基于MCGS組態技術的PLC實踐教學改革

張芬

（西安航空職業技術學院 自動化工程系，陜西 西安 710089）

可編程控制器技術（PLC技術）是自動化專業的核心課程之一，是一門知識覆蓋面廣、涉及內容多、更新發展快、強調理論而又偏重實踐應用的課程，與生產實際和工程應用結合緊密且應用廣泛。因此深化對PLC實踐教學的改革顯得更為重要。

1 組態軟件概述

組態軟件，又稱組態監控軟件系統軟件，譯自英文SCADA，即Supervisory Control and Data Acquisition（數據采集與監視控制）。它是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件的應用領域很廣，可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。

MCGS （Monitor and Control Generated System，通用監控系統），由北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司開發，是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它能夠在基于Microsoft（各種32位 Windows平臺上）運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案[4]。

2 PLC實踐教學中存在的問題

PLC控制應用技術是實踐性非常強的一門課程，如何利用已有的資源，理論聯系實際，使學生能最大限度地深入學習是該門課程教學中需要解決的問題。目前科學技術日新月異，企業生產設備和工藝流程都在不斷更新換代，為了讓學生能夠盡快適應企業需求，要求我們的實驗內容要不斷更新，進而要求實驗設備要不斷更新。由于受到面積、價格等諸多客觀條件的限制，很難在實驗室配置數量較多的PLC和較全面的工業控制對象，也很難實現設備的不斷更新，因而制約了實驗的數量和質量，普遍存在實驗設備不足、經費不足、實驗內容單調等問題。如何利用現有資源最大限度的滿足實踐教學需求顯得尤為重要。

3 MCGS組態技術用于PLC實踐教學

采用組態軟件與PLC控制系統相結合，進行二次開發，對PLC控制系統進行動畫組態、硬件組態和控制組態，通過計算機平臺全真模擬PLC自動化控制的教學實踐過程。即利用MCGS組態來仿真模擬PLC系統的輸入、輸出設備?；蛘咭部梢哉f利用MCGS來組態設計PLC的控制對象[5]。進行PLC教學時，教師可以利用組態軟件很容易地實現文字錄入、圖形繪制、動畫連接、程序編寫、視頻輸出等功能。利用組態軟件仿真模擬PLC的控制對象能解決無實際控制對象或由于經費不足購置困難的問題。利用有限的成本，多樣化的程序來豐富學生的實驗內容，能有效提高學生的學習興趣、編程技巧和動手能力，大大豐富了PLC實驗課的教學效果和學生的工程實踐經驗，達到了全方位教學的目的。將MCGS應用于PLC教學是一種新的探索和嘗試。

筆者將以在化工、機械等行業的生產過程中應用廣泛的混料簡易控制實例，講解組態控制系統的構造過程。

3.1 系統控制要求

初始狀態容器是空的，電磁閥Y1，Y2，Y3，Y4和攪拌機均為OFF，液面傳感器L1，L2，L3均為OFF。按下啟動按鈕，開始下列操作：電磁閥Y1閉合，開始注入液體A，至液面高度為L3時，停止注入液體A，同時開啟電磁閥Y2，注入液體B，當液面高度為L2時，停止注入液體B，同時開啟電磁閥Y3，注入液體C，當液面高度為L1時，停止注入液體C。開啟攪拌機M，攪拌混合時間為10 s。停止攪拌后，開啟Y4放出混合液體，至液體高度降為L3后，再經5 s停止放出[1]。

3.2 實施步驟

3.2.1 系統總體設計

了解系統設計要求，了解系統工藝過程，進行需求分析，確定組態軟件與PLC的輸入輸出點。本系統選用西門子S7-200系列PLC，系統I/O分配[2]如表1所示。

表1 系統I/O分配表Tab.1 System I/O-distributed-list

3.2.2 程序設計

根據系統控制要求，系統程序設計如圖1所示[6]。

圖1 系統PLC程序Fig.1 System program of PLC

3.2.3 窗口畫面制作

在MCGS用戶窗口中新建一個多種液體混合監控窗口。在窗口中，插入相關元件，并對其中有動畫效果的圖元進行屬性設置，如電磁閥的打開與關閉、攪拌器扇葉的轉動、液體的上升與下降等。制作的畫面如圖2所示。

3.2.4 建立數據對象

在MCGS組態運行環境下，單擊“實時數據庫”，按“新增對象”按鈕，根據系統要求增加數據變量。選中新建變量，按“對象屬性”按鈕或雙擊選中變量，則打開對象屬性設置窗口。按系統要求指定名稱類型，更改用戶定義的名稱。本系統最終實時數據庫如圖3所示。

3.2.5 系統調試

上位機PC和下位機PLC之間通過COM1口進行通信連接，采用串行通信的異步方式，半雙工，偶校驗，波特率9600，8位數據位，1位停止位[3]。當上下位機連接成功后，通過串口采集混料罐液位數據，使PLC對混料閥門進行控制，就能通過串口改變上位機畫面中閥門和相應文字的顏色，以實現對混料灌控制系統的監測。反之，也可以通過上位機參數的改變，把相應的值寫入到 PLC的中間繼電器中，實現對混料罐系統液位值的控制。串口父設備的屬性設置如圖4所示，子設備屬性設置如圖5所示。

3.3 運行效果

實踐證明，該上位機監控系統可以模擬現場自動設備系統的工藝流程，可以與PLC實施信息交互，可以實時監控plc工作，人機界面良好，便于操作，系統安全可靠，具有較高的應用價值。

4 教改效應

1）可以解決實驗內容單調的問題

圖2 系統監控界面Fig.2 GUI of system

圖3 系統數據對象Fig.3 Data objects of system

圖5 子設備參數設置Fig.5 Parameter settings of sub equipment

圖4 通用串口父設備參數設置Fig.4 Parameter settings of common serial father’s equipment

利用組態軟件包中的工具，通過硬件組態、數據組態、畫面組態等工作即可完成所需應用軟件的開發工作，可以開發模擬更多、更直觀的實驗實訓項目。

2）可以在節約資金的基礎上，滿足不斷更新變化的教學需求

企業生產設備和工藝流程都在不斷更新換代，當PLC控制對象不滿足教學時，利用MCGS開發實驗所需的監控界面取代價格昂貴的實物模型，可大大節省成本，畫面直觀，設計靈活，調試方便。

3）采用模擬情境教學，可以提高學生學習興趣，最終達到提高教學效果的目的

用組態軟件結合plc在線運行制成動畫，模擬自動設備系統的現場工藝流程，讓學生深刻領會控制的現場工藝要求和生產過程。提高了PLC課程的教學質量和教學效果，加深學生對實驗本身及理論課程的理解，增強實踐應用能力，并且使學生盡早地接觸到了先進的科學知識和科研方法，開闊了視野，促使學生想象力、創造力得到了發揮，為培養高質量的人才提供有力的保證。

4）為教師科研提供了便利條件

該方法還可在教師科研中發揮巨大作用，能夠節約大量的實驗經費，又能縮短實驗時間，提高實驗的效率和安全性。

5 結束語

基于MCGS組態軟件的PLC教學，充分體現了MCGS組態軟件的強大數據處理和圖像表現能力，既可緩解高校PLC實踐教學設備投入不足的困難，又可提高學生的學習興趣，培養學生PLC控制系統的綜合開發能力，是PLC實踐教學方式的一種探索、一種改革、一種進步。

[1]雷霞.基于MCGS和PLC自動混料系統的應用[J].儀器儀表用戶，2008（3）：126-127.LEI Xia.The application of automatic mixture system based on MCGS and PLC[J].Instrumentation Customer，2008（3）：126-127.

[2]張玲.《PLC應用技術》教改探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2006（10）:64-69.ZHANG Ling.《The application of PLC Technology》 exploration and practiceof teachingreform[J].Chinamodern education equipment，2006（10）:64-69.

[3]高麗萍，鄧萍.基于MCGS的PLC虛擬控制系統研究[J].西華大學學報自然科學版，2006，25（1）:94-97.GAO Li-ping，DENG Ping.Virtual control system research of PLCBased onthe MCGS[J].Journalof Xihua University：Natural Science Edition，2006，25（1）:94-97.

[4]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.MCGS參考手冊[S].2006.

[5]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.MCGS用戶指南[S].2006.

[6]李俊秀，趙黎明.可編程控制器應用實訓指導[M].北京：北京化學工業出版社，2006.