基于Multisim 9.0的PLC案例设计与仿真

唐民丽

(海南软件职业技术学院电子工程系，海南琼海 571400)

可编程控制器(PLC)是在继电器控制的基础上产生的一种新型工业控制装置，它是将微型计算机技术、自动化技术和通信技术融为一体应用到工业控制领域的高可靠性控制器。目前，在工业生产各个领域的应用极为广泛［1］。高职院校电类专业普遍设置“PLC基础及应用”课程。该课程是一门实践性很强的专业必修课程，开设实践教学所需教学仪器设备价格比较高，随着高校的扩招，实验设备明显不足，因此，各高职院校的教学模式还是以课堂理论讲授加几个简单的验证性实验为主，教学效果并不理想，存在的问题主要有:理论抽象，学生觉得枯燥无味并难以理解;电路复杂，课堂上画图、讲解、分析花费时间非常多，教学效率低;电路工作原理只是理性分析，学生理解和接受困难。这严重制约了学生的PLC实践应用能力。

1 Multisim 9.0 软件简介

Multisim 是“Interactive Image Technologies”公司1988年推出的电路仿真分析、设计软件。该公司在2006年被美国NI公司收购后，推出了Multisim 9.0，功能得到了极大的提升，它除具有界面形象直观、操作方便，采用图形方式创建电路的特点外，还提供多种虚拟仪器［1－6］。尤其在 Multisim 9.0 中，提供了大量的继电器和PLC所需的元器件和机电设备，合理使用这些器件可以模拟仿真较复杂的PLC控制系统。Multisim 9.0在电子设计和电路仿真等领域使用广泛，但在PLC设计仿真方面应用很少。

2 应用举例

下面以传送带控制系统为例介绍Multisim 9.0在PLC仿真设计中的具体应用方法。

设计要求:当起动开关接通后车箱向右运动，到达第2个传感器位置时，车箱停止，并开始装入小铁球。装入100个小铁球后，车箱继续向右运动，到达第3个传感器位置时，车箱停止。10 s后车箱向左运动，到第1个传感器位置时停止。

2.1 传送带控制系统的硬件设计

根据Multisim 9.0中给定的传送带控制系统的实物模型U1，结合设计要求，设计传送带控制系统硬件原理框图，如图1所示。包括输入设备(开关、按钮、传感器、接近开关等)、输入模块、PLC控制器、输出模块、输出设备等5部分。

图1 传送带控制系统硬件原理框图

输入模块接收输入设备发出的开关量信号，经PLC控制程序(梯形图)运算后，产生输出信号控制输出设备(传送带、车箱、定时器、计数器、供料箱)。按下起动按钮A后，传送带正转，车箱向右运动(运行速度可在模型属性中调节)。当第2个传感器接收到车箱到达信号后将控制信号返回输入端，控制传送带停止，装料，计时，计数。装料结束后，车箱继续向右运动，当第3个传感器检测到车箱到达时，车箱停止，卸料并计时。到达规定时间后，传送带反转，车箱向左运动。当第1个传感器检测到车箱到达时，传送带停止。

PLC控制器的逻辑运算功能在Multisim 9.0环境中通过子电路的梯形图程序实现。硬件电路设计的具体步骤如下:

1)选择输入设备。其中，按钮A(通常分为常开无自锁按钮和常开有自锁按钮2种)为起动键，按钮B为停止键，CNT为计数传感器，PS1，PS2，PS3分别为1，2，3处的传感器。

2)选择输入模块。选择控制电压为5 V的模块。

3)选择输出模块。选择控制电压为5 V的模块。

4)确定输出设备。其中，FWD为设备电机正转起动端子，REV为设备电机反转起动端子，STOP为设备电机停止端子，DROP为供料箱供料端子。

5)将输入设备各端子与输入模块相应的输入端进行连接，将输出设备各端子与输出模块相应的输出端进行连接。

创建后的PLC控制的传送带控制系统硬件连接如图2所示。

图2 PLC控制的传送带控制系统硬件连接图

从图2看，输入、输出模块相互隔离，实际上，输入、输出模块是通过子电路中的PLC梯形图程序连接的，仿真软件已经进行了内部设置，在仿真中不用考虑这一点。

2.2 软件(PLC梯形图控制程序)设计

在Multisim 9.0环境中，在主电路界面建立子电路，在子电路中编制梯形图程序。梯形图程序通常涉及输人触点(X)、中间继电器(M)、输出继电器(Y)、定时器(T)、计数器(C)等部件的应用。注意输入触点必须与PLC输入模块的地址对应，输出继电器必须与PLC输出模块的地址对应，否则，系统将不响应。

按传送带控制系统的设计要求和实际模型，设计传送带控制系统的顺序功能图，如图3所示。按照顺序功能图编写梯形图控制程序，如图4所示。

图3 传送带控制系统的顺序功能图

2.3 系统仿真分析

在Multisim 9.0环境中单击运行按钮，即可进行现场实时仿真，观察仿真效果。本例中，A键为起动键，B键为停止键。该软件的优点是可以随时对程 序进行修改，仿真调试过程如图5所示。

图4 传送带控制系统的梯形图

图5 仿真调试过程

3 结束语

笔者将Multisim 9.0仿真软件引入到PLC的教学中，通过模拟的场景，学生在高仿真环境下接线实验，查找问题，为真实环境下的接线操作打下了良好基础。引入Multisim 9.0仿真软件不仅可以激发学生的学习兴趣，而且能取得意想不到的教学效果。

［1］周金球，贺秀良.Multisim软件在PLC教学中的应用［J］.北华航天工业学院学报，2008(7):10－12.

［2］从宏寿，程卫群，李绍铭.Multisim 8仿真与应用实例开发［M］.北京:清华大学出版社，2007:5－6.

［3］林晓鹏.基于Multisim的三相电路仿真［J］.现代电子技术，2006(14):131－133.

［4］谢海良，齐伟民.基于Muhisim 9.0的单管放大电路分析［J］.世界科技研究与发展，2008(1):46－48.

［5］路红.虚拟电子实验室［M］.北京:人民邮电出版社，2005:10－15.

［6］熊伟，侯传教，梁清，等.Multisim 7电路设计及仿真应用［M］.北京:清华大学出版社，2005:8－9.