基于MCGS和PLC的自动车库门组态仿真实验设计

姚娜 赵晓芳 李仪

(东莞理工学院 电子工程学院，广东东莞 523808)

目前很多工科院校开设了可编程逻辑控制器 (PLC)这门课程，这是电气工程及其自动化专业一门重要的专业课程，具有很强的实践性，因此PLC实验教学内容非常重要，占了总学时的很大部分。而在实际生产中像电机、机床等这些被控对象体积、重量都比较大，价格昂贵且日常维护很困难，因此无法在实验室大量使用。如果采用组态软件和PLC控制系统相结合，用组态模拟实际的工业生产现场，不但可以用有限的设备来丰富学生的实验课内容，而且可以调动学生的积极性，达到理论联系实际的目的。本文主要以自动车库门控制系统为例，说明基于MCGS组态软件的PLC实验仿真教学系统的开发。

1 系统的硬件构架

系统主要有计算机、西门子PLC以及外围模拟设备组成，结构简单，如图1所示。

图1 仿真实验的系统结构图

系统中计算机作为上位机，PLC作为下位机。在上位机中配置MCGS组态软件和西门子200系列PLC的编程软件STEP 7－Micro/WIN。MCGS是一套32位全中文工业自动化控制组态软件，可稳定运行于Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，在自动化领域有广泛的应用。MCGS软件通过RS232接口与PLC之间进行通信，并监控PLC的所有的存储器、控制器及I/O接口的状态，以变量值的形式传输到计算机上，供上位机使用处理［1］。MCGS组态软件概念简单，便于理解和应用，学生经过短时间的培训就能正确掌握其应用，因此方便在实验室的推广应用。

2 自动车库门实验仿真系统开发

下面以基于组态软件的自动车库门PLC控制系统的仿真为例，说明实验仿真教学的开发过程。

2.1 分析自动车库的控制要求

自动车库控制系统包括两个过程:存车和和取车。

存车:1.车到门前，车灯亮3次;2.门外车感传感器接收到3个车灯的亮、灭信号后，延时3 s，车库门自动上卷，动作指示灯亮;3.门上行碰到上限位开关，门全部打开，此时停止上行;4.车进入车库，门内车位传感器检测到车停到车位，延时2 s，门自动下行，动作指示灯亮;5.门下行碰到下限位开关，门全部关闭，此时停止下行。

取车:1.当车出车库时，车灯亮3次;2.门内车感传感器接收到3个车灯的亮、灭信号后，延时2 s，车库门自动上卷，动作指示灯亮;3.门上行碰到上限位开关，门全部打开，此时停止上行;4.车出车库后，门外车位传感器检测到车已经出车库，延时2 s，门自动下行，动作指示灯亮;5.门下行碰到下限位开关，门全部关闭，此时停止下行。

同时模拟在车库内和车库外均设有手动控制开关，可以控制门的开门、关门和停止。

2.2 分配PLC I/O点

根据自动车库控制系统的控制要求，确定系统所需要的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关，常用的输出设备有指示灯等。明确I/O设备后，对PLC进行I/O分配［2］。分配如表1所示。

表1 I/O分配表

2.3 利用MCGS组态监控界面

MCGS提供了基本的绘图工具，同时也提供了元件库，用于画较复杂但常用的元件图形。在画面中，除了绘图，还要对设置的按钮、元件进行属性设置，如操作属性、基本属性、数据对象、动画连接等。上位机监控界面是给用户最直观的显示，在自动车库门控制系统的设计中要直观的看到车库门的上升和下降动作、汽车的进库出库、车灯的亮灭信号、库门的上卷下行指示等，并设置了手动开门、手动关门等手动模拟控制开关。进入到MCGS组态运行环境后，可以观察到汽车的自动进库和出库过程，并可以手动调试各个元件状态是否正常，其动作过程反映了PLC程序的运行结果。自动车库门组态画面如图2所示。

图2 自动车库组态画面

2.4 定义数据库

数据库是组态软件的核心部分，是联系上位机和下位机的桥梁，系统中各个部分均以实时数据库为公用区交换数据，实现各个部分的协调动作［3］。本工程共定义了33个数据对象，其中包括25个开关量，8个数值量。为真实模拟自动车库门控制过程，在数据库中还创建了一些中间变量，如水平变化参数、大小变化参数等。在工程中部分变量设置如图3所示。

图3 实时数据库定义

2.5 建立动画连接

在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立联系，当设定的变量值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来。本系统的动画连接包括车库门上卷下行、汽车进库出库等。在进行动画连接时，除了进行必要的变量关联外，有时还需要编写一定的脚本程序配合PLC实现自动控制。以车库门上下移动和汽车进库出库为例，其脚本程序如下:

2.6 MCGS与西门子200PLC的联机调试

西门子PLC通过直接带有的RS-232接口用电缆与计算机建立连接。MCGS通过串口PPI协议读/写PLC的各个继电器和寄存器的内容。西门子PLC挂接在MCGS串口父设备下。串口父设备在设置通信参数和通信端口时，必须设置成与PLC的通信参数和通信端口一致。西门子PLC常采用的通信参数是:波特率9600，8位数据位，1位停止位，偶校验。设置好基本属性后，进行通道连接，将MCGS中的数据对象对应添加到“连接变量”中。连接完毕进行通信检查无误之后，MCGS就可以驱动PLC程序，实现仿真效果［4］。连接完的部分属性如图4所示。经过实际测试，自动车库实验仿真系统运行稳定可靠，达到了预期的效果。

图4 通道连接属性页

3 结语

进入MCGS模拟仿真环境后，同时运行PLC控制程序，即可看到车的移动和车库的自动开门关门过程。通过仿真实验，我们也可以完成机械手控制、水箱水位控制、十字路口交通灯控制、四层电梯控制等PLC的传统实验，可以解决用传统的实物方法开设PLC实验课遇到的各种困难，节约学校的经费投入。同时MCGS也可以和单片机控制系统配合应用，可完成单片机实验，在学校有推广意义。

［1］袁秀英.组态控制技术［M］.北京:电子工业出版社.2003.

［2］王永华.现代电气控制及PLC应用技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2008.

［3］陈君姿，莫林，侯占伟.组态软件图形组态子系统的设计与实现［J］.工业控制计算机，2007(1):52－53.

［4］周永勤，周美兰，戈宝军，等.基于多组态平台工控设备虚拟仿真实验教学的研究［J］.电子电气教学学报，2005(2):76－78.