2 数据库构造

数据库通过数据变量的定义，反映被控对象的各种属性，实现上位机与下位机的相互联系。变量的定义通过“定义变量”窗口实现。例如，在“定义变量”窗口的“基本属性”页中输入变量名（如“关门按钮”），寄存器设置为“X1”，变量类型设置为“I/O离散”，读写属性设置为“只读”，数据类型设置为“bit”，连接设备设置为“FX2PLC”，采集频率设置为“100 ms”，单击“确定”按钮，完成“关门按钮”的数据变量定义。

3.3 动画连接

（1）变量关联：双击图形界面中的任意一个图形元件，弹出“动画连接”对话框，然后根据图形元件属性分别定义对象名称及动画表达式，可实现相应的“动画连接”。例如，双击一层电梯门右边的图形，在“动画连接”中，选择“缩放”动画连接方式，在“缩放连接”的“表达式”框中，选择由内存整数型变量S11控制，选择缩放方向朝右，并设置相应值，门左侧同样选择由S11控制缩放，缩放方向选择朝左，并设置相应值，便可实现一层电梯门的开合。

（2）脚本编程：除了必要的变量关联外，有时还需要一定的脚本编程。如在对启动关门进行动画连接时，我们进行了如下脚本编程：

if（（\\ 本站点 \ 上方向灯 ==1 || \\ 本站点 \ 下

方向灯 ==1）&&\\ 本站点 \ 停站延时继电器 ==0）

\\ 本站点 \ 启动关门 =1；

else

\\ 本站点 \ 启动关门 =0;

 3.4 控制程序编写

单击“工程浏览器”中的“文件”菜单下的“命令语言”，进入“命令语言编辑器”，使用“事件命令语言”窗口，建立事件发生、存在、消失时执行的程序，实现开关量（如电梯门开关按钮、楼层召唤按钮等）的“事件描述”。编写电梯启动、运行、停止的运行程序则使用“应用程序语言”窗口。

4 结语

虚拟仿真技术在PLC实验教学中的应用，既能够提高学生自主学习的动力，激发他们的积极性和创新性，又对于提升教学质量以及获得良好的实验教学成果有着重要的作用。同时对于专业课程的教学改革和创新，有着积极的借鉴作用。

         参考文献：

 [1]任明秀.电力系统及其自动化专业实验课改革思考[J].中国电力教育， 2013 （2）： 135-136.

    [2]漆海霞， 邢航， 杨秀丽.基于组态软件的 PLC 控制系统半实物仿真[J].桂林理工大学学报， 2012 （4）： 543-546.

 [3]罗玉元.工控组态软件在机电传动控制实践教学中的应用[J].绍兴文理学院学报， 2009， 29 （10） ： 94-98.