首页 -> 2008年第7期
基于ＶＢ６．０的ＰＬＣ虚拟实验对象的设计
作者：刘贵明 陈国锋
[关键词]虚拟实验 PLC Visual Basic6.0
（一）引言
目前，PLC已被广泛地应用到机械、治金、化工、电力、轻纺、煤炭工业等各个领域中。由于可编程控制器在工业自动化领域的重要位置，使得“可编程控制器原理及应用”这门课程在高等院校、高职学院、中职学校电专业中普遍开设。而实验是辅助课堂教学的重要环节，对工程类课程的学习尤为重要。在PLC实验教学过程中，需要让学生了解各种工业场合的控制流程，针对各种工业控制对象，验证学生所编制的PLC程序是否正确。由于受到体积、价格等诸多客观条件的限制，很难在实验室配置较全面的各种工业控制对象，因而制约了实验的数量和质量。
随着虚拟技术和计算机的飞速发展，利用计算机仿真软件来完成实验成为一种全新的实验手段。实验内容不受实验室仪器设备、实验材料的限制，既可以很方便地更新、增加实验内容，又解决了实验经费不足问题，有效地提高了PLC的教学效果。
（二）PLC 虚拟实验系统
虚拟实验是在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境。它是在计算机仿真基础上发展起来的一项应用技术。PLC虚拟实验系统如图1所示。其中虚线框部分为计算机虚拟实验装置，它包括硬件（信号适配器）和软件（由Visual Basic 6.0来完成）两个基本要素。计算机虚拟实验装置与PLC、控制台等一起构成PLC虚拟实验系统。
本虚拟实验系统只与PLC的输入端口、输出端口的点数和电气特性有关，与PLC串口通讯协议无关。其基本思想是：在计算机上用软件Visual Basic 6.0设计虚拟控制对象；根据对控制对象的具体要求，编写PLC程序；当PLC按程序要求动作时，通过信号适配器将PLC的输入端口、输出端口的信号转换为计算机可以接收的串行信息；通过串行口RS-232把相应的动作命令发送到计算机，驱动相应的软件系统，在计算机上就可以观察被控虚拟对象的动作过程。
软件的作用是用计算机仿真技术实现控制对象结构、动作、性能。本软件采用当前流行的面向对象编程工具--Visual Basic6.0来完成。
Visual Basic6.0语句生成器和快速提示帮助，使用户不必记忆成千上万的属性和方法，在较短的时间内就能开发出功能强大的应用程序。种类繁多、功能强大的多媒体控件，能帮助用户在较短时间内用较少的语句编写出图文声像并茂的多媒体程序。因此，我们利用Visual Basic6.0来开发PLC的虚拟控制对象，能丰富教学内容，开阔学生视野，增强教学效果。下面介绍使用Visual Basic 6.0软件，以三层电梯控制系统作为控制对象为例，设计控制对象图形界面的制作过程。
三层电梯控制系统.frm由三部分组成。左侧部分显示电梯在楼中电梯间的运动状态以及所处的位置；中间部分为电梯外部部件和实现电梯门的开门或关门；右侧部分为电梯内部控制面板的各部件。三部分有机地配合，形成了一个完整的三层电梯系统，见图2。
图2中，控制面板楼层呼叫按钮、开门按钮、关门按钮和外部上或下意向呼叫按钮共九个按钮，利用命令按钮控件的“MouseDown”、“MouseUp”事件来实现。按钮在用户按下时，引发“MouseDown”事件，通过MSComm控件输出一控制代码、信号适配器的相应端口接通，给PLC输入端口提供一个“1”信号；用户抬起时，引发“MouseUp”事件，通过MSComm控件输出一控制代码、信号适配器的相应端口断开，给PLC输入端口提供一个“0”信号。
控制面板的楼层呼叫灯和外部各层上或下意向呼叫灯，是通过分别改变其命令按钮控件的BackColor属性实现的。当呼叫灯对应的信号适配器输入端口有信号时，相应的命令按钮控件的背景颜色变为红色；当呼叫灯对应的信号适配器输入端口无信号时，相应的命令按钮控件的背景颜色变为图2中的颜色。
楼层指示灯、上行或下行指示灯利用标签控件的属性ForeColor来实现。当呼叫灯对应的信号适配器输入端口有信号时，相应的标签控件的文字颜色变为红色；当呼叫灯对应的信号适配器输入端口无信号时，相应的标签控件的文字颜色变为图2中的颜色。
电梯、电梯门是用图片框控件来描述的，电梯的上升或下降、电梯门的开门或关门用定时器控件改变图片控件的Top属性、Left属性和Width属性来实现的。电梯的上升、下降、开门、关门各用一个定时器控件，功能的实现只需设置定时器控件的Enabled属性：True、False。
楼层行程开关、开门或关门行程开关分别利用电梯、电梯门图片框控件的Top属性、Left属性与某一定值比较的结果实现的。当图片框控件和Top属性、Left属性等于各自设定的值时，通过MSComm控件输出一控制代码、信号适配器的相应端口接通；当图片框控件的Top属性、Left属性偏离各自设定值一个值时，通过MSComm控件输出一控制代码、信号适配器的相应端口断开。
电梯、电梯门还设置上上行和下行限位、开门和关门限位，以防教学实验中电梯、电梯门图片框控件移出屏幕或程序出现错误。描述电梯上升下降和开门关门过程的控制代码（略）。
（三）虚拟实验系统的应用
在教学过程中，学生除了通过虚拟对象了解实际生产过程，还必须自编PLC程序来验证程序的正确与否。此时，计算机界面上的工作过程则完全由学生编制的程序控制。针对某个控制对象编写PLC程序，当PLC按程序要求动作时，通过信号适配器将PLC的输入端口、输出端口的信号转换为计算机可以接收的串行信息；通过串行口RS-232把相应的动作命令发送到计算机，驱动相应的软件系统，在计算机上就可以观察被控虚拟对象的动作过程。
运用Visual Basic6.0，结合三层电梯控制系统实际运行原理，可以设计出较为美观的虚拟演示画面和以PLC驱动的监视画面，使其能真实的表现三层电梯控制系统的工作过程，同时可以验证学生自编的PLC程序的正确与否。最终使得设计的虚拟实验对象能够用于教学，给学生更多的PLC实际设计机会。
（四）结论
本文的创新点在于将计算机技术应用到教学中来，开发的虚拟实验系统既能真实的表现实际生产系统的工作过程，同时又可以验证学生的实际编程能力。系统具有功能全、成本低、效率高、可扩展性和可开发性强、工程实用性强等优点，可广泛应用于PLC教学中。它可以解决实验教学过程中遇到的各种困难，节约了实验经费，提高了实验的安全性，丰富学生的工程实践经验，使学生在理论和实际动手能力都得到提高，有效地提高学生培养的质量。因此，非常值得推广。
参考文献：
[1]单士源等.一种对虚拟对象进行控制的系统设计[J].微计算机信息,2003,(11).
[2]范逸之,陈立元.Visual Basic 与RS-232 串行通讯控制(最新版)[M].北京:清华大学出版社,2002.
[3]张树兵,戴红,陈哲.Visual Basic6.0中文版入门与提高[M].北京:清华大学出版社,1999.