組態軟件在PLC課程教學中的應用

李明海

【摘 要】本文對組態軟件的功能進行了分析，以機械手控制系統為例，利用組態軟件開發PLC課程教學所需要的動態模擬被控對象，以取代價格昂貴的實物模型，可大大節省成本，而且畫面直觀，調試方便，能有效提高學生的興趣、編程技巧和動手能力，提升PLC課程的教學效果，并能提供學生工程實踐經驗，達到全方位教學的目的。

【關鍵詞】PLC（可編程控制器）；組態軟件；仿真

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2016）14-0100-03

一、引言

PLC即可編程控制器，具有體積小、抗干擾能力強、可靠性高等優點，已經成為工業及相關領域中發展最快、應用最廣的工業控制裝置。現代工業企業迫切需要PLC的專業技術人才。在這種需求形勢下，PLC已成為機電一體化技術、自動化的專業核心課程之一，是一門實用性、工程性和綜合性很強的專業課。

在實際工程中，PLC輸出的負載一般都接有接觸器、電磁閥、繼電器。但是，在“PLC工業控制”課程教學中，我們的實驗板只能使用發光二極管代替實物，并在實驗板上觀察最后輸出的運行結果，而且實驗臺上能做的實驗不多。這導致我們學生雖然學會了編程，但到了工業現場卻不會接線。這種教學方式缺乏直觀性，且實驗方法單調枯燥，學生學習興趣不高，實驗效果不理想，極大影響了學生參與實踐的積極性及動手能力。

為了緩解上述矛盾，PLC課程教學把組態軟件使用到其中，利用組態軟件仿真PLC的被控對象。組態軟件可以接受PLC發出的控制信號，并按照組態軟件中程序的算法以動畫等形式在計算機屏幕上反映出PLC對被控對象的控制過程及結果。利用組態軟件仿真模擬被控對象，就可以實現有限的設備多樣化的設計，從而豐富學生的PLC課程內容。

二、組態王軟件

亞控科技公司開發的組態軟件——組態王，是一種通用的工業監控軟件，它融過程控制設計、現場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業內部的各種生產系統和應用以及信息交流匯集在一起，實現最優化管理。軟件由工程瀏覽器（Touch Explorer）、工程管理器（Proj Manager）和畫面運行系統（Touch View）三部分組成。

工程管理器內嵌畫面管理系統，用于新工程的創建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復以及實現數據詞典的導入和導出等功能。工程瀏覽器是一個工程開發設計工具，用于創建監控畫面、監控的設備及相關變量、動畫連接、命令語言以及設定運行系統配置等的系統組態工具。運行系統是工程運行畫面，從采集設備中獲得通訊數據，并依據工程瀏覽器的動畫設計顯示動態畫面，實現人與控制設備的相互交互。

三、機械手控制系統的設計

本文以西門子公司的S7-200 PLC為下位機，結合機械手控制系統的PLC控制實例，在機械手的PLC編程已完成的基礎上介紹組態王軟件完成對機械手仿真、監控和通信等的應用。

控制要求：如圖1，按起動后，傳送帶A運行，直到按一下光電開關才停止，同時機械手下降。下降到位后機械手夾緊物體，2s后開始上升，而機械手保持夾緊。上升到位左轉，左轉到位下降，下降到位機械手松開，2s后機械手上升。上升到位后，傳送帶B開始運行，同時機械手右轉，右轉到位，傳送帶B停止，此時傳送帶A運行，直到按一下光電開關才完成一次循環。

1. 靜態畫面的制作

仿真畫面需要的圖像可以運用組態工程界面的畫圖工具自行按照控制對象制作，所需的指示燈、按鈕、控制方式、選擇開關等，可直接從組態軟件的圖庫中選擇相應的圖形，圖庫中提供了多種工業設備的圖形符號，為仿真畫面的創建提供了方便。按照控制系統的要求，制作出了如圖2所示畫面。

2. 連接和定義外部硬件設備

連接和定義外部硬件是確定數據來源于I/O設備的過程，I/O設備的含義是指在控制系統中完成數據采集與控制過程的物理設備，如PLC、智能模塊、板卡等。本項目中通過工程瀏覽器中用“設備配置向導”對話框，根據實際的硬件設備選擇PLC，如圖3所示，并進行相應的設置。

3. 實時數據庫的建立

數據庫是組態王軟件最核心的部分，在機械手控制中擔任和PLC中I/O設備的實時數據交換的重任。在系統運行時，機械手現場的工作狀況要以動畫的形式反映在顯示屏上，操作者在計算機上發布的指令也要迅速送達工作現場，所有這一切都是以實時數據庫為中介環節，所以說數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。

數據庫中數據變量由“數據詞典”進入設置。數據詞典數據變量總體可分為兩種：一種是內存變量，另一種是I/O變量。內存變量是處理需要而設定的一種變量，在組態軟件中自行存儲，不參與PLC的I/O運行，但參與監控畫面中的動作。而I/O變量是和外界硬件設備和PLC內部變量相關聯的變量。圖4是根據機械手I/O分配表和PLC內部變量建立在數據庫中的I/O變量。

4. 定義動畫連接

“動畫連接”就是建立仿真監控畫面中圖素與數據庫變量的對應關系，可以由表達式連接I/O接口。PLC中I/O變量變化，就會引起實時數據庫中變量的變化，并在畫面上反映出來，實現了機械手的實時監控和動態顯示功能。圖5是機械手下降垂直動作的設置畫面。

5. 命令語言

組態王除了定義動畫連接時支持連接表達式，還允許用戶編寫命令語言來擴展應用程序的功能，極大地增強了應用程序的可用性。

命令語言的格式類似C語言的格式，用戶只要按照規范編寫程序段即可。按照機械手工序的控制要求，編寫命令語言可以完場上位機控制操作。例如下面是顯示傳送物體以及夾緊下降的部分程序。

if（＼＼本站點＼光電開關PS==1）

{ ＼＼本站點＼物體A顯示=1；}

if（（＼＼本站點＼下降YV2==1）&&（＼＼本站點＼夾緊YV5==0））

{ if（＼＼本站點＼下降參數<10）

{ ＼＼本站點＼下降參數=＼＼本站點＼下降參數+1； }}

6. 運行系統

當完成以上的工作后，就可以與PLC聯機試運行。將組態畫面進入“切換到View”后，上位機切換到運行系統畫面。按下PLC的啟動按鈕，就可以觀察到機械手的每一步運行過程。圖6所示為機械手右轉后的畫面。

四、結束語

組態軟件結合PLC投入教學使用后，增加了課程的趣味性，形象生動地展示了實訓室欠缺模型對象的控制過程仿真。教學實踐證明，將組態軟件應用于PLC實踐教學中是切實可行的，并且能取得良好的教學效果。學生對PLC課程的興趣明顯提高， 有助于提高動手能力，創新思維得到充分發揮。比如上述機械手控制系統，學生可以增加搬運工件數量的統計功能，在組態界面加上搬運的工件實時統計數量，并動態地顯示。

參考文獻：

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[3] 時謙，李雪蓮，管曉虎.基于組態王軟件在PLC實驗教學中的研究[J].現代商貿工業，2012，（22）：133-134.

（編輯：王春蘭）