組態(tài)軟件在PLC實踐教學中的應用

1、組態(tài)軟件在PLC實踐教學中的應用江蘇省鹽城技師學院電氣工程系 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實踐教學中的應用。運用組態(tài)軟件制成液體攪拌系統(tǒng)圖形仿真系統(tǒng)，與PLC連接模擬生產設備的實際運行，將抽象的梯形圖邏輯運算與現實設備的動態(tài)運行進行有機聯系，解決了PLC實踐教學中學生抽象與現實的思維鴻溝。 關鍵詞：容器罐 組態(tài)軟件 PLC 鴻溝一、PLC梯形圖編程解決了計算機技術與傳統(tǒng)電氣控制技術之間的鴻溝圖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（簡稱PLC）教學中比較典型的編程練習例子。自2004年承擔PLC教學任務以來，我一直啟發(fā)、教導學生用計算機梯形

2、圖語言編程。因為，該編程語言以計算機軟件技術構成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨具風格的以梯形圖為基礎的形象編程語言，而梯形圖符號和定義與常規(guī)繼電器展開圖完全一致，電氣工程人員使用起來得心應手，不存在計算機技術與傳統(tǒng)電氣控制技術之間的專業(yè)鴻溝，了解了PLC簡要工作原理及其編程技術之后，即可結合實際需要進行PLC控制系統(tǒng)的應用。 二、運用PLC梯形圖編程調試時，仍會遇到抽象的梯形圖邏輯運算與現實的生產設備運行動態(tài)之間在思維上的鴻溝從幾年教學中，我發(fā)現學生在學完工廠電氣控制設備、電力拖動控制線路課程后，經很短時間的培訓就可掌握從繼電器電氣線路圖轉換成PLC梯形圖程序及諸如“電機正反轉”、

3、“Y降壓啟動”等簡單控制系統(tǒng)的編程，但對于液體攪拌系統(tǒng)、車床運轉、電梯、自動售貨機等略復雜的控制系統(tǒng)編程，時常是編寫完程序后自認為十分嚴密、完美，可一到調試運行時，卻無法從監(jiān)控的梯形圖所反映的開關與繼電器狀態(tài)判斷出程序的邏輯關系是否符合控制要求，出現問題時同樣判斷不出是哪一段的邏輯運算出錯。這就是學生在學習中遇到的又一道鴻溝，即抽象的梯形圖邏輯運算與現實的生產設備運行動態(tài)之間的思維鴻溝。這一障礙較嚴重地制約著學生PLC編程的學習，是PLC實踐教學中一個亟待解決的問題。三、嘗試運用多種方法“填溝”在幾年的教學實踐中，我一直探索著如何在PLC控制系統(tǒng)編程上將控制設備的邏輯動作進行直觀化。起初，我借

4、鑒PLC實驗臺上的控制模板，在模板上有設備的工藝流程圖，并鑲入指示燈及開關，接上對應的PLC輸出、輸入接口組成模擬調試系統(tǒng)。此法在顯示方法上有較大的改進，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)變化表現為工藝設備的狀態(tài)變化，使學生準確地、直觀地了解程序運行中設備的運轉情況。但此法也有不足，無法展示設備一些模擬量的動態(tài)變化，如容器罐的液位變化。有鑒于此，我在教學中遇到“機械手”這一課題時，常利用自動化生產線（MPS）中第二單元的機械手進行編程調試教學。結果，在隨后的學習過程中，學生普遍反映感覺很好，連以前害怕被笑稱“編程弱智”的女生也敢于一試?？傮w而言，此種調試方法

5、最貼近工廠實際生產設備的工作情況，編寫、調試出來的程序也最具實用性和可靠性。美中不足的是，購買或制作一個實物教學模型并非容易之事，需要大量資金作支撐。此后，我又嘗試運用計算機制作圖像和動畫取代工藝流程圖像板，期間試過運用Photoshop等圖形制作軟件制作設備運行動畫，但無法與PLC進行通信來驅動圖形作動畫運行。后來我從有關計算機技術人員處咨詢得知，若要從外界控制畫面圖形作動畫運行，就必須使用高級語言作大量編程，而這并非一個人的能力所能完成，更非一個不精通計算機技術的人所能做到。2005年的暑期培訓中，我學習了組態(tài)軟件在自動化控制系統(tǒng)中的應用，由此觸發(fā)了靈感，萌生了用組態(tài)軟件制作仿真設備來模擬

6、工藝設備的運行以進行PLC梯形圖程序調試的設想。四、制作組態(tài)系統(tǒng)，試驗“填溝”的具體過程液體攪拌控制系統(tǒng)由裝有力控組態(tài)軟件的計算機、PLC、輸入開關設備（控制開關）、輸出設備組成，如圖2所示：圖2 系統(tǒng)結構圖該系統(tǒng)是通過RS232422適配器和電纜使力控與PLC直接進行通訊，使PLC程序的執(zhí)行情況實時、直觀地在電腦畫面上顯示出來。液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)選用北京力控公司的力控軟件設計制作。該軟件由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分組成，工程組態(tài)系統(tǒng)一般先在開發(fā)系統(tǒng)中設計制作完畢，然后在運行系統(tǒng)中運行。液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)主要制作過程如下：第一步，在工程瀏覽器中建立液體攪拌系統(tǒng)工程項目。第二步，在畫面開發(fā)界面的圖庫中

7、調出容器罐、管道、電磁閥、電動泵等素材組成液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)的基本畫面，再運用繪畫工具修飾制作容器罐和管道的剖面效果。第三步，在設備配置中定義松下電工FP1系列PLC的通信設置，具體內容如圖3所示：圖3 設備定義向導第四步，在數據庫數據字典中定義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 變量屬性設置第五步，在命令語言中定義液體攪拌組態(tài)系統(tǒng)啟動、運行、停止時變量的狀態(tài)和一些運算關系。具體內容如下：運行命令：IF water>=88 THENMIDDLE.PV=1;else MIDDLE.PV=0;ENDIF/最上位置控制器的動作IF water>=188

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

9、畫連接。例如，若要容器罐液位隨PLC程序的執(zhí)行而動態(tài)變化，則容器罐的動畫效果設定為“填充效果”，動畫條件設定為“容器罐液位”。最后一步，在運行系統(tǒng)中試運行。以上種種組態(tài)制作通常是用問答式填表方法來完成變量的設置，所用圖形直接從圖庫中調出即可，大大節(jié)省了編程開發(fā)的工作量，使組態(tài)軟件既易于學習又易于使用。也就是說，組態(tài)軟件系統(tǒng)能有效填平抽象與現實之間的思維鴻溝。但另一方面，這要求組態(tài)圖形系統(tǒng)的開發(fā)者必須熟悉PLC的編程和通信，了解C語言的一般格式和運算符功能，掌握數據庫處理數據的模式，有美術功底則更能勝任。五、結束語將組態(tài)軟件應用于PLC實踐教學是教學改革的一個嘗試，也是PLC模擬仿真教學的必然趨勢。它不僅豐富了PLC教學手段，而且有效填平了抽象與現實之間的思維鴻溝。我們現在所面臨的問題是如何利用組態(tài)軟件構建和諧的PLC一體化教學平臺，目的是激發(fā)學