PLC教學模擬控制板的設計與應用

在電工電子技術的不斷發展的背景下，PLC在自動化領域中的應用越來越廣泛，作為電工電子專業的基礎課程，PLC課程教學也非常重要，PLC課程教學在培養學生的優秀工程意識、強大的實踐技能、敏銳的創新方面發揮著重要作用。而PLC教學實驗系統也在不斷完善和普及，對于學校教育和科學研究更實用。利用PLC模擬控制板模擬各種電工電子控制對象并以圖形方式顯示對象的主要動作，通過替換軟件來模擬不同的控制對象，可以顯著提高教學效率。
1、PLC教學模擬控制板的基本構成
PLC教學模擬控制板主要由三部分組成：硬件模擬受控對象、信號調整板、PLC。硬件受控模擬對象：通過控制面板來模擬受控對象的執行元件、傳感器等組件，以在受控操作狀態和控制器控制命令之間的信息傳輸，實現受控對象的硬件模擬仿真。
信號調整板：用于受控對象和PLC之間的硬件連接及其信號調整的硬件和軟件仿真。信號調整板負責收集和控制PLC的I/O端口參數，與主機通信。這些模塊一起構成了整個教學模擬控制板，直觀且方便。
整個控制面板的工作過程是由信號處理板收集PLC的I/O端口參數，經過信號調整版進行處理后發送到PLC中的CPU進行進一步處理，將處理后的數據發送到受控對象，計算機對象和反饋控制信號通過USB端口發送到PLC，該USB端口根據用戶編寫的程序被控制運行。
用PLC教學模擬控制板不僅能夠滿足實驗教學需求，而且能滿足生產線實際控制中得模擬調試應用要求。

圖1PLC教學模擬控制板的基本構成
2、PLC教學模擬控制板的工作模式
LC教學模擬控制板具有兩種操作模式：計算機仿真和硬件仿真。撥動面板開關可以切換模式。在計算機仿真模式下，軟件模擬受控對象以實現仿真，PLC實現控制程序的運行，控制系統監控軟件實現PLC控制系統的監控，控制系統編程及調試軟件實現PLC控制系統的編程、配置和調試，形成非常接近實際的PLC仿真控制系統。PC中的控制對象、PLC控制命令的運行狀態通過信號調整板和USB通道進行交換。PC和PLC控制器之間的監控調試信息通過PC/PPI通道進行交換，以實現計算機仿真。在硬件仿真模式下，通過硬件對受控對象進行仿真以實現對受控對象的仿真。通過信號調整板直接交換控制面板上模擬受控對象的運行狀態和PLC控制命令，以實現硬件仿真。
3、基于PLC教學模擬控制板的教學
基于PLC教學模擬控制板結合具體項目將理論知識、技能培訓融入實際項目中，使學生可以選擇與項目相關的參數，整合實際學習的理論知識，達到融會貫通，并通過項目學習獲得成功的經驗。培養自主創新，分析和解決問題的能力。以自動裝車控制系統設計實踐教學為例談教學模擬控制板在PLC教學中的應用。
任務:在PLC課程中通過項目學習S7-200系列基本指令系統、順序控制設計、編程思路及編程軟件的使用等。目標:學會運用程序設計方法—順序控制設計法進行程序設計，即掌握根據系統的順序功能圖設計梯形圖的方法。

圖2自動裝車控制系統控制流程
3.1介紹PLC項目基本內容
自動裝車控制系統的控制狀態分為初始狀態、裝車控制、停機控制。自動裝車控制系統工作流程如圖2所示。初始狀態：紅燈L1斷開，綠燈L2接通時，車輛進入裝料，料斗出口K2關閉，電機M1，M2，M3均關閉。
裝車控制：（1）給料，如果料斗中的物料未滿（S1斷開），則供料閥K1打開并在5S后供料。當物料已滿時（S1接通），停止進料。（2）當車輛進入裝載位置（SQ1接通）時，紅燈L1接通，綠燈L2斷開。同時，啟動電機M3，2S后啟動電機M2，繼續2S后啟動電機M1，持續2S后打開料斗（K2接通）出料。車輛裝滿（SQ2斷開）時，料斗K2關閉，電機M1在2S后停止，電機M2在電機M1停止2S后停止，電機M3在電機M2停止2S后停止，紅色指示燈L1斷開，綠色指示燈L2接通。
停止控制：按下停止按鈕SB2可停止整個系統的運行。
3.2基于控制板開展項目實踐
采用STEP7-Micro/WIN32軟件，它是基于Windows的應用軟件，可對S7-200CPU進行高效編程、監控等操作。上位機使用PC、PLC作為從機，PC/PPI編程電纜將PC計算機連接到PLC。主機、從機之間通過標準串行接口RS232實現數據傳輸。RS-485串行通訊端口的外部信號與邏輯電路之間沒有隔離，它支持無PPI通訊端口協議、PROFIBUS點對點協議。PPI/MPI協議的波特率設置為9.6Kbps。PC的主要任務是通過STEP7-Micro/WIN編程軟件來編輯、監視PLC程序。STEP7-Micro/WIN是專門為S7-200設計的編程軟件，可與個人計算機的Windows操作系統一起使用。功能強大，易于使用且易于學習，教師可以指導學生輕松地為項目進行編程操作。
連接PLC主板的輸入/輸出點和相應的演示板，使用模擬控制板對通訊和系統進行聯合調試，并按照以下步驟在PLC和PC機之間建立通訊。
（1）確保已連接PC和CPU之間的通信電纜，并且CPU的操作模式選擇器開關處于“TERM”或“STOP”位置。
（2）從主菜單的“查看”中選擇“通訊”，或單擊“通訊”圖標以顯示通訊設置對話框，這表明未連接CPU。
（3）在通訊設置對話框中雙擊更新圖標，然后STEP7-Micro/WIN32將檢查連接的S7-200CPU站，連接到通訊設置對話框的每個站均顯示為CPU圖標
（4）雙擊要通訊的站，所選站的通訊參數將顯示在通訊設置對話框中。
（5）與S7-200CPU建立在線連接（下載，上傳，監控）。成功執行STEP7-Micro/WIN32并與計算機建立通信后，可以按照以下步驟將編輯后的程序下載到PLC。
（1）確保PLC處于停止模式。PLC的工作模式開關設置到TERM位置時可以執行后續操作：檢查PLC上的工作模式指示器，如果它不在停止位置，需要單擊工具欄上的停止按鈕。
（2）在停止的工作模式下，單擊工具欄上的下載按鈕。
（3）選中所有復選框，然后單擊“確定”按鈕開始下載。如果下載成功，將提示下載情況。
（4）更正PLC類型選擇，然后選擇“否”結束下載過程。
（5）從菜單欄上的PLC中選擇“類型”以顯示“PLC類型”對話框。當單擊讀取CPU時，STEP7-Micro/WIN32將自動讀取正確的值，單擊確定按鈕以確認PLC類型并釋放對話框。
（6）單擊工具欄上的下載按鈕以重新開始下載過程。成功下載后，可以通過單擊工具欄上的“運行”按鈕將PLC置于運行模式。將梯形圖程序下載到PLC教學模擬控制板即可以進行程序調試運行。
4、結語
綜上所述，PLC教學模擬控制板在保證教學效果的基礎上，可以系統，直觀地完成PLC控制系統的硬件連接、編程、調試、運行演示。PLC教學模擬控制板硬件結構上遵循了實際PLC控制系統的結構流程，可以幫助學生形成與實際生產相匹配的系統概念，可以直觀地查看調試和控制結果，提高了教學效果，更好地滿足社會對PLC技術人才的需求。