PLC教学模拟控制板的设计与应用

在电工电子技术的不断发展的背景下，PLC在自动化领域中的应用越来越广泛，作为电工电子专业的基础课程，PLC课程教学也非常重要，PLC课程教学在培养学生的优秀工程意识、强大的实践技能、敏锐的创新方面发挥着重要作用。而PLC教学实验系统也在不断完善和普及，对于学校教育和科学研究更实用。利用PLC模拟控制板模拟各种电工电子控制对象并以图形方式显示对象的主要动作，通过替换软件来模拟不同的控制对象，可以显著提高教学效率。
1、PLC教学模拟控制板的基本构成
PLC教学模拟控制板主要由三部分组成：硬件模拟受控对象、信号调整板、PLC。硬件受控模拟对象：通过控制面板来模拟受控对象的执行元件、传感器等组件，以在受控操作状态和控制器控制命令之间的信息传输，实现受控对象的硬件模拟仿真。
信号调整板：用于受控对象和PLC之间的硬件连接及其信号调整的硬件和软件仿真。信号调整板负责收集和控制PLC的I/O端口参数，与主机通信。这些模块一起构成了整个教学模拟控制板，直观且方便。
整个控制面板的工作过程是由信号处理板收集PLC的I/O端口参数，经过信号调整版进行处理后发送到PLC中的CPU进行进一步处理，将处理后的数据发送到受控对象，计算机对象和反馈控制信号通过USB端口发送到PLC，该USB端口根据用户编写的程序被控制运行。
用PLC教学模拟控制板不仅能够满足实验教学需求，而且能满足生产线实际控制中得模拟调试应用要求。

图1PLC教学模拟控制板的基本构成
2、PLC教学模拟控制板的工作模式
LC教学模拟控制板具有两种操作模式：计算机仿真和硬件仿真。拨动面板开关可以切换模式。在计算机仿真模式下，软件模拟受控对象以实现仿真，PLC实现控制程序的运行，控制系统监控软件实现PLC控制系统的监控，控制系统编程及调试软件实现PLC控制系统的编程、配置和调试，形成非常接近实际的PLC仿真控制系统。PC中的控制对象、PLC控制命令的运行状态通过信号调整板和USB通道进行交换。PC和PLC控制器之间的监控调试信息通过PC/PPI通道进行交换，以实现计算机仿真。在硬件仿真模式下，通过硬件对受控对象进行仿真以实现对受控对象的仿真。通过信号调整板直接交换控制面板上模拟受控对象的运行状态和PLC控制命令，以实现硬件仿真。
3、基于PLC教学模拟控制板的教学
基于PLC教学模拟控制板结合具体项目将理论知识、技能培训融入实际项目中，使学生可以选择与项目相关的参数，整合实际学习的理论知识，达到融会贯通，并通过项目学习获得成功的经验。培养自主创新，分析和解决问题的能力。以自动装车控制系统设计实践教学为例谈教学模拟控制板在PLC教学中的应用。
任务:在PLC课程中通过项目学习S7-200系列基本指令系统、顺序控制设计、编程思路及编程软件的使用等。目标:学会运用程序设计方法—顺序控制设计法进行程序设计，即掌握根据系统的顺序功能图设计梯形图的方法。

图2自动装车控制系统控制流程
3.1介绍PLC项目基本内容
自动装车控制系统的控制状态分为初始状态、装车控制、停机控制。自动装车控制系统工作流程如图2所示。初始状态：红灯L1断开，绿灯L2接通时，车辆进入装料，料斗出口K2关闭，电机M1，M2，M3均关闭。
装车控制：（1）给料，如果料斗中的物料未满（S1断开），则供料阀K1打开并在5S后供料。当物料已满时（S1接通），停止进料。（2）当车辆进入装载位置（SQ1接通）时，红灯L1接通，绿灯L2断开。同时，启动电机M3，2S后启动电机M2，继续2S后启动电机M1，持续2S后打开料斗（K2接通）出料。车辆装满（SQ2断开）时，料斗K2关闭，电机M1在2S后停止，电机M2在电机M1停止2S后停止，电机M3在电机M2停止2S后停止，红色指示灯L1断开，绿色指示灯L2接通。
停止控制：按下停止按钮SB2可停止整个系统的运行。
3.2基于控制板开展项目实践
采用STEP7-Micro/WIN32软件，它是基于Windows的应用软件，可对S7-200CPU进行高效编程、监控等操作。上位机使用PC、PLC作为从机，PC/PPI编程电缆将PC计算机连接到PLC。主机、从机之间通过标准串行接口RS232实现数据传输。RS-485串行通讯端口的外部信号与逻辑电路之间没有隔离，它支持无PPI通讯端口协议、PROFIBUS点对点协议。PPI/MPI协议的波特率设置为9.6Kbps。PC的主要任务是通过STEP7-Micro/WIN编程软件来编辑、监视PLC程序。STEP7-Micro/WIN是专门为S7-200设计的编程软件，可与个人计算机的Windows操作系统一起使用。功能强大，易于使用且易于学习，教师可以指导学生轻松地为项目进行编程操作。
连接PLC主板的输入/输出点和相应的演示板，使用模拟控制板对通讯和系统进行联合调试，并按照以下步骤在PLC和PC机之间建立通讯。
（1）确保已连接PC和CPU之间的通信电缆，并且CPU的操作模式选择器开关处于“TERM”或“STOP”位置。
（2）从主菜单的“查看”中选择“通讯”，或单击“通讯”图标以显示通讯设置对话框，这表明未连接CPU。
（3）在通讯设置对话框中双击更新图标，然后STEP7-Micro/WIN32将检查连接的S7-200CPU站，连接到通讯设置对话框的每个站均显示为CPU图标
（4）双击要通讯的站，所选站的通讯参数将显示在通讯设置对话框中。
（5）与S7-200CPU建立在线连接（下载，上传，监控）。成功执行STEP7-Micro/WIN32并与计算机建立通信后，可以按照以下步骤将编辑后的程序下载到PLC。
（1）确保PLC处于停止模式。PLC的工作模式开关设置到TERM位置时可以执行后续操作：检查PLC上的工作模式指示器，如果它不在停止位置，需要单击工具栏上的停止按钮。
（2）在停止的工作模式下，单击工具栏上的下载按钮。
（3）选中所有复选框，然后单击“确定”按钮开始下载。如果下载成功，将提示下载情况。
（4）更正PLC类型选择，然后选择“否”结束下载过程。
（5）从菜单栏上的PLC中选择“类型”以显示“PLC类型”对话框。当单击读取CPU时，STEP7-Micro/WIN32将自动读取正确的值，单击确定按钮以确认PLC类型并释放对话框。
（6）单击工具栏上的下载按钮以重新开始下载过程。成功下载后，可以通过单击工具栏上的“运行”按钮将PLC置于运行模式。将梯形图程序下载到PLC教学模拟控制板即可以进行程序调试运行。
4、结语
综上所述，PLC教学模拟控制板在保证教学效果的基础上，可以系统，直观地完成PLC控制系统的硬件连接、编程、调试、运行演示。PLC教学模拟控制板硬件结构上遵循了实际PLC控制系统的结构流程，可以帮助学生形成与实际生产相匹配的系统概念，可以直观地查看调试和控制结果，提高了教学效果，更好地满足社会对PLC技术人才的需求。