MCGS組態(tài)技術(shù)在中職PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

昭通市職業(yè)教育中心 李吳榮

伴隨現(xiàn)階段現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，復(fù)合型技能人才需求量在持續(xù)增加的同時(shí)，作為人才培育的重要場(chǎng)所，中職院校PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)成效近年來(lái)也受到了各界的高度關(guān)注。但縱觀當(dāng)前由于受某些主客觀因素的影響，為彌補(bǔ)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)成效與預(yù)期教學(xué)目標(biāo)之間的差距，將MCGS組態(tài)技術(shù)應(yīng)用其中現(xiàn)已迫在眉睫。鑒于此，本文主要基于PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)MCGS組態(tài)技術(shù)的具體化應(yīng)用展開了系統(tǒng)化剖析，以此在激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，切實(shí)有效地提高中職院校學(xué)生PLC控制系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力。

在現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)規(guī)模和數(shù)量持續(xù)增加的新市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的廣泛應(yīng)用為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)注入了新的動(dòng)力，為全面提高人員的控制系統(tǒng)綜合開發(fā)能力，將MCGS組態(tài)技術(shù)合理化應(yīng)用于中職院校PLC實(shí)訓(xùn)課程中，是現(xiàn)下院校課程教學(xué)改革作出的重要戰(zhàn)略規(guī)劃，實(shí)訓(xùn)課程的有序、有效開展從某方面來(lái)講，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)以及編程能力的提升具有重要意義。

1 現(xiàn)階段PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

對(duì)于PLC來(lái)講，其本質(zhì)上其實(shí)就是由中央處理單位，存儲(chǔ)器以及電源組成的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，伴隨現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，在自動(dòng)化設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，不僅規(guī)避了傳統(tǒng)控制問(wèn)題的頻發(fā)，此外在維持企業(yè)穩(wěn)定性發(fā)展、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)中也發(fā)揮了無(wú)可替代的作用。相比其它控制技術(shù)，靈活性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、便捷性強(qiáng)、性價(jià)比高、系統(tǒng)編程簡(jiǎn)單以及調(diào)試周期短，是PLC控制的顯著特點(diǎn)。作為技能型人才培育的主要場(chǎng)所，近年來(lái)伴隨素質(zhì)教育課程體系改革的不斷完善，PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)成效也受到了各界的高度關(guān)注，可整體來(lái)看當(dāng)下實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)現(xiàn)狀仍不容樂(lè)觀，造成這種問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因有：

1.1 課程知識(shí)直觀性不足

作為現(xiàn)階段電氣自動(dòng)化設(shè)備廣泛應(yīng)用的一種現(xiàn)代技術(shù)手段，PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)成效對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及控制系統(tǒng)綜合開發(fā)能力的培養(yǎng)質(zhì)量具有重要影響。就目前來(lái)看在實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)開展過(guò)程中，編程訓(xùn)練的主要依據(jù)大多是根據(jù)系統(tǒng)控制要求和工藝要求進(jìn)行的，PLC運(yùn)行后學(xué)生只能觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于中間變量和實(shí)訓(xùn)過(guò)程大多知識(shí)感性認(rèn)識(shí)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式化十分嚴(yán)重。

1.2 教學(xué)設(shè)備造價(jià)高昂

在現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)業(yè)時(shí)代背景下，企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程的不斷更新?lián)Q代，在一定程度上也要求各中職院校加快實(shí)訓(xùn)設(shè)備的更新速度，可由于某些設(shè)備的造價(jià)十分高昂以及體積龐大，難以廣泛引進(jìn)實(shí)訓(xùn)室，實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)開展質(zhì)量受到一定影響的同時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性難以被激發(fā)，最終對(duì)學(xué)生的全面化發(fā)展造成了十分不利的影響。

2 中職PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中MCGS組態(tài)技術(shù)的具體化應(yīng)用

相比傳統(tǒng)調(diào)控技術(shù)，MCGS組態(tài)技術(shù)的本質(zhì)是影響計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，將其應(yīng)用到PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中，從某方面來(lái)講不僅能有效地改善傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)存在的不足，與此同時(shí)在激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性以及編程能力等方面也發(fā)揮了重要性作用，對(duì)于實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用了各種成熟且通用的I/O接口設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在進(jìn)行編程設(shè)計(jì)時(shí)避免了具體電路的再設(shè)計(jì)，由此在顯著提高工控系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境組成的MCGS組態(tài)技術(shù)，是近年來(lái)軟件科研機(jī)構(gòu)為快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)的一項(xiàng)現(xiàn)代化控制技術(shù)手段，可在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及時(shí)處理后，將處理數(shù)據(jù)信息以多種形式向用戶展示，將其合理化應(yīng)用到PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中，通過(guò)計(jì)算機(jī)平臺(tái)全真模擬PLC自動(dòng)化控制，以此在有效解決因無(wú)實(shí)際控制對(duì)象及購(gòu)置不足而影響課程教學(xué)質(zhì)量問(wèn)題的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善當(dāng)前整體課程教學(xué)現(xiàn)狀。

2.1 傳統(tǒng)化PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)

設(shè)計(jì)原則：

（1）硬件設(shè)計(jì)原則

就目前來(lái)講，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，硬件設(shè)計(jì)工作開展過(guò)程中，為確保預(yù)期控制作業(yè)目標(biāo)的達(dá)成，工作人員需在秉承著“經(jīng)濟(jì)、可靠以及可擴(kuò)展性”等原則的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照如下作業(yè)：合理選擇PLC機(jī)型的選擇——確定輸入/輸出設(shè)備及圖樣（如接線圖等）——依據(jù)實(shí)況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）軟件設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，硬件設(shè)計(jì)工作是否落實(shí)到位，對(duì)后期各項(xiàng)工作的開展質(zhì)量和效率具有重要影響，此外為確保作業(yè)的規(guī)范化開展，還要保證軟件設(shè)計(jì)工作的規(guī)范化實(shí)施。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需秉承著“可讀性”及“易于操作性”的原則，以確保系統(tǒng)調(diào)控工作的有效性。

（3）設(shè)計(jì)步驟

PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟如圖1所示，具體而言其設(shè)計(jì)流程為“確定方案（全面系統(tǒng)化了解工作過(guò)程及所有功能要求，分析被控對(duì)象控制過(guò)程）——選擇PLC的機(jī)型（依據(jù)控制對(duì)象的輸入量、輸出量、工作電壓輸出功率、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度）——選擇I/O設(shè)備，列出I/O地址分配表——設(shè)計(jì)電氣線路圖——程序設(shè)計(jì)與調(diào)試——總裝調(diào)試”。

圖1 PLC的設(shè)計(jì)流程

2.2 液體混合攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中MCGS監(jiān)控界面的開發(fā)過(guò)程

（1）監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

在PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中，監(jiān)控界面設(shè)計(jì)作業(yè)的規(guī)范化開展，是確保后期系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的重要戰(zhàn)略基礎(chǔ)。在MCGS組態(tài)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需在MCGS組態(tài)平臺(tái)中創(chuàng)建“液體混合攪拌系統(tǒng)”用戶窗口，后單擊“動(dòng)畫組態(tài)”，利用組態(tài)工具進(jìn)行監(jiān)控界面的科學(xué)設(shè)計(jì)。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的合理化建立

在MCGS組態(tài)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，作為MCGS液體混合攪拌系統(tǒng)的核心，實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)建立的合理性與否，對(duì)數(shù)據(jù)處理以及應(yīng)用作業(yè)具有重要影響。從某方面來(lái)講，數(shù)據(jù)庫(kù)的合理化建立，其主要目的是為了定義數(shù)據(jù)對(duì)象和數(shù)據(jù)對(duì)象屬性，并在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和交換時(shí)確保作業(yè)的可視化。

（3）動(dòng)畫連接

要想從根本上實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)目標(biāo)，將圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行有效連接是十分必要的，此外在連接工作結(jié)束后，工作人員需賦予其動(dòng)畫屬性。

（4）MCGS與PLC的連接

采用組態(tài)軟件和PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行二次開發(fā)，從某方面來(lái)講不僅能確保系統(tǒng)開發(fā)的合理化，此外在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮了重要性作用。在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，工作人員需選擇可編程序控制器(PLC)類型、I/O接口、電纜、接線板及所需的實(shí)訓(xùn)工具后，為直觀模仿PLC實(shí)訓(xùn)控制效果，工作人員需從PLC指令的應(yīng)用角度(適用場(chǎng)合)開展工作。

在進(jìn)行系統(tǒng)控制過(guò)程中，PLC編程的實(shí)施最顯著的優(yōu)勢(shì)在于“軟繼電器”代替“硬繼電器”。經(jīng)大量調(diào)研數(shù)據(jù)分析可知，梯形圖、布爾助記符語(yǔ)言是PLC編程的常用語(yǔ)言，其中梯形語(yǔ)言特點(diǎn)如下——每個(gè)梯形圖由多個(gè)梯級(jí)組成；梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源；PLC的常開、常閉觸點(diǎn)可以出現(xiàn)無(wú)數(shù)次；每一梯級(jí)的運(yùn)算結(jié)果，立即被后面的梯級(jí)所利用，具體來(lái)講MCGS組態(tài)的具體設(shè)置方式主要通過(guò)如下幾方面實(shí)現(xiàn)：

繪制圖形：就目前來(lái)看，在構(gòu)建控制對(duì)象時(shí)，通常來(lái)講其構(gòu)建方式主要是通過(guò)MCGS系統(tǒng)內(nèi)部所提供的常用圖元、圖符及動(dòng)畫構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的。要想從根本上確保作業(yè)效益的最大化發(fā)揮，工作人員需要在構(gòu)建時(shí)對(duì)上述元素進(jìn)行合理化應(yīng)用。

動(dòng)畫設(shè)計(jì)：在進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)時(shí)，為確保設(shè)計(jì)的規(guī)范合理化，設(shè)計(jì)者需要嚴(yán)格按照工藝過(guò)程及控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體來(lái)講就是在動(dòng)畫連接時(shí)賦予數(shù)據(jù)一定的動(dòng)畫屬性，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)態(tài)界面。

創(chuàng)建數(shù)據(jù)對(duì)象：作為MCGS中為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控要求而建立的一些具有不同數(shù)據(jù)格式的變量，數(shù)據(jù)對(duì)象的類型具有多樣化，為實(shí)現(xiàn)更好的監(jiān)控界面，數(shù)據(jù)對(duì)象在界面設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)屬性設(shè)置建立與各個(gè)界面圖元的連接。

運(yùn)行策略：作為一個(gè)較為高級(jí)的開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)行策略中MCGS提供了大量的策略構(gòu)件，設(shè)計(jì)者可通過(guò)運(yùn)行策略，編寫與設(shè)計(jì)界面有關(guān)的動(dòng)畫程序或是編寫與現(xiàn)場(chǎng)控制參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)處理控制程序，利用其提供的定時(shí)器構(gòu)件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)需要的定時(shí)操作。

硬件驅(qū)動(dòng)的調(diào)用及鏈接：通過(guò)在MCGS中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)窗口正確進(jìn)行設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)將PLC的各種工作信息傳遞到電腦中。這一工作包括三個(gè)方面——正確建立通信協(xié)議、正確添PLC信息以及正確進(jìn)行MCGS中數(shù)據(jù)對(duì)象與PLC存儲(chǔ)器的連接。

（5）程序調(diào)試

程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件，具體而言其模擬調(diào)試方式主要有：

其一，硬件模擬法。使用一些硬件設(shè)備模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，時(shí)效性較強(qiáng)。

其二，軟件模擬。在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，雖然較為簡(jiǎn)易，但時(shí)效性不易保證。

結(jié)語(yǔ)：概而言之，在現(xiàn)階段PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，為全面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)質(zhì)量和效率，將MCGS組態(tài)技術(shù)合理化應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)，對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及促進(jìn)學(xué)生全面化發(fā)展而言具有重要意義。