全虚拟PLC实验教学系统开发许雯娜;王春;唐龙;廖映华【摘要】PLC相关课程是机电类专业的一门必修课程.由于该课程具有较强的工程实践性,所以对实践教学环节有着较高的要求.针对PLC传统实验教学环节的不足,提出了全虚拟PLC实验教学系统.该系统由三菱PLC编程软件GXDeveloper、三菱OPC服务软件MX OPC Server与组态王KingView6.55组成,可实现全虚拟的仿真教学效果,以软件的形式便可完成整个实验教学环节,有效解决了传统实验教学成本高、教学方式不够灵活、受时间与地理位置的影响等问题,具有实验成本低、通用性强、免维护、易扩展等特点,有着广阔的应用前景.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】4页(P92-95)【关键词】PLC;实验教学;组态;GX Developer;OPC【作者】许雯娜;王春;唐龙;廖映华【作者单位】四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000;四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000;四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000;四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000;四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室,四川自贡643000【正文语种】中文【中图分类】TP273“机电传动技术”是机械制造及其自动化专业一门必修课程。
由于PLC具有较强的工程实践性，所以对实践教学环节有着较高的要求[1-3]。
PLC实验教学发展历程分为3个阶段，如表1所示。
(1) 第一阶段。
第一阶段的教学实验由硬件PLC和实验箱、实验台等双硬件设备构成。
这种实验教学系统存在以下几点不足：① 实验教学成本高，采购和维护设备需大量人力物力；② 实验系统体积大，需要专门的较大的场所放置实验设备；③ 系统扩展性差，实验内容单一；④ 网络结构单一，导致“自动化孤岛效应”现象[4]。
(2) 第二阶段。
第二阶段采用硬件PLC和组态软件仿真的单硬件系统。
这种实验教学系统由组态软件仿真各类控制对象，再与PLC联调，可直观的在电脑上形象的体现被控对象的运行情况。
相比第一阶段，不用采购硬件被控对象，系统扩展性也大大增强。
但在实际教学过程中，由于实验室硬件PLC设备有限，通常是几位同学为一组分配硬件PLC开展实验。
对整个实验教学的效果有一定影响。
(3) 第三阶段。
在多年的实验教学基础上，开发了全虚拟PLC实验教学系统，采用软件PLC和组态软件仿真的双软件系统，具有以下优点：① 很大程度地节省了实验、教学成本[5]；② 让整个实验教学变得更加灵活多变[6-7]；③ 不再受时间与地理位置的影响，学生可以按需进行后期的拓展[8-10]。
1.1 系统结构由于本次所提出的PLC实验教学系统为全虚拟的教学系统，该系统由相关软件在PC机进行虚拟的通信连接，从而完成整个的仿真教学实验。
该系统主要由三菱编程软件GX Developer、三菱OPC服务软件MX OPC Server和组态王kingview6.55 3部分组成[11]。
1.2 系统方案全虚拟的PLC教学实验系统，采用三菱编程软件GX Developer作为PLC程序的编制平台，三菱仿真软件GX Simulator则作为类似于硬件PLC的虚拟控制器，组态王kingview 6.55作为控制器的控制对象，然后通过OPC服务软件将PLC软件与组态软件进行连接，最终实现通过PLC程序对被控对象的控制，从而达到全虚拟的仿真教学效果[12-14]。
全虚拟PLC实验教学系统如图1所示。
2.1 软件安装(1) 安装三菱编程软件GX DEVELOPER与三菱仿真软件GX_Simulator。
(2) 安装三菱OPC服务软件MX OPC Server，系列码DEMO。
(3) 安装组态王kingview 6.55。
2.2 通信参数设置(1) 打开“MX Configurator”单击“file/new”，新建Access文件；点击“Address/New Device”，弹出新建设备窗口，选择与编写程序运用的PLC一致的型号，完成通讯设置；在新建立的通信设置下点击“New DataTag”建立与PLC程序对应的I/O变量如图2所示。
(2) 以上设置好后，启动“PLC Monitor Utility”仿真，点击“Wizard”,选择“GX_Simulator”next\ok，进行软件仿真。
然后启动“MX OPC Server”。
(3) 启动“kingview6.55”，双击当前工程，点击OPC服务器，双击新建，弹出窗口，选择“Mitsubish.MXOPC.4”,并选择“同步读”“同步写”，点击“确定”按钮，建立OPC连接，如图3所示。
(4) 点击“数据词典中”新建“I/O变量”：输入变量名，选择“I/O离散”，“连接设备”选择“Mitsubish.MXOPC.4”，寄存器选择相应值，如“x”“y”“M”等，数据类型选择“Bit”，读写属性选择“读写”，采用相同方法，在数据词典中建立其它变量如图4所示。
2.3 建立通信连接完成通信参数设置后，就需要建立通信连接。
建立通信连接步骤：① 打开先前编写好的PLC程序；② 打开三菱仿真软件GX_Simulator；③ 打开三菱OPC服务软件MX OPC Server查看连接是否成功，通讯变量显示为“Good”表示仿真PLC软件与三菱OPC服务软件通信成功如图5所示；④ 启动“kingview 6.55”建立相应的画面连接后，运行组态王“view”查看被控对象是否按照PLC控制程序进行动作，若是则表示整个通信连接建立成功。
以8×4层智能圆柱式立体车库的控制为例进行仿真实验。
3.1 控制要求(1) 4层圆柱式立体车库最多可以停放31辆汽车。
一层可以停放7辆，二、三、四层可以各停放8辆，车位编号分别为1，2，3，…，31；其中一层的空车位设计为存取车车位，正常时不能停放汽车。
(2) 在存车时，只需要点取存车按键，系统将对所存的汽车自动编排存车位置。
如果最开始，车库没有存车全为空位，系统在存车时将按照车位编号从小到大的顺序依次存车，直到把车库存满为止。
如果当车库存到2层的某一个位置时，有顾客要在这一过程中取出，假设所取车辆为第一层某个车位，在下一次存车时，系统将自动判断将车存入第一层，这样使系统更加节能，效率更加高效。
(3) 在取车时，通过输入取出位置后，按下取出按键，系统将根据输入的命令取出对应位置的车辆[15]。
3.2 I/O分配8×4层智能圆柱式立体车库控制系统输入、输出如表2所示。
3.3 控制系统仿真实现(1) 利用GX Developer 编程软件编制控制系统程序，并利用其GX Simulator仿真软件对编制的程序进行调试。
(2) 在三菱OPC服务软件MX OPC Server与组态王kingview6.55中建立与编制的程序中对应地址的I/O变量。
(3) 在对整个控制系统进行仿真调试时，需要将三菱仿真软件GX Simulator、三菱OPC服务软件MX OPC Server和组态王kingview6.55的仿真都置于打开状态，才能进行GX与组态王之间的通信，在这里三菱OPC服务软件起到了1个中间连接的作用。
在进行整个系统仿真调试时可以通过三菱仿真软件GX Simulator 中的软元件来控制整个系统，也可以通过组态王中指定的控制信号来控制整系统，通过这一点说明GX与组态王通信时是1个同步读写的过程。
(4) 由于本次采用的实例为三维动作的控制，而组态王主要运作在二维的控制过程，对三维动作的控制实现起来非常困难。
因此，在对该实验仿真时采用按钮开关与小灯来代替控制系统的输入输出设备。
其中X10-X17为取出位置信号的输入点，主要工作过程是当有顾客需要进行取出时，通过系统的刷卡系统输入对应的存车位置，然后通过十进制转变为二进制与X10-X17进行对应，最后通过程序的编码跳入到相应位置的取车程序完成取车过程。
上位机监控画面如图7所示。
基于三菱PLC编程软件、仿真软件与组态王kingview 6.55建立的全虚拟的实验教学系统有着重要意义。
该系统有效解决了传统实验教学成本高、教学方式不够灵活、受时间与地理位置的影响等问题。
并且它还可以应用到实际控制工程中，工程人员在对整个控制系统设计完成之后都需要验证整个程序的正确性，以降低在实际运用中的风险。
此时该套全虚拟实验教学系统对整个控制系统的调试起到了关键性的作用，大大降低了实际工程应用中成本与风险。
Tel.：139****5067;E-mail:********************【相关文献】[1] 孙松丽，王荣林，张桂新.基于MCGS的PLC仿真实训系统设计[J].实验室研究与探索,2015,34(1):87-91.[2] 周建萍, 王志萍, 于会群. 对提高“PLC实验课”课程教学质量的探讨[J]. 实验室研究与探索,2012, 31(10):119-121.[3] 张金蛟.现代实验教学法在PLC实验中的运用[J]. 实验科学与技术,2007,5(4):85-86.[4] 崔桂梅, 顾婧弘, 刘丕亮. 基于西门子PLC网络化实验平台的设计[J]. 实验室研究与探索, 2015, 34(3):212-215.[5] 张婕,李浙昆,吴涛.可编程控制器虚拟实验教学的研究[J].实验室研究与探索, 2009, 28(9):77-79.[6] 黄凯旋.开放与虚拟的实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索, 2006, 25(9):1120-1122.[7] 苗红霞,齐本胜. PLC控制技术实验教学改革研究与实践[J].实验技术与管理, 2010, 27(3):136-139.[8] 刘力.组态软件在PLC实验系统中的应用[J].实验室研与探索,2014,33(4):127-129.[9] 欧金成,欧式乐,林德杰,等.组态软件的现状与发展[J]. 工业控制计算机,2002,15(4):1-5.[10] 陈海生，郑萍.全虚拟 PLC 远程试验系统的研究与实现[J].自动化仪表,2013,34(3):28.[11] 靳雷，李秋红.基于OPC和组态技术的虚拟PLC监控系统研究[J].电气传动自动化,2014,36(6):39.[12] 刘暾东,余齐齐,柳小鹏.OPC服务器软件开发及在DCS中的应用[J].化工自动化及仪表,2007,34(1):46-48.[13] 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.[14] 袁云龙.基于组态软件的PLC控制系统仿真实现[J].自动化仪表,2006,27(5):57-58,61.[15] 霍沛,胡勇.基于PLC的立体车库自动控制算法的设计及应用[J].四川理工学院学报(自然科学版),2015,28(1): 21-24.。