基于MCGS和PLCSim的虚拟教学实验平台的设计与实现.docx

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基于MCGS和PLCSim的虚拟教学实验平台的设计与实现

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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SIMATICManager和PLCSim组成。其中，SIMATICManager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??SIMATICManager平台

SIMATICManager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：＼ProgramFiles＼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

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SIMATICManager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4s→黄灯亮1s→红灯亮5s，南北向红灯亮5s→绿灯亮4s→黄灯亮1s。

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4s、南北向红灯亮4s状态;S3状态为东西向黄灯亮1s、南北向红灯亮1s状态;S4状态为东西向红灯亮4s、南北向绿灯亮4s;S5状态为东西向红灯亮1s、南北向黄灯亮1s。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4s时间到;S3状态切换到S4状态的条件为定时1s时间到;S4状态切换到S5状态的条件为定时4s时间到;S5状态切换到S2状态的条件为定时1s时间到，如此反复执行。

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