基于MCGS的PLC实验教学系统的构建

王惠莉

（北京联合大学 师范学院，北京100011）

0 引言

当前，PLC技术已在自动控制领域占有举足轻重的地位。为顺应社会需求，目前，全国开设有电子、电气以及工业自动化等专业的高校都将PLC教学纳入教学任务，作为一门必修的专业课。该课程是一门实用性、工程性和综合性很强的专业课，与工程实际联系紧密，这就要求教师在教学方面要多结合实践环节，做到“理论联系实际”。因此，PLC实践环节是该课程的重要组成部分，实验装置性能的好坏对学生能力锻炼有很大的影响［1］。

然而，长期以来许多学校实践教学环节大都处于滞后于教学、系统性不够、综合性不强的等状态。尤其对于PLC的实践教学，限于资金、设备及场地等因素，众多自动化控制系统现场都不能展现在学生面前，造成学生对PLC在自控领域的应用缺乏感性认识，对许多控制环节缺乏互动，理解不透，致使对课程缺乏兴趣。为解决上述问题，我设想能否构建仿真的实践教学系统，并将其引入实践教学？自接触了MCGS（Monitorand Control Generated System，通用监控系统）组态软件后，开始对运用MCGS构建PLC仿真实验教学系统的探究。目前，已初见成效。

MCGS是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发的，用于快速构造和生成计算机监控系统，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行［2］，通过对现场数据采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等各种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的使用。

运用MCGS开发PLC实验教学仿真系统的目的在于将理论教学与实践教学汇于一体。使教师只需借助多媒体教学设备和一个PLC主机，就可以将实验室以及自动化控制现场带入课堂，在课堂上讲授理论知识以后，当堂进行演示性操作，从而加深学生对工业自动化控制过程的感性认识，也更好的培养了学生对PLC学习的兴趣。

1 PLC实验教学系统的结构设计

PLC实验教学系统整体设计原则依照PLC从简单语句到复杂程序设计的教学顺序，分为两部分：基本指令系统和程序设计训练，结构上采用树形结构，模块化设计。

系统的总体结构如图1所示。

图1 系统的总体结构及PLC实验教学系统主界面

在基本指令系统中每一个模块下都细分为梯形图、助记符、时序图、I／O分配、实验仿真以及实验结果分析六个环节，这也是完全遵从PLC从理论到实践教学的规律。通过这几个环节，学生不但可以掌握基本指令的理论知识，还可以通过实验仿真对基本指令所能实现的基本控制互动操作，从而对该指令的应用有较深刻地感性认识。

在程序设计训练环节中，为了能够让学生建立起一个工业控制系统专业设计的编程思想，每个项目模块都安排了提出控制要求、系统I／O分配、控制系统梯形图设计［3］、助记符转换以及实验仿真六个教学环节，引导学生在完成程序设计的同时，也了解工业自动控制设计过程及基本流程。

2 PLC实验教学系统设计方案

MCGS组态软件中的用户窗口可以放置三种不同类型的图形对象［4］：图元、图符和动画构件。一个模块的建立首先要在用户窗口中通过图元、图符和动画构件按方案来设计画面，然后在实时数据库中建立相应的变量，将这些变量与画面中的元件进行对应设置，通过对变量进行脚本编辑，就可以使画面中的元件按照指定控制要求动作。由于每一个模块不可能由一个画面完全展示出来，所以要建立多个画面，并对其进行动画连接，最后进行运行调试。

PLC实验教学系统的总体设计分为两部分，一部分是用于教学演示的组态画面的设计，另一部分就是要通过组态画面与PLC联机设计来实现对PLC实验的仿真。

系统有一个主界面，这个界面是一个总控平台，教师在这个界面中点击相应模块的按钮，就可以进行相关知识的教学。其组态设计流程为：

建立用户窗口→设计画面→设置实时数据→元件设置→脚本编辑→动画连接→运行调试。

系统共包括七个模块，这七个模块的设计结构及组态实现方法类似。下面以基本指令系统中计数指令模块为例说明之。

3 计数指令模块的设计及组态实现

根据组态设计流程首先在MCGS主界面窗口建立用户窗口。MCGS组态软件提供的图形、图符和元件，用户可以在用户窗口中构造自己所需的各种复杂图形界面，构建的模拟控制场景［5］。

分析计数指令CT的相关教学内容设计典型编程实例，明确计数指令控制要求。按照计数指令训练模块教学内容，计数指令CT实例控制要求为：

1）当复位开关（X1）＝0且计数开关（X0）闭合3次使计数值计数到3后，显示灯（Y0）＝1（点亮）。

2）当复位开关（X1）＝1后，无论计数开关处于何种状态，显示灯灭。

然后对控制实例、动作要求进行分析，设计组态界面构成的基本元件及变量，明确变量性质，对组态元件变量属性［6］进行定义。如表1

表1 计数指令组态元件变量

再根据变量的属性、控制要求分析仿真拟态变化规律，构建组态仿真控制流程图，参照流程图进行脚本的编写，最后进行元件、界面及数据的连接与调试，实现该模块的组态与仿真运行。仿真控制流程图如图2所示。

图2 仿真控制流程图

4 结论

运用MCGS技术构建的实验教学系统最大的优越之处就在于系统可通过与PLC主机设备联机，使实验系统中的虚拟数据对象与PLC主机中的输入输出通道一一对应起来，从而可实现PLC与实验系统的互控，从而部分了替代传统的PLC实验教学中PLC外围设备。教师上课时只需要一个串行通信接口将电脑与PLC主机连接在一起，通过运行各种工业自控现场的仿真系统即可实现仿真操控。由于系统采用的模块化设计，因此具有良好的可扩展性，可很方便的将更多的新开发仿真控制模块挂入系统，这就意味着教师可将更多自控现场带入教室。

［1］ 匡宇国.MCGS组态软件技术在PLC教学中的交互应用研究［J］.教育探索，2007，（12）：136－137

［2］ 曹辉，马栋萍，王暄，耿瑞芳.组态软件技术及应用［M］.北京：电子工业出版社，2009：001－003

［3］ Hugh Jack.Automating Manufacturing Systems With PLCs.Version 5.0，May 4，2007.6：8－12

［4］ 曹辉，马栋萍，王暄，耿瑞芳.组态软件技术及应用［M］.北京：电子工业出版社，2009：38－47

［5］ 袁秀英.组态控制技术［M］.北京：电子工业出版社，2006，（4）

［6］ 霍俊仪，万东梅.电气控制与PLC应用技术仿真教学探讨［J］.中国科技信息，2005，（12）：86