基于MCGS和PLCSim的虚拟教学实验平台的设计与实现

1、    基于mcgs和plcsim的虚拟教学实验平台的设计与实现    冯军磊 王艳平摘要：设计并实现了一种基于mcgs和plcsim的虚拟教学实验平台，给学生提供无需硬件plc即可学习plc和mcgs组态技术的教学实训平台。经过实际运行验证，该平台运行良好，可以适应现代化教学的需要。关键词：plcsim;mcgs;虚拟;教学实验平台0    引言随着“中国制造2025”计划的实施，国家制造业正在由粗放式、人工操作的模式转向信息化、智能化，学生对plc（可编程逻辑控制器）技术的需求日益增强。plc使用灵活的软件编程语言替代了接线和设备

2、种类繁杂的控制电路，在各行业中应用广泛。作为机电一体化、自动化、现代电气工程及其自动化、机械工程及其自动化的核心专业，plc的系统学习是重中之重。本文设计了一种基于mcgs和plcsim的虚拟教学实验平台，使用plcsim代替硬件plc，达到学习plc编程、界面组态等核心内容的目的。此系统可以降低学校在相关实训设备方面的大量投入，提高学生学习plc编程和组态技术的效果。1    虚拟教学实验系统总体设计本虚拟教学实验系统使用软件plc（plcsim，plc仿真软件）代替硬件plc，实现以往必须有硬件plc才能进行的程序运行、程序调试等工作。设计的系统结构图如图1所示。本系统

3、主要由plc开发运行平台和mcgs开发和运行环境组成。plc开发运行平台由simatic manager和plcsim组成。其中，simatic manager主要完成plc的硬件组态1、网络组建、控制程序编写、程序的监控和调试任务;plcsim来实现plc功能，模拟运行plc程序。mcgs开发和运行环境由mcgse组态环境和mcgse模拟运行环境组成。其中，mcgse组态环境用来开发mcgs程序，mcgse模拟运行环境来运行mcgs程序。2    虚拟系统搭建2.1    simatic manager平台simatic manager是西门子公司开发

4、的s7-300和s7-400系列可编程控制器进行组态、编程和程序调试的软件。安装时建议采用默认的安装路径（c：program filessiemens），安装类型可采用默认安装类型。2.2    plcsim平台s7-plcsim是可以对编写的plc程序进行仿真运行的虚拟逻辑控制器（虚拟plc），可以在没有硬件plc的情况下，对编写的代码进行运行、调试。plcsim提供了可以监控程序运行、模拟硬件输入/输出端口数据的功能，可以对plc的运行进行数据交互，对程序在线仿真调试完后，可以直接切换到真实的plc上进行运行。2.3    mcgs开发和运行环境mc

5、gs开发软件分为三个版本：嵌入式版、通用版和网络版。由于嵌入式版必须配合触摸屏使用，网络版的通用控件相对较少，通用版运行在pc端，本设计选用通用版mcgs作为组态开发软件。通用版安装包含有mcgse组态环境和mcgse模拟运行环境两部分，mcgse组态环境进行plc设备组态、通信配置、界面组态和数据交互设计，mcgse运行环境用来运行mcgse组态环境开发好的组态程序。2.4    数据的桥接nettoplcsim使用官方的plcsim接口文件s7prosim-com-object实现plcsim的数据交互。由于plcsim无法和外界程序直接通信，需要使用桥接软件完成mcg

6、s和plcsim的通信。本系统选用nettoplcsim作为plcsim和mcgs运行环境的桥接工具。nettoplcsim运行界面如图2所示。3    调试与运行为了验证虚拟教学平台的可行性，本设计以交通灯为例调试该虚拟教学平台。3.1    plc程序的编制3.1.1    交通灯工作原理使用simatic manager开发红绿灯控制程序。按照交通灯功能，此例功能为：东西向绿灯亮4 s黄灯亮1 s红灯亮5 s，南北向红灯亮5 s绿灯亮4 s黄灯亮1 s。交通灯的plc程序可以简化为5个状态。其中s1状态为初始状态，plc上电后，

7、没有信号输入的情况下一直工作在此状态下;s2状态为东西向绿灯亮4 s、南北向红灯亮4 s状态;s3状态为东西向黄灯亮1 s、南北向红灯亮1 s状态;s4状态为东西向红灯亮4 s、南北向绿灯亮4 s;s5状态为东西向红灯亮1 s、南北向黄灯亮1 s。设计的交通灯plc程序状态如表1所示。plc上电执行s1状态，启动信号出现后，切入s2状态。s2状态切换到s3状态的条件为定时4 s时间到;s3状态切换到s4状态的条件为定时1 s时间到;s4状态切换到s5状态的条件为定时4 s时间到;s5状态切换到s2状态的条件为定时1 s时间到，如此反复执行。3.1.2    编制plc程序根

8、据交通灯工作原理设计的交通灯程序如图3所示。3.2    mcgs界面组态mcgs组态分为三大部分：设备组态、数据连接、界面组态。3.2.1    设备组态设备窗口中，添加“所有设备”“plc设备”“西门子”“s7cp343&443tcp”。设备组态还需要完成本机ip地址的设置、远程ip地址的设置，其中本机ip地址是运行mcgs组态环境的电脑ip地址。3.2.2    数据连接在mcgs进行界面设计时，plc内部数据的采集和界面显示动画连接的数据不是同一个变量。因此，在进行mcgs的界面设计前，需要将mcgs界面用到的数据和p

9、lc内部数据进行采集和连接。plc内部数据和mcgs变量连接关系如表2所示。3.2.3    界面组态按照交通灯需要进行界面组态，界面元件放置好后，将信号灯与数据对象绑定。交通灯界面元件和数据绑定关系图如表3所示。3.3    运行结果程序编制完成后设置simatic manager的通信方式为“plcsim（tcp/ip）”，运行plcsim，将simatic manager编制的程序下载到plcsim中，将plcsim中cpu状态置为run-p，启动交通灯的mcgs程序。设计的虚拟教学实验平台运行效果如图4所示。4    结语本文通过对