探討組態(tài)軟件在PLC一體化教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要:隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，以微處理器為基礎(chǔ)的應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的專用計算機技術(shù)──可編程控制器(以下簡稱PLC)技術(shù)應(yīng)運而生，它是綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型自動控制裝置，，其具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，在我國已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制、機械制造、輕工業(yè)等各種行業(yè)。由于PLC在工業(yè)自動化中的重要地位，因此成為了很多學(xué)校工科類專業(yè)一門重要的綜合性很強的專業(yè)課程。由于這門課知識覆蓋面廣、涉及內(nèi)容多、更新發(fā)展快、強調(diào)理論而又偏重實踐、與生產(chǎn)實際和工程應(yīng)用結(jié)合緊密。如果采用現(xiàn)行的把理論教學(xué)和實習(xí)操作分開進行的教學(xué)模式，對于專業(yè)教師不好教，對于學(xué)生不好接受。因此，研究、探索和改革PLC可編程控制器的教學(xué)方法和教學(xué)手段，構(gòu)建與生產(chǎn)實際和工程應(yīng)用相適應(yīng)的PLC可編程控制器教學(xué)的全新方案具有深遠的意義。

關(guān)鍵詞:PLC一體化教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號:G420文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0192-01

1 PLC教學(xué)模式探討

傳統(tǒng)的PLC教學(xué)模式理論教學(xué)和實踐教學(xué)在教學(xué)上自成體系，互不干涉，理論教師和實習(xí)指導(dǎo)教師各負其責(zé)，理論教師不了解實驗教學(xué)的需要;實驗教師不了解理論教學(xué)的安排，造成了相互脫節(jié)。上理論課時，由于PLC課程所涉及的主要教學(xué)內(nèi)容有:微機原理、數(shù)字電路、模擬電路、低壓電器、電氣控制、閉環(huán)控制等。因此學(xué)生普遍感到似懂非懂、難學(xué)易忘;對于專業(yè)實習(xí)操作課，大多數(shù)學(xué)校采取的方法都是讓學(xué)生在PLC實訓(xùn)機房內(nèi)，根據(jù)要求在計算機上自編程序，利用PLC編程軟件中的“編譯”命令，檢查PLC程序是否有語法錯誤，如果沒有再將程序下載到PLC中，然后利用PLC編程軟件中的“監(jiān)控”和“強制”命令，調(diào)試PLC程序。在這類教學(xué)方式中學(xué)生往往只能進行驗證性實驗，沒有控制對象，無法進行外圍設(shè)備的連接和控制。

針對傳統(tǒng)PLC教學(xué)模式存在的不足，許多學(xué)校現(xiàn)在都提出了一體化教學(xué)。所謂一體化教學(xué)就是將理論教學(xué)與實踐教學(xué)融為一體，將理論教室、實習(xí)車間、實訓(xùn)基地構(gòu)成一體，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。這種教學(xué)模式能較好地解決理論教學(xué)與實習(xí)教學(xué)的脫節(jié)問題，減少理論課之間及理論課與實踐課之間知識的重復(fù)，增強教學(xué)的直觀性，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體參與作用，必將有助于教學(xué)質(zhì)量的提高和高技能人才的培養(yǎng)。PLC一體化教學(xué)的控制對象可以是實物模型，也可以是用指示燈模擬顯示PLC控制對象的實驗箱，但都存在難維護、種類少，特別是一般都是針對特定實驗而建立的，實驗擴張和可移植性差。而應(yīng)用組態(tài)軟件在計算機屏幕上全真模擬PLC的控制對象可以彌補上述不足，它還能以動畫形式演示PLC控制對象的工作過程，具有成本低、免維護、靈活多樣、形象直觀等優(yōu)點。利用有限的成本，多樣化的程序來豐富學(xué)生的實驗內(nèi)容，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、編程技巧和動手能力，大大豐富了PLC實驗課的教學(xué)效果和學(xué)生的工程實踐經(jīng)驗，達到了全方位教學(xué)的目的。

2 組態(tài)軟件簡介

一般的組態(tài)軟件都由下列組件組成:用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫、設(shè)備驅(qū)動組件、運行控制策略組件。(1)用戶窗口本身是一個“容器”，用來放置各種圖形對象(圖元、圖符和動畫構(gòu)件)，每個簡單的對象均有影響其外觀的屬性。對象的基本屬性包括:填充顏色、高度、寬度、取向、位置移動等。這些屬性可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。靜態(tài)屬性在系統(tǒng)投入運行后保持不變，與原來組態(tài)時一直。而動態(tài)屬性則與表達式的值有關(guān)，表達式可以是來自I／O設(shè)備的變量，也可以是由變量和運算符組成的數(shù)字表達式，這種對象的動態(tài)屬性隨表達式值的變化而實時改變。不同的圖形對象對應(yīng)不同的功能，通過對用戶窗口內(nèi)多個圖形對象的組態(tài)，生成漂亮的圖形界面，為實現(xiàn)動畫顯示效果做準(zhǔn)備。例如，用一個矩形填充體模擬現(xiàn)場的液位，在組態(tài)這個矩形的填充屬性時，指定代表液位的工位號名稱、液位的上下限及對應(yīng)的填充高度，就完成了液位的圖形組態(tài)。這個組態(tài)過程叫做動畫連接。(2)實時數(shù)據(jù)庫相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)處理中心，同時也起到公用數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用。從外部設(shè)備采集來的實時數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫，實時數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)其它部分操作系統(tǒng)其它部分操作的數(shù)據(jù)也來自于實時數(shù)據(jù)庫。(3)設(shè)備窗口專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實現(xiàn)對外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進來，送入實時數(shù)據(jù)庫，或把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。運行時，系統(tǒng)自動打開設(shè)備窗口，管理和調(diào)度所有設(shè)備構(gòu)件正常工作，并在后臺獨立運行。注意，對用戶來說，設(shè)備窗口在運行時是不可見的。

3 應(yīng)用實例

要使畫面中各圖素能夠生動、逼真的運動或顯示，首先在MCGS中的設(shè)備窗口添加“三菱FX系列編程口”進行設(shè)備組態(tài)，根據(jù)需要設(shè)置通道類型、地址及數(shù)據(jù)類型，不需通過實時數(shù)據(jù)庫定義一些內(nèi)存變量與外部I/O變量進行配合，并通過在其應(yīng)用程序命令語言中書寫程序控制自己的應(yīng)用程序，驅(qū)動畫面，用這種仿真方法開發(fā)PLC仿真控制對象，其優(yōu)點是周期短、費用低、可靠性高，能節(jié)省電力資源，維護要求較低，不會危及人身和設(shè)備安全;同時，其模擬效果逼真，人機界面生動友好，能達到很好的實驗效果。

根據(jù)要求應(yīng)用三菱PLC編程軟件GX Develope在計算機上自編程序。可使用不同的算法和指令編寫程序，但最終要實現(xiàn)系統(tǒng)的相同控制。PLC程序編制完成后，要進行調(diào)試修改。首先，利用PLC編程軟件中的“編譯”命令，檢查PLC程序是否有語法錯誤，如果沒有再將程序下載到PLC中;其次，利用PLC編程軟件中的“監(jiān)控”和“強制”命令，調(diào)試PLC程序。PLC與組態(tài)軟件通信。設(shè)置各控件單元屬性，在設(shè)置“變量選擇”的“變量選擇方式”時選擇“根據(jù)采集信息生成”，這樣用MCGS開發(fā)的仿真PLC控制對象畫面中的圖素與PLC已經(jīng)建立了動畫連接。通過運行仿真畫面，可形象直觀地觀察仿真PLC被控對象的工作情況，由此也可驗證PLC程序正確與否。

4 結(jié)語

通過十字路口交通燈仿真實驗我們了解了利用MCGS制作仿真界面及控制方法，如若進行其他模擬實驗，只需重新建立組態(tài)軟件的用戶界面，并與編寫的PLC控制程序的輸出寄存器、輸入寄存器、輔助寄存器、數(shù)據(jù)寄存器等對象建立連接即可完成。組態(tài)軟件還有很多，大家可以參考相應(yīng)組態(tài)軟件的使用說明進行仿真實驗。使用組態(tài)軟件進行PLC實驗教學(xué)解決了學(xué)校教學(xué)專用設(shè)備脫節(jié)，內(nèi)容滯后產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀;解決了一般的高校現(xiàn)有的條件和設(shè)備難以滿足實驗課程及實際操作的需要問題。

參考文獻

[1]《三菱PLC快速入門與實例提高》，人民郵電出版社.

[2]《MCGS用戶指南》，北京昆侖通態(tài)公司.

[3]《MCGS參考手冊》，北京昆侖通態(tài)公司.

[4]《PLC原理與應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社.