基于組態軟件的機床控制線路仿真實訓系統

董躍武 郭連升 董瑞情

摘 要：介紹了“機床線路安裝與檢修實訓”仿真模擬系統的基本原理，從實用角度分析了該系統實現安裝接線與故障檢測功能的仿真模擬策略，對于“機床線路安裝與檢修實訓”項目學員的實訓及考核具有重要意義。

關鍵詞：仿真模擬技術;機床線路;PLC;組態軟件;仿真模擬操作

0 引言

“機床線路安裝與檢修實訓”項目是學員在維修電工培訓中較難掌握的內容，機床線路安裝復雜，實踐性非常強，要通過大量實訓才能達到理想的學習效果。“基于PLC與組態軟件的機床控制線路實訓仿真系統”利用軟件模擬實訓裝置，讓學員利用軟件即可實現基本控制線路和典型機床線路的安裝接線及故障檢測操作，在節約材料的同時可達到實訓效果。

1 實訓仿真系統原理

1.1? ? 系統原理及硬件組成

本套實訓仿真系統的硬件組成包括上位PC機、可編程序控制器（PLC）、輸入控制按鈕（開始按鈕、復位按鈕）、故障選擇編碼盤、雙色指示燈（綠燈、紅燈）和顯示屏（時間、分數）等。系統總體設計方案如圖1所示。

1.2? ? 組態軟件的特點及選用

實訓仿真系統采用組態軟件與PLC相結合的形式，即以PC機為平臺，安裝組態軟件，開發一套仿真軟件系統，再與PLC配合，實現機床控制線路仿真模擬接線及故障檢測功能。

組態軟件是數據采集與過程控制的專用軟件，在自動控制系統監控層級的軟件平臺和開發環境下，能以靈活多樣的組態方式（而不是編程方式），提供良好的用戶開發界面和簡捷的使用方法，其預設置的各種軟件模塊可以極易實現和完成監控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O設備，與可靠的工控計算機和網絡系統結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統集成。

組態軟件具有使用簡單，運行可靠，可提供數據采集設備的驅動程序和自動化應用系統所需的組件，圖形設計工具強大等特點。目前，國際上較知名的監控組態軟件有Fix、Intouch、Wincc、LabView、Citech等。

本方案選用的力控監控組態軟件（ForceControl）是一個面向方案的HMI/SCADA平臺軟件。分布式實時多數據庫系統，可提供訪問工廠和企業系統數據的一個公共入口。內置TCP/IP協議的網絡服務程序使用戶可以充分利用Intranet或其網絡資源。

2 仿真系統安裝接線功能的模擬實現

利用仿真系統的“模擬接線”功能在仿真接線板上完成元器件之間的連接。模擬仿真接線板與實際的接線板完全對應，界面直觀、簡單、易操作。根據接線圖，利用組態軟件對每個接線點進行編號，對相同編號的接線點間的接線進行編程設定，使得鼠標連續點擊兩個相同編號的接線點時可顯現連接線，即連接正確，此時學員可繼續其他接線點的連接。當鼠標連續點擊兩個不同編號的接線點時不顯現連接線，即連接錯誤，此時學員必須重新連接，若是考核則系統自動扣分。學員使用時，只需用鼠標點擊元器件的接線點即可完成連接。

3 仿真系統故障檢測功能的模擬實現

仿真系統故障檢測功能的實現是利用組態軟件中的繪圖功能完成所需仿真的故障接線板、故障選擇按鈕和電池燈，并編程使它們之間建立特定的聯系。首先，由教師設定各仿真故障接線板中的故障現象;然后，對各仿真故障接線板中的各個接線點和元器件進行編程，設定它們對應的所有故障條;最后，對可編程控制器進行硬件連接，并編程實現對硬件的控制。

作為下位機的可編程控制器，主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖2所示。其程序的編寫采用西門子可編程序控制器S7-200專用編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6完成。學員只需利用該編程軟件編寫相應的程序即可。

上位機PC通過安裝組態軟件與PLC建立聯系，使得外部按鈕可以控制故障選擇。數據庫是從I/O驅動程序中獲取過程數據的，而數據庫同時可以與多個I/O驅動程序進行通信，一個I/O驅動程序也可以連接一個或多個設備。下面介紹如何創建I/O設備。

（1）在Draw導航器中雙擊“實時數據庫”項使其展開，選擇“I/O設備驅動”項使其展開，選擇“PLC”項雙擊使其展開，選擇廠商名并雙擊，選擇項目雙擊并按照創建I/O設備指示（圖3）進行定義。

（2）單擊“完成”按鈕返回，在項目下面增加了一項“PLC001”，如果要對I/O設備“PLC001”的配置進行修改，雙擊項目“PLC001”，會再次出現PLC001的“I/O設備定義”對話框。若要刪除I/O設備“PLC001”，用鼠標右鍵單擊項目“PLC001”，在彈出的右鍵菜單中選擇“刪除”。創建名為“PLC001”的I/O設備后，建立數據連接，將已經創建的多個數據庫點與PLC聯系起來，使這些點的PV參數值能與I/O設備和PLC進行實時數據交換，由于數據庫可以與多個I/O設備進行數據交換，所以必須指定哪些點與哪個I/O設備建立數據連接。

4 結語

機床培訓中有的項目較抽象，單純靠學員理解不容易掌握其中要領，“機床控制線路實訓仿真系統”可化繁為簡，形象、直觀地模擬現場操作場景。學員通過本仿真模擬系統的學習，在不消耗材料的條件下，為學員短時間、高效率掌握各種機床控制線路的安裝接線及故障檢測能力開辟了一條學習的新途徑，類似的模擬仿真軟件作為重要的培訓工具和手段必將得到越來越廣泛的應用。

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[4] 向曉漢.西門子S7-200 PLC完全精通教程[M].北京：化學工業出版社，2013.

收稿日期：2019-11-13

作者簡介：董躍武（1978—），男，河北滄州人，工程師，研究方向：機電設備安裝與自動控制。