基于組態軟件的電氣控制實驗平臺的設計與實現

楊勝利

摘 要：本文圍繞組態軟件的電氣控制實驗平臺的設計和實現展開論述，采用實際系統設計案例分析的方法，對組態軟件系統下的電氣控制實驗平臺的組成部分，包括數據采集、現場總線、數據傳輸、數據處理分析、設備運行監控、遠程控制等進行論證。提出現代智能控制技術基礎上的電氣控制平臺經過數據控制模塊的設計思路，力求實現對現場設備的控制，符合相關設備運行的工藝要求。

關鍵詞：電氣控制；實驗平臺；組態軟件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.133

電氣控制綜合實驗平臺，利用到多個學科領域的基礎技術和知識，如電氣自動化、計算機學科、PLC變頻控制等。是一項綜合性和實用性較高的實驗。從傳統的單一設備實驗轉變為以機床電氣控制為主的機床電氣控制。內部包含繼電器、接觸器硬件接線等，改變了固定實驗內容的功能單一的缺陷。通過引入工控行業中的可編程序控制器PLC，傳感檢測等設備，為學習人員構建了仿真的工控系統平臺。

1 實驗臺原理以及結構

（1）實驗臺的結構中，包含了控制系統的理論模型，其中系統輸入和控制部分采用了系統元件加以構成。控制部分分為開環和閉環系統兩類。

設備的電氣控制系統包括了執行機構、邏輯控制以及輸入設備三部分。對于實際的生產機械和設備的運行情況，采用閉環控制的方法，對于現場信號加以輸送，包含了開關、按鈕、繼電器、接觸器等，裝置有傳感器等。邏輯控制部分包含了數據轉換、處理功能，針對輸入信號加以控制，轉換后的控制信號將執行機構加以控制，通過PLC編程實現了繼電器和接觸器線路之間的搭建，能夠直接使用電磁閥、變頻器、直流控制器等進行驅動負載。

（2）基于組態軟件的實驗臺，控制系統較為復雜，先利用仿真軟件對控制系統的各種運行狀態加以方針，根據實際情況制定出控制方案，例如MCGS等仿真軟件都是較為常見的且經過驗證的最佳的控制方案[1]。

根據電氣控制系統的原理，構建好實驗臺之后，將實驗系統加以分組，一組為執行部分，包括接觸器、變頻器，一組是按鈕、開關、指示燈等，一組是控制部分，包括PLC、接觸器系統等。控制的對象包含了顯示器、電機、機床動力頭等等。

基于組態軟件的電氣控制實驗，裝置主要包括三個組成部分：

第一是電氣控制，以繼電器、接觸器為主要構成，首先要選擇接觸器、繼電器等電器元件，然后進行接線盒布線，經過調試后完成了基本的繼電器和接觸器的邏輯控制線路。電動機的降壓啟動、正反轉、順序啟動等各自有不同的控制要求，總的來說要執行機床的往復運動。

第二是基于PLC和變頻器的電機控制，通過計算機中的PLC編程軟件，完成程序的設計后，構建器軟件、硬件之間的連接，通過電機相關量的檢測裝置，包括電流表、編碼器等，對電氣的運行實行閉環控制和監控。

第三是利用組態軟件，如MCGS等，使用PLC應用技術完成電氣控制的仿真，其中的觸點、開關、接觸器線圈等的邏輯關系均要進行仿真的控制。仿真的畫面中，要對顯示控制面板進行真實的仿真，例如使用不同的顏色進行導線、繼電器線圈等的區別，連接器PLC和組態軟件，動態顯示開關、接觸器的器件的畫面等等，實現PLC的控制功能。然后經過實驗平臺的基本機構原型的搭建，得到了系統的擴張和開放性的運作模式，在這個過程中，為了使得功能模塊和執行部件能夠更好的實現功能，還可以增加電氣元件[2]。

2 設計實例分析

以某項電氣控制綜合實驗平臺的仿真設計為例，該實驗平臺，組成部分包括了PLC、變頻器、執行元件以及控制面板、電路接線面板等等。PLC為歐姆龍公司的系列產品，具有模擬量輸出輸入的功能，能夠進行4點開關量的I/0輸出輸入。變頻器為歐姆龍公司的開環矢量控制型變頻器。可以實現無傳感器矢量控制的強大轉矩要求。另外，為了能夠實現與可編程控制器PLC等上位機的連接，還搭載了RS485等軟件，配備了串行通信接口、標準USB端口，以完成通信系統的設計。利用上位機與USB端口進行通信，并實現變頻器與選件之間的通信。

經過對電氣元件的位置的設計，采用網孔板形式的電路接線面板，為學習者提供的設計控制空間較大，包含了各種按鈕以及實驗臺上的控制面板的指示燈，多種顏色額指示燈指向的是操作指示和操作，通過執行元件工作臺，能夠對三相異步電機、步進電機、伺服電機等機床動力裝置進行運行[3]。

采用歐姆龍公司的編程軟件，PLC程序設計的系統較為復雜，因此利用組態軟件MCGS能夠更好地對PLC應用技術和電氣控制技術進行仿真。

3 基于組態軟件的電氣控制實驗平臺的裝置特點

（1）采用基于組態軟件的電氣控制實驗平臺的方式，具有很強的實踐性。學習者能夠在實驗平臺上獲得真實的電氣運行模型的操作技術的練習機會。而且能夠直觀地看到電機、機械動力滑臺以及模擬機床動力滑臺的運轉過程，加大對電器、電氣元件的認識，親自進行組裝和接線，在操作中獲得對各類自動化裝置結構和工作原理的知識。

在實際操作中，學習者能夠大大提高解決實際問題的能力，提高自身的動手能力，對電機控制原理熟悉后，完成線路的繪制的連接工作，觀察電機的運行情況[4]。

（2）通過基于組態軟件的電氣控制實驗平臺的設計，學生能夠對不同實驗要求進行分析，涉獵到廣泛的電機實驗內容，對于電機控制系統的功能有所了解。經過在電機實驗平臺上的操作之后，學習者增強了電氣控制系統的技術素養，提高了創新能力，可以將實驗裝置中的控制系統的設計和方針，應用到工程實踐中去。

4 結語

經過成功設計電氣控制綜合實驗平臺，現代化電氣控制綜合技術實力將大大提高。學習者均能在實驗臺上自主設計并且調試出PLC應用程序，組建電氣控制線路。通過實際的控制效果的直觀感受，學習者得到了教學和科研的最佳平臺。

參考文獻：

[1]王均珂.多熱源熱水工程能源監控管理系統及運行策略研究[D].山東科技大學，2015.

[2]劉宏達，徐穎，王科俊等.電氣控制綜合實驗平臺設計與探索[J].實驗技術與管理，2016，33（05）：69-73，77.

[3]劉宏達，張國堃，張文義等.基于翻轉課堂模式的電氣控制綜合實驗課程設計[J].實驗技術與管理，2017，34（03）：165-169.

[4]楊風開，徐慧平.開放式單片機電氣控制綜合實驗教學平臺[J].中國電力教育，2012，（27）：89-90.