基于MCGS和PLCSim的虚拟教学实验平台的设计与实现.docx

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 Files＼Siemens），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MCGS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MCGS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，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PLC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 结语本文通过对交通灯控制程序的调试和运行，设计的基于MCGS和PLCSim的虚拟教学实验平台运行正常，可以满足PLC程序设计、运行，MCGS界面组态、调试、运行等现代化教学和学习需要[参考文献][1] 汤晓华，蒋正炎.现代电气控制系统安装与调试[M].北京：中国铁道出版社，2017. -全文完-。