組態(tài)軟件在PLC實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

1、組態(tài)軟件在PLC實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用江蘇省鹽城技師學(xué)院電氣工程系 李建軍摘要：本文以液體攪拌系統(tǒng)為例介紹了組態(tài)軟件在PLC實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。運(yùn)用組態(tài)軟件制成液體攪拌系統(tǒng)圖形仿真系統(tǒng)，與PLC連接模擬生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行，將抽象的梯形圖邏輯運(yùn)算與現(xiàn)實(shí)設(shè)備的動(dòng)態(tài)運(yùn)行進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系，解決了PLC實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生抽象與現(xiàn)實(shí)的思維鴻溝。 關(guān)鍵詞：容器罐 組態(tài)軟件 PLC 鴻溝一、PLC梯形圖編程解決了計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)之間的鴻溝圖1 液體攪拌系統(tǒng)如圖1所示，液體攪拌系統(tǒng)是可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）教學(xué)中比較典型的編程練習(xí)例子。自2004年承擔(dān)PLC教學(xué)任務(wù)以來(lái)，我一直啟發(fā)、教導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算機(jī)梯形

2、圖語(yǔ)言編程。因?yàn)?，該編程語(yǔ)言以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨(dú)具風(fēng)格的以梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言，而梯形圖符號(hào)和定義與常規(guī)繼電器展開(kāi)圖完全一致，電氣工程人員使用起來(lái)得心應(yīng)手，不存在計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)之間的專業(yè)鴻溝，了解了PLC簡(jiǎn)要工作原理及其編程技術(shù)之后，即可結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用。 二、運(yùn)用PLC梯形圖編程調(diào)試時(shí)，仍會(huì)遇到抽象的梯形圖邏輯運(yùn)算與現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)之間在思維上的鴻溝從幾年教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)完工廠電氣控制設(shè)備、電力拖動(dòng)控制線路課程后，經(jīng)很短時(shí)間的培訓(xùn)就可掌握從繼電器電氣線路圖轉(zhuǎn)換成PLC梯形圖程序及諸如“電機(jī)正反轉(zhuǎn)”、

3、“Y降壓?jiǎn)?dòng)”等簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的編程，但對(duì)于液體攪拌系統(tǒng)、車床運(yùn)轉(zhuǎn)、電梯、自動(dòng)售貨機(jī)等略復(fù)雜的控制系統(tǒng)編程，時(shí)常是編寫完程序后自認(rèn)為十分嚴(yán)密、完美，可一到調(diào)試運(yùn)行時(shí)，卻無(wú)法從監(jiān)控的梯形圖所反映的開(kāi)關(guān)與繼電器狀態(tài)判斷出程序的邏輯關(guān)系是否符合控制要求，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)同樣判斷不出是哪一段的邏輯運(yùn)算出錯(cuò)。這就是學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的又一道鴻溝，即抽象的梯形圖邏輯運(yùn)算與現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)之間的思維鴻溝。這一障礙較嚴(yán)重地制約著學(xué)生PLC編程的學(xué)習(xí)，是PLC實(shí)踐教學(xué)中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。三、嘗試運(yùn)用多種方法“填溝”在幾年的教學(xué)實(shí)踐中，我一直探索著如何在PLC控制系統(tǒng)編程上將控制設(shè)備的邏輯動(dòng)作進(jìn)行直觀化。起初，我借

4、鑒PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的控制模板，在模板上有設(shè)備的工藝流程圖，并鑲?cè)胫甘緹艏伴_(kāi)關(guān)，接上對(duì)應(yīng)的PLC輸出、輸入接口組成模擬調(diào)試系統(tǒng)。此法在顯示方法上有較大的改進(jìn)，也是以后組態(tài)系統(tǒng)的雛形，在程序監(jiān)控中已能較直觀地將梯形圖中繼電器的狀態(tài)變化表現(xiàn)為工藝設(shè)備的狀態(tài)變化，使學(xué)生準(zhǔn)確地、直觀地了解程序運(yùn)行中設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。但此法也有不足，無(wú)法展示設(shè)備一些模擬量的動(dòng)態(tài)變化，如容器罐的液位變化。有鑒于此，我在教學(xué)中遇到“機(jī)械手”這一課題時(shí)，常利用自動(dòng)化生產(chǎn)線（MPS）中第二單元的機(jī)械手進(jìn)行編程調(diào)試教學(xué)。結(jié)果，在隨后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映感覺(jué)很好，連以前害怕被笑稱“編程弱智”的女生也敢于一試?？傮w而言，此種調(diào)試方法

5、最貼近工廠實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的工作情況，編寫、調(diào)試出來(lái)的程序也最具實(shí)用性和可靠性。美中不足的是，購(gòu)買或制作一個(gè)實(shí)物教學(xué)模型并非容易之事，需要大量資金作支撐。此后，我又嘗試運(yùn)用計(jì)算機(jī)制作圖像和動(dòng)畫取代工藝流程圖像板，期間試過(guò)運(yùn)用Photoshop等圖形制作軟件制作設(shè)備運(yùn)行動(dòng)畫，但無(wú)法與PLC進(jìn)行通信來(lái)驅(qū)動(dòng)圖形作動(dòng)畫運(yùn)行。后來(lái)我從有關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)人員處咨詢得知，若要從外界控制畫面圖形作動(dòng)畫運(yùn)行，就必須使用高級(jí)語(yǔ)言作大量編程，而這并非一個(gè)人的能力所能完成，更非一個(gè)不精通計(jì)算機(jī)技術(shù)的人所能做到。2005年的暑期培訓(xùn)中，我學(xué)習(xí)了組態(tài)軟件在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，由此觸發(fā)了靈感，萌生了用組態(tài)軟件制作仿真設(shè)備來(lái)模擬

6、工藝設(shè)備的運(yùn)行以進(jìn)行PLC梯形圖程序調(diào)試的設(shè)想。四、制作組態(tài)系統(tǒng)，試驗(yàn)“填溝”的具體過(guò)程液體攪拌控制系統(tǒng)由裝有力控組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)、PLC、輸入開(kāi)關(guān)設(shè)備（控制開(kāi)關(guān)）、輸出設(shè)備組成，如圖2所示：圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)是通過(guò)RS232422適配器和電纜使力控與PLC直接進(jìn)行通訊，使PLC程序的執(zhí)行情況實(shí)時(shí)、直觀地在電腦畫面上顯示出來(lái)。液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)選用北京力控公司的力控軟件設(shè)計(jì)制作。該軟件由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)兩部分組成，工程組態(tài)系統(tǒng)一般先在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)制作完畢，然后在運(yùn)行系統(tǒng)中運(yùn)行。液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)主要制作過(guò)程如下：第一步，在工程瀏覽器中建立液體攪拌系統(tǒng)工程項(xiàng)目。第二步，在畫面開(kāi)發(fā)界面的圖庫(kù)中

7、調(diào)出容器罐、管道、電磁閥、電動(dòng)泵等素材組成液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)的基本畫面，再運(yùn)用繪畫工具修飾制作容器罐和管道的剖面效果。第三步，在設(shè)備配置中定義松下電工FP1系列PLC的通信設(shè)置，具體內(nèi)容如圖3所示：圖3 設(shè)備定義向?qū)У谒牟剑跀?shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)字典中定義I/O變量和中間變量。例如，PLC的輸出變量Y1的定義如圖4所示：圖4 變量屬性設(shè)置第五步，在命令語(yǔ)言中定義液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行、停止時(shí)變量的狀態(tài)和一些運(yùn)算關(guān)系。具體內(nèi)容如下：運(yùn)行命令：IF water>=88 THENMIDDLE.PV=1;else MIDDLE.PV=0;ENDIF/最上位置控制器的動(dòng)作IF water>=188

8、THENUP.PV=1;elseUP.PV=0;ENDIF/最下位置控制器的動(dòng)作IF water>=5 THENDOWN.PV=1;elseDOWN.PV=0;ENDIF/如果閥門1打開(kāi)，則液體高度增加IF KAI2.PV=1 THENwater=water+1;ENDIF/電機(jī)動(dòng)作IF N.PV=1 THENIF turn=1 THENturn=0;elseturn=1;ENDIFENDIF/如果輸出閥門打開(kāi)，則液面降低IF OUT.PV=1 && water>0 THENwater=water-1;ENDIF第六步，返回畫面開(kāi)發(fā)界面，利用已定義的變量設(shè)定畫面的動(dòng)

9、畫連接。例如，若要容器罐液位隨PLC程序的執(zhí)行而動(dòng)態(tài)變化，則容器罐的動(dòng)畫效果設(shè)定為“填充效果”，動(dòng)畫條件設(shè)定為“容器罐液位”。最后一步，在運(yùn)行系統(tǒng)中試運(yùn)行。以上種種組態(tài)制作通常是用問(wèn)答式填表方法來(lái)完成變量的設(shè)置，所用圖形直接從圖庫(kù)中調(diào)出即可，大大節(jié)省了編程開(kāi)發(fā)的工作量，使組態(tài)軟件既易于學(xué)習(xí)又易于使用。也就是說(shuō)，組態(tài)軟件系統(tǒng)能有效填平抽象與現(xiàn)實(shí)之間的思維鴻溝。但另一方面，這要求組態(tài)圖形系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者必須熟悉PLC的編程和通信，了解C語(yǔ)言的一般格式和運(yùn)算符功能，掌握數(shù)據(jù)庫(kù)處理數(shù)據(jù)的模式，有美術(shù)功底則更能勝任。五、結(jié)束語(yǔ)將組態(tài)軟件應(yīng)用于PLC實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)改革的一個(gè)嘗試，也是PLC模擬仿真教學(xué)的必然趨勢(shì)。它不僅豐富了PLC教學(xué)手段，而且有效填平了抽象與現(xiàn)實(shí)之間的思維鴻溝。我們現(xiàn)在所面臨的問(wèn)題是如何利用組態(tài)軟件構(gòu)建和諧的PLC一體化教學(xué)平臺(tái)，目的是激發(fā)學(xué)