高校机电类专业PLC多层次实验教学平台的建设

许树业 沈林勇

摘要：提出了在PLC课程学习的初级、中级和高级阶段分别按PLC-PT整体模拟模式、虚拟PLC-组态王模式和模块化PLC教学实验系统模式来建设的多层次实验教学平台方案。让实验系统的配制形式与学生对PLC知识掌握的程度相适应，使学生得到充分的PLC实训的机会。

关键词：实验系统；虚拟实验；虚拟PLC；组态软件

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）17-0237-02

PLC（可编程控制器）是一种以计算机（微处理器）为核心的通用工业控制装置，已广泛应用于工业生产的各个领域。目前国内各高校机电类专业已普遍开设有PLC专业课程。它是一门对实践性要求很强的课程，因此配套的PLC实验教学平台的建设就显得非常重要。

PLC实验教学平台的建设涉及PLC开发调试环境、PLC设备以及控制元器件/控制对象等三个方面的配置。目前PLC实验教学平台常见有传统实验系统，仿真实验系统和虚拟实验系统等三种模式[1-4]。它们均针对PLC学习过程中的某一特定阶段，本文提出一种与学生学习PLC不同阶段的实验能力相适应的多层次PLC实验平台的构建方案。

一、多层次实验平台的构建方案

多层次PLC实验平台的建设方案如表1所示。在PLC学习的初级、中级和高级阶段，分别采用PLC-PT整体模拟、虚拟PLC+组态王和模块化PLC教学实验系统等相应的实验模式，从而形成一个综合的多层次实验平台，以适应各个阶段学生的实验能力，让他们得到更充分实践的机会。

多层次PLC实验平台主要基于OMRON CX-One 4.0软件套件、FinsGateway2003和组态王6.55软件等来构建。OMRON CX-One 4.0软件套件是欧姆龙公司针对其PLC推出的集成软件开发套件，它包括有编程调试环境CX-Programmer v9.03（文中简称CX-P）、PLC仿真器CX-Simulator v1.9（文中简称CX-Sim）以及NS系列可编程终端（PT）编程软件CX-Designer v3.1（文中简称CX-D）等。FinsGateway2003为OMRON产品提供网络驱动程序。组态王6.55是一款用于组态的工业自动化控制优秀国产软件。组态王通过FinsGateway2003访问虚拟PLC。

二、PLC-PT整体模拟模式

在PLC学习的初级阶段，对于一些诸如启保停电路的基础PLC实验采用“PLC-PT整体模拟”模式的实验系统让学生体会PLC的一些基本概念和原理。PLC-PT整体模拟模式是一种全虚拟的PLC实验系统模式。在对PLC的I/O进行分配得基础上，先让学生基于NS系列可编程终端编程软件CX-D的按钮和指示灯等基本I/O元件来设计简单的控制对象场景，然后在CX-P中输入梯形图程序，最后启动CX-P的PLC-PT整体模拟功能。PLC-PT整体模拟会把梯形图程序下载到CX-Sim仿真PLC中，并切换仿真PLC到运行模式来和CX-D一起整体模拟。

三、虚拟PLC+组态王模式

在PLC学习的中级阶段，PLC实验控制对象和场景趋于复杂，为了模拟实际的控制场景，很多PLC实验需要用动画来仿真。这个阶段采用“虚拟PLC+组态王”实验模式，它也是一种全虚拟的PLC实验系统模式。该模式中用组态王软件来设计实验对象和场景，用CX-P来编辑梯形图程序，用CX-Sim作为仿真PLC来实现梯形图引擎。三者之间通过FinsGateway2003来通信。比如送料小车自动控制系统实验[5]中用组态王设计的实验仿真界面如图1所示。

四、模块化PLC教学实验系统模式

在PLC课程的高级阶段，学生对PLC的理解和应用达到了一定的高度，已不满足于纯虚拟的实验环境。这时应该让学生去接触实际的PLC设备，用实际控制元件、传感元件、执行件以及控制对象去接线、编程和调试。这个阶段的实验系统模式，可以基于简化的工程案例的模块化PLC教学实验系统[6]来进行。

如图2所示，模块化PLC教学实验系统按模块化思想设计开发，集成了较为丰富的传感器和执行器，实现了零件模拟加工、移载、根据材质对零件进行分拣和码垛等功能。系统按功能划分为送料单元、回转单元、机械手A单元、加工单元、机械手B单元、分拣单元和码垛单元等7个模块。

五、结语

本文提出了在PLC课程学习的三个不同阶段分别配备PLC-PT整体模拟模式、虚拟PLC-组态王模式和模块化PLC教学实验系统模式的多层次实验教学平台建设方案，让实验系统的配制形式与学生对PLC知识掌握的程度相适应，使学生得到充分的PLC实践的机会。

PLC-PT整体模拟模式和虚拟PLC-组态王模式都是全虚拟的实验系统模式，只要有计算机的地方都可构建，实验实践性和参与性较高。这2种模式的实验比重占大部分，不涉及到实际PLC设备和电器元件，极大地降低了实验操作安全风险。模块化PLC教学实验系统模式让学生得到了真实PLC的操作实践，同时因为实验比重小，操作安全风险的次数少，实际设备的维护成本相应的也低。

笔者所在单位的PLC实验教学平台按这种多层次的方案建设，实践中取得了不错的效果。

参考文献：

[1]欧意宝.PLC实验系统构建模式研究[J].实验室研究与探索，2010，29（9）：73-76.

[2]刘力.组态软件在PLC实验系统中的应用[J].实验室研究与探索，2014，33（4）：127-129..

[3]贺世才.全虚拟PLC仿真系统在一体化教学中的应用[J].中国现代教育装备，2011，（16）：19-21.

[4]陈海生，郑萍.组态软件与三菱虚拟PLC通信构件的研究与实现[J].自动化仪表，2012，33（12）：21-24.

[5]徐世许，朱妙其，王毓顺.可编程控制器—原理·应用·网络[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2008.

[6]許树业，米智楠，王志明，等.SIMENSS7_200PPI协议在机电一体教学实训系统中的应用[J].机械设计与制造，2009，（9）：245-246.