監控組態軟件在恒壓供水實訓考核系統中的應用

游　建

摘要:闡述了如何應用監控組態軟件開發恒壓供水實訓考核系統的思路，及應用相關軟件開發在實訓環境下的考核系統，對實現無紙化考試的可行性進行了探討。

關鍵詞：監控組態軟件；恒壓供水系統；PLC；無紙化考試

監控組態軟件簡介

監控組態軟件是面向操作對象、集監控與數據采集功能于一體的軟件平臺工具，具有豐富的設置項目，使用方式靈活，功能強大。其最主要的特點是有一個強大的實時數據庫，可以完成設備數據的采集，同時還有強大的硬件驅動能力。監控組態軟件最早出現時主要是解決人機圖形界面問題，但隨著它的快速發展，實時數據庫、實時控制、SCADA、通訊及聯網、開放數據接口、對I/O設備的廣泛支持已經成為它的主要內容。隨著監控組態軟件功能的不斷擴充，它在工控領域的應用顯現出強大的生命力，并逐漸在教學領域也有所應用，例如，在仿真教學、硬件設備的動態監控等方面得到了很好的應用。

恒壓供水實訓設備簡介及其在教學考核中的不足

我校曾購買過一套恒壓供水實訓設備，該實驗裝置以日本三菱PLC和變頻器為主要控制器件。PLC通過A/D轉換模塊采集傳感器的輸出信號，從而監測供水壓力以及液面高度，再由PLC控制變頻器和接觸器調節水泵的工作狀態，使供水壓力保持在一個恒定的范圍。這套實驗設備可以完成模擬樓宇恒壓供水的相關實驗，是機電類專業和機電類高技能人才培訓考核的基礎性設備。我校引進該設備后，在相關專業的實訓教學中加入了相關的內容，不僅拓寬了學生的學習范圍，豐富了教學內容，教學效果也比較明顯。但在使用該設備的培訓考核過程中也發現了一些不足，主要表現在考核的隨機性及人為因素太多，例如，不同的考核人員在考核量分尺度把握上不同，考核中分數統計需要人工統計，容易出差錯且考核周期長等。以上幾點不足在理論考試過程中也曾出現，但自從出現了無紙化考試系統，這個問題就得到了很好地解決。以往在電腦無紙化考試系統中，多采用ASP技術和數據庫軟件來開發，這也多半是針對理論考試，針對實踐操作考核的無紙化考核軟件還比較欠缺。筆者結合自己的教學實踐，通過使用組態軟件過程中發現該軟件可以輔助作為實踐操作的考核系統，于是就在恒壓供水系統中引入組態軟件來開發該考核系統，實踐證明比較成功。

利用監控組態軟件改進該考核系統的方法

首先，要明確監控組態軟件在整個考核系統中所起的作用。監控組態軟件主要是監控PLC內部寄存器的狀態，這些寄存器的狀態則反映了恒壓供水系統的工作性能。所以，監控組態軟件就與恒壓供水系統建立起一種內在的聯系。在用組態軟件作考核系統時只要監控反映系統性能狀態的各個PLC的內部寄存器的狀態，并對這些性能狀態給出量化的考核指標，就能達到考核的目的。順著這個思路，利用該設備從“PLC的編程訓練和考核”、“外部接線的訓練考核”、“故障排除的訓練考核”、“設備調試效果的考核”這四方面進行了探索。

PLC的編程訓練和考核這方面的考核目的主要還是訓練學生的編程能力和技巧。為了達到考核目的，可以將編程要求進行分解，分解成一個個的考核功能塊，每個功能塊定義一定的分數。考核時，學生能實現幾個功能就對應有一定的分數，這樣匯總后就是學生該項的考核得分。為了使考核準確，快速的判斷出程序的正確與否，可以在組態軟件中預先設計好一個監控界面，將數據連接也預先定義好，在考核時，只要將數據連接表提供給學生，要求學生根據數據連接表來定義PLC的I/O連接情況，并進行PLC程序的編寫。程序編寫完成后，將程序下載到PLC中，只要起動考核系統，組態軟件會自動連接PLC，這樣在監控界面中就可以依據畫面動作正確與否來判斷程序的對錯了。考核過程中除了采用功能記分方式外，還采用時間定時方式來考核。例如，以實現單臺泵的恒壓供水程序編寫為例。這個考核過程要求學生在兩個半小時內完成單臺泵在設定的壓力范圍內實現恒壓的目的。考核的功能點可分為4點：功能一：能否實現水泵的工頻和變頻的自動切換。功能二：能否實現供水系統的手動/自動切換。功能三：能否將系統的反饋壓力/反饋液面和設定壓力/設定液面的數據正確地讀入PLC，并正確顯示在監控畫面中。功能四：能否實現系統壓力的恒定（在規定的數據范圍內波動是允許的）。這四個功能點可以分別定為25分，只要學生的程序能實現1個功能，則考核分數會自動加25分。最后，以學生在規定時間內能得到的考核總分來作為學生本項考核的得分。另外，學生需要在規定時間內完成，否則到時間后程序會自動鎖定，提示學生考試時間已經到，請交卷。此時，學生只須按交卷按鈕，退出考核系統，再點擊分數查看，即可馬上知道自己本項考核的得分。

外部接線的訓練考核在實際的工業控制系統中，輸入信號的連接正確與否與整個系統的正確調試關系很密切。

一般在設備調試過程中，通常是首先檢測輸入信號正確與否，然后才是檢測輸出部分的動作。所以，輸入信號是一個重要的考核點。因此，本系統考核外部硬線的連接訓練主要考核學生對輸入信號的處理。在本考核系統中共有16個輸入信號要處理，可以先在組態軟件中定義好對應的數據點與PLC的輸入繼電器連接好，考核時，只要學生正確連接了輸入信號，則對應的硬件連接項就顯示正確，并累加考核分。如此，可考核學生的技能水平。

故障排除的訓練考核本項目的考核目的是讓學生通過故障的排除熟悉硬件，并且能掌握一些電氣故障的查找和排除的方法。這里主要是在PLC程序中設置一些開路故障，讓學生通過自己的分析和判斷找到故障的范圍，并且正確判斷出故障類型。在這里故障設置和查找有一點是關鍵——需要設置兩個控制電源，一個是PLC電源，另一個則是PLC外圍電器的控制電源。因為故障設置是在PLC程序中（軟件設置），PLC在故障查找過程中一直需要與組態軟件實時通訊，直到學生查找到故障點或者范圍，并且通過人機交互界面正確回答故障設置的范圍和故障類型，才能排除故障恢復正常，所以PLC不能斷電。但是，學生的故障查找通常是在電氣控制柜中，查找的主要是PLC外圍的電器部分（查找硬件），所以在查找故障過程中不可避免地會觸及電氣控制柜中的相關電器元件。為了安全需要，將PLC外圍器件的電源斷開，并且還要在PLC的電源端給出明確的提示，以防止學生誤操作。例如，教師在組態軟件中設置一個1號泵不能起動的故障，在PLC中用程序將1號泵的控制回路或者將主電路斷開。學生在查找到故障點后，只需要在考核系統中點擊相關故障類型和故障點范圍，只要回答正確系統就會自動將故障點恢復，并且自動記分，這樣就可以達到考核目的了。

設備調試效果的考核對于這項考核關鍵還是看調試后的效果如何。在操作上，主要利用組態軟件在5分鐘內對采集回來的信號取平均值后再與給定的信號進行比較分析，比較兩者數據相差程度，根據相差程度大小來確定得分的高低。

改進后考核系統的優缺點以及推廣應用

該考核系統應用到恒壓供水系統后，在繼承原設備的形象直觀這一優點的基礎上，在考核評分方面還有如下優點：（１）量化考核，自動統計分數，避免了一些人為因素和誤差的產生，使考核更加公正。（２）通過組態畫面來監控考核結果，快速、準確，有效地縮短了考核周期。考核大部分可以在計算機上完成（除了硬件連接部分的考核外），而且考核結果能即時公布，讓師生都能及時掌握學習狀況。（3）組態畫面形象生動，人機界面友好，交互性好。組態畫面采用動畫制作，可以形象生動地將系統的動作過程展示出來，而且還設置了一些人機界面，可以很好地與學生互動，讓考試不再是一個枯燥的過程。

但該考核系統并不是完美無缺的，在如下幾方面還需要進一步完善：(1)故障類型比較單一，大多為斷路性故障。(2)編程訓練中，PLC的I/O分配相對固定，缺乏靈活性，而且用功能劃分來配制考核分數，顯得過于粗略。

恒壓供水系統實訓無紙化考核系統的改進是一次有益的探索，在借鑒理論考試改革方面成功經驗的基礎上，創新地將監控組態軟件的強大功能巧妙地應用在機電專業的實訓考核中。這個探索的初步成效讓我們有理由相信，在機電類專業的實操考核方面還可以進行一些無紙化考核的實踐。只要是用PLC控制的機電類實訓設備，只需對系統稍加改進，仍然可以應用監控組態軟件來制作實訓考核系統。當然，該軟件制作的考核系統還存在一些需要完善的地方，需要更多的有識之士參與到實踐中，總結出更多的成功經驗，真正實現在實操考核方面的無紙化考核目標。

參考文獻：

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[4]黃立培.變頻器應用技術及電動機調速[M].北京:人民郵電出版社，1998.

作者簡介：

游建（1973—），男，四川自貢人，廣州市冶金高級技工學校機電工程系教師，主要從事電氣自動化專業、機電一體化專業教學。（本文責任編輯：張維佳）

（本欄責任編輯：尚傳梅）