基于Smart Panel的PLC實驗教學改革

廣東技術師范學院天河學院 陶 肖

基于Smart Panel的PLC實驗教學改革

廣東技術師范學院天河學院 陶 肖

隨著工業生產和制造過程可控性、可視性程度越來越高，可編程序控制器與人機界面的應用日益廣泛。為適應工控行業的發展，電氣控制與PLC課程的實驗教學環節也需進行相應的調整。本文將探討西門子Smart Panel人機界面在PLC實驗教學過程中的應用，增強學生對人機界面及組態的了解，提高其實際動手能力。

PLC 組態 人機界面

電氣控制與PLC課程包括電氣控制技術和可編程序控制技術兩部分。電氣控制技術主要介紹常用低壓控制電器的類型、作用、典型控制線路等；可編程序控制技術主要介紹可編程序控制器（Programmable Logical Controller，PLC）的組成、指令系統、典型應用等。該課程不僅具有一定的理論要求，而且具有較強的實踐性，實驗及課程設計等實踐環節在課程教學中占有非常重要的位置。現有PLC實驗主要以PLC編程及其簡單控制線路為主，甚少涉及人機界面（Human Machine Interface，HMI）的使用，而實際工業自動化控制系統中HMI的應用非常廣泛，為適應社會需求需增加相關內容，培養學生通過HMI及PLC進行系統控制、監測及維護的能力。

一、Smart Line人機界面介紹

我國低端人機界面用戶占有量較大，國產品牌在國內占據了低端市場的優勢地位，國際品牌也在逐漸研發其經濟型產品，以搶占低端市場的份額。SIMATIC精彩系列面板（Smart Line）就是西門子公司順應我國低端人機界面市場需求推出的，其不僅提供了人機界面的標準功能，而且經濟適用性價比高，并可與S7-200 PLC組成完美的自動化控制與人機交互平臺。

Smart Line具有以下特點：①顯示屏分辨率高，并采用LED背光設計，節能降耗；②支持多種通訊方式；③處理器性能高、外部總線傳輸速度快；④ESD、RS等關鍵指標比國際標準（IEC）提高了50%，并已通過CE認證；⑤先進的故障分析模式；⑥可靠的電源設計。

二、WinCC flexible軟件介紹

Smart Panel要求使用WinCC flexible 2008 SP4 CHINA版進行組態。該軟件界面簡單直觀、功能強大、應用靈活且智能高效，非常適合機械設備或生產線中人機界面的應用。

隨著Smart Line的發布，WinCC flexible的軟件功能也得到了進一步的加強：①可集中進行變量的管理；②支持各類型報警；③豐富的畫面對象庫；④豐富的動畫效果簡單生成方式；⑤高效、智能的組態方式；⑥多語言組態；⑦輕松的項目更新與維護。

三、實驗教學改革內容

現有PLC實驗室配置了編程電腦及帶有S7-200 PLC主體、按鈕、指示燈等的實驗臺，可進行PLC實際應用模擬實驗，但無法表現項目系統的運行過程，缺乏直觀性。另，實際生產使用的設備往往價格高、占地面積大、操作單一、維護困難。由于資金、設備和場地受限，PLC實驗教學與實際應用還是有較大差距。增加HMI部分后，可通過組態進行設備操作過程的模擬，觀察記錄數據變化情況，也可通過面板控制系統操作形式、改變參數設置等。具體實驗步驟及內容如下：

1.方案設計

根據實驗要求分析系統控制過程，確定系統控制結構，分配I/O地址等。

2.PLC程序設計

使用STEP7-Micro/WIN軟件進行編程，編譯無誤后將程序下載至PLC中，連接控制線路并進行調試。

3.組態設計

（1）創建項目。在WinCC flexible 2008 SP4中文版初始界面可通過向導創建項目，進入項目設置及組件選型。

（2）定義變量。變量是PLC與HMI使用過程值的數據交換。在變量管理器界面創建指向特定PLC地址的變量，并設置屬性。Smart Panel可從已定義地址讀取該值并顯示出來，也可觸屏輸入要寫入PLC地址的值。

（3）制作畫面。將需要用于表示操作過程或需監控的對象插入到畫面，并根據過程要求對其進行組態。畫面包括靜態和動態元素：靜態元素在運行時狀態不改變，而動態元素會根據過程改變它們的狀態。具體對象可通過工具欄選擇，并在屬性窗口設置外觀、動態顯示狀態、變量連接等。

（4）通訊連接。S7-200與Smart Panel通訊采用PPI網絡，Smart Panel設備作為主站分配地址為1， S7-200 為從站，地址為2。

（5）組態仿真。編譯組態畫面，編譯無問題后選擇 “使用仿真器啟動運行系統”即可進入一帶有變量表的模擬運行界面進行仿真。

（6）傳送項目。使用PPI線纜連接PC與Smart Panel，選擇Smart Panel為“Transfer”狀態，同時在WinCC中選擇傳送，兩端通訊成功即開始傳送項目，傳送完成后Smart Panel直接進入組態畫面。

（7）聯機調試。Smart Panel與S7-200通訊同樣采用PPI線纜，啟動Smart Panel，并將S7-200置于運行狀態，通過Smart Panel進行系統控制，檢查是否符合要求。

基于Smart Panel的PLC實驗更具有實用性，控制方式更為簡便，過程監測更加智能化與可視化，系統可靠性、實時操作性更高，通過實驗能使學生對其所學的理論知識進行強化、加深理解，并從中掌握HMI與PLC的使用方法，鍛煉其獨立探索能力。

[1]陳建明．電氣控制與PLC應用[M]．北京:電子工業出版社，2010

[2]張萬英．精彩觸屏明智之選[J]．電氣時代，2011

[3]西門子公司．Smart 700 IE、Smart 1000 IE操作說明[Z]，2013

[4]西門子公司．WinCC flexible 2008軟件手冊[Z]，2008

ISSN2095-6711/Z01-2015-04-0186