基于組態(tài)軟件的PLC實驗室系統(tǒng)建設研究

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720055

摘要：PLC（可編程邏輯控制）屬于電氣工程專修課程之一，其操作性較強，要搭配適合的實驗設施方可保證實驗室教學質(zhì)量。結(jié)合PLC目標特征，實驗設施的采購需許多資金，且后續(xù)設施維養(yǎng)成本較大。本文構(gòu)建了一個基于組態(tài)軟件的PLC實驗室系統(tǒng)，只要少許資金就能解決以上難題，并結(jié)合自動送料小車案例深入分析了系統(tǒng)性能和效率。

關(guān)鍵詞：PLC；實驗室；組態(tài)軟件；性能

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于組態(tài)軟件的PLC實驗室系統(tǒng)的上位機控制層是由計算機和應用軟件組成；現(xiàn)場控制層是由PLC及其監(jiān)控目標組成，其中監(jiān)控目標是根據(jù)組態(tài)軟件仿真模擬。

1.1 硬件系統(tǒng)

任一系統(tǒng)都是由計算機、西門子PLC構(gòu)成，兩者之間的通信是通過RS232/485轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，其硬件連線和系統(tǒng)架構(gòu)圖如下圖所示。

系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 軟件環(huán)境

該系統(tǒng)采用組態(tài)王6.5應用軟件，一般是由界面開發(fā)、運行、工程管理和瀏覽器四部分構(gòu)成。軟件具備如下幾個特征：

（1）用戶界面優(yōu)化，易掌握，易操作；

（2）實時監(jiān)控，可反映相對復雜的工業(yè)現(xiàn)場控制情況，同時分析現(xiàn)場生產(chǎn)的即時數(shù)據(jù)或走勢曲線，支持時間性或事件性的報表輸出和打印，還具備對于報警信息的記憶功能以及腳本二次開發(fā)功能；

（3）具有各種硬件設施的驅(qū)動程序，比如變頻裝置、智能儀表、PLC等等。

2 案例分析

文章結(jié)合自動送料小車案例，詳細分析了系統(tǒng)的實現(xiàn)和運行。

2.1 系統(tǒng)控制需求

在系統(tǒng)運行初期，小車放置在甲處，后限位開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。在啟動系統(tǒng)之后，小車開始行駛，后限位開關(guān)開啟；到乙處后，前限位開關(guān)又被關(guān)閉；乙處上方漏斗開啟進行裝料；小車裝滿后，漏斗關(guān)閉；小車向反方向行駛，前限位開關(guān)開啟；到甲處之后，后限位開關(guān)關(guān)閉，小車進行卸貨處理；如此循環(huán)往復。

在啟用系統(tǒng)停止功能之后，送料小車不會立即停住，只有在工作周期性結(jié)束之后，才會停止于初始狀態(tài)。

2.2 組態(tài)軟件的運用

組態(tài)軟件的運用是模擬仿真PLC送料小車，主要實現(xiàn)以下幾點：

（1）實現(xiàn)通信，在組態(tài)王中設置設施狀態(tài)，實現(xiàn)上下位機的信息傳遞；

（2）設計良好的組態(tài)人機界面；

（3）腳本編程、動畫效果，該系統(tǒng)的腳本編程是保證界面與初始狀態(tài)、變量、PLC等信息交換，動畫效果包括送料小車行駛情況、限位開關(guān)狀態(tài)、裝卸料過程。

該系統(tǒng)的目標控制過程相對簡單且有律可循，采取順序編程方式比較合理。

2.3 系統(tǒng)整體運行分析

PLC運行程序之后，在組態(tài)軟件環(huán)境下，送料小車可根據(jù)程序及時做出反應，計算準確、分析精準。用戶界面顯示了送料小車的工作情況，畫質(zhì)清楚，延遲性較低。系統(tǒng)具體功能有：

（1）信號傳遞實時、準確。通過向PLC發(fā)出輸入信號，啟動、暫停系統(tǒng)以及開啟或關(guān)閉限位開關(guān)；向PLC發(fā)出輸出信號，完成驅(qū)動小車前進、倒退和車門開啟、關(guān)閉等動作指令。

（2）控制目標狀態(tài)情況真實，可直接顯示PLC程序運行。小車在程序運行情況下，可根據(jù)要求和進度做出指定動作，直觀反映PLC控制目標。系統(tǒng)調(diào)試人員可根據(jù)小車形式情況了解程序運行狀態(tài)。

2.4 系統(tǒng)延伸功能和性能改進

（1）系統(tǒng)延伸功能。在保證系統(tǒng)變量一定的前提下，改變監(jiān)控需求編寫程序，被控目標送料小車根據(jù)新程序完成預期動作，系統(tǒng)正常工作，效果一致。由此可見，系統(tǒng)運行僅僅受到使用者算法影響，并不受仿真部件的作用，實現(xiàn)了預期的運行效果。

（2）性能改進。和傳統(tǒng)實驗教學相比，基于組態(tài)軟件的PLC實驗室系統(tǒng)運用在教學方面性能有以下幾點改進：①模擬效果良好；②編程時間更短；③后續(xù)維護和保養(yǎng)成本少；④安全穩(wěn)定性相對較高；⑤應用范圍更廣泛；⑥環(huán)境影響小燈。

除了送料小車之外，還設計和實現(xiàn)了12個控制仿真模擬系統(tǒng)，應用于實踐效果顯著。

3 結(jié)語

總而言之，基于組態(tài)軟件的PLC實驗室系統(tǒng)模擬仿真PLC控制目標，一方面降低了學校采購大量實驗設施的成本費用，且后續(xù)維護和保養(yǎng)費用較低，另一方面提高了PLC實驗教學的多元性和豐富性，加強教學質(zhì)量和效率。除此之外，該系統(tǒng)還可運用在PLC科研工作中，某種程度提升師生的理論學習和操作能力。而將這種模式運用到生產(chǎn)制造過程之中，將大大提高系統(tǒng)編程效率，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)需求。

參考文獻：

[1]李莉，王東盈.組態(tài)軟件在PLC實驗系統(tǒng)中的應用探討[J].數(shù)字技術(shù)與應用，2016（05）：10.

[2]王超.運用組態(tài)軟件改革PLC實驗教學[J].高師理科學刊，2015（10）：8488.

[3]寇志偉，崔嘯鳴，徐明娜，馬德智，李文軍.基于PLC與觸摸屏的變頻調(diào)速測控系統(tǒng)[J].電機與控制應用，2014（12）： 5760.

[4]陳立勛.基于MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)PLC教學改革[J].職業(yè)，2013（27）：83.

作者簡介：姚奇，導師：李明，農(nóng)業(yè)機械化碩士。