基于 PLC 和 MCGS 软件在仿真实验教学系统的设计与实现

陈琴

摘 要：因为PLC技术在自动控制领域占有重要的地位，所以PLC技术已成为高校电类专业的必修课程。本文将PLC技术与MCGS组态软件相结合，将其运用到PLC课程的实践教学中来，设计并实现了PLC仿真实践教学系统。实践证明，在教学中运用该系统提高了学生对工业过程控制的感性认识，从而提高了教学质量。

关键词：MCGS；仿真；实验教学；PLC 中图分类号：TN914 文献标识码：C 收稿日期：2015-12-14

为顺应社会需求，高校中的电子专业、电气专业等相关专业都已将PLC作为一门必修的专业基础课或专业课程纳入教学大纲。[1]但是在教学中存在一些问题，比如说学生对PLC在自控领域的应用缺乏感性认识，对工作原理理解不透，对课程缺乏兴趣等。

为解决上述问题，本文以立体仓库为例，设计了仿真实验教学系统，将PLC技术与MCGS组态软件相结合，并将其引入教学、实验环节进行教学实践。

1.仿真实验系统的构成

本系统由上位机监控系统、可编程控制器（PLC）、外围设备组成。上位计算机中安装PLC编程软件和MCGS组态软件，其主要功能是通过MCGS软件中的仿真监控画面，对立体仓库运动过程进行仿真和监控。[2]下位机采用S7-200型PLC，上位机与下位机通过PC/PPI电缆连接进行通信。除此之外，还有PLC的外围设备。系统的基本结构如图1所示。

2.系统的硬件设计

（1）I/O分配。系统分为三个子系统：立体仓库子系统、自动车库子系统、升降机控制子系统。每个子系统可以单独运行，进行仿真实验。三个子系统共用一个PLC和外围设备，每个子程序有各自对应的I/O分配。

（2）系统的硬件接线图。立体仓库中最关键的机构是堆垛机，本立体仓库子系统主要仿真堆垛机的运行过程。堆垛机有三个方向的运动：Z方向的伸叉运动、X方向的行走运动、Y方向的升降运动，分别由三台电动机控制。磁栅尺被安装在仓库里，堆垛机的升降位置可以被磁栅尺检测到，然后通过数字I/0口信号转移到PLC，PLC通过阅读来自传感器的信号控制电机运行，实现堆垛机可靠定位和安全运行。

3.软件设计（MCGS）

（1）控制要求分析。系统启动，根据出入库要求，自动将货物搬运到指定的位置，结束操作。整个系统分为出库操作和入库操作两个大的模块。已入库为例，在进行入库作业时，货叉要上升到上浮位置，货叉运行机构将货叉伸出，然后货叉下降到下浮位置，这样货叉才能将货物放到指定的货位上，货叉运行机构将货叉缩回。系统再次扫描指定货位的货物有无检测传感器，如果此时检测到指定货位上有货物，则堆垛机回归初始位置等待下一命令。

（2）MCGS组态仿真软件设计。MCGS 组态仿真系统结构图如图2所示，根据控制要求，分别对结构图中的各环节进行组态。

①用户窗口设计。立体仓库画面如图3所示。仿真软件设计首先是组态画面的设计，为了使仿真效果更加形象，增加了如库位显示的指示灯，还有堆垛机运动的动画等。②实时数据库。实时数据库是系统的核心，也是系统的处理中心，系统各部分均以实时数据库数据公用区进行数据交换、数据处理和实时数据的可视化处理。完成实时数据库建立后，将组态画面与实时数据联系起来，建立动画连接。③运行策略。运行策略是指对监控系统运行流程控制的方法和条件，它能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行有条件的约束。

本文仿真实验系统，该系统除了保证完成计划内的实验教学任务外，还实行开放式管理，具有综合性和开放性的特点，既能开设多个教学实验，又调动了学生做实验的积极性，主动性大大提高。

参考文献：

[1]曹辉，霍罡.可编程控制器系统原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2]徐菱，等.基于PLC的堆垛机控制系统设计[J].组合机床与自动化技术，2005，（1）：72-73.