MCGS組態軟件在電氣控制技術教學改革中的應用

摘要：針對電氣控制技術教學中存在的問題，分析其原因，并在此基礎上采用MCGS組態軟件進行輔助教學，通過生動形象的動畫形式代替枯燥乏味的指令程序，以組態軟件的可視化來彌補課程的抽象性，改善了教學效果，提升了課程教學質量，進而推進電氣控制技術課程教學改革。

關鍵詞：教學改革；教學方法；電氣控制；MCGS

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0090-02

電氣控制技術是農業電氣化專業的必修課，具有系統的理論知識，更與實際生活密切相關，課程主要以電動機或其他執行電器為控制對象，介紹電氣控制的基本原理、線路及設計方法，并在此基礎上引入可編程邏輯控制器PLC的概念，講授PLC的基本原理、指令系統及在電氣控制中的應用[1]。電氣控制技術作為專業必修課，對于學生的專業素質培養具有重要意義，學生對該課程知識學習掌握的好壞將直接影響學生的專業素質培養。因此，隨著教學環境的改變以及相關技術的發展，必須改變過去傳統的教學方法和教育模式，以取得更好的教學效果。

一、電氣控制技術教學中存在的問題

目前，電氣控制技術教學多采用傳統教學方法，無法形象表達控制過程，特別對于可編程邏輯控制器PLC教學內容理解帶來較大的問題。PLC作為一種專門用于工業控制領域的電子裝置，其相關知識具有一定的抽象性，同時其控制對象大多為體積龐大、價格昂貴的精密儀器，實驗儀器很難滿足教學實驗的要求，這為課程教學和實踐帶來了較大的困難[2，3]。通過近幾年的教學實踐發現，課程教學中在介紹梯形圖、指令系統、語句表等知識時，由于傳統的教學方法和實驗儀器不能清晰地表達控制效果，使得學生不能直觀地學習相關知識，降低了學生的學習積極性，故取得的教學效果并不理想，這一傳統教育的劣勢可作為電氣控制技術教學改革的切入點[4]。

二、MCGS組態軟件

MCGS （Monitor and Control Generated System，監視與控制通用系統）是一套可對數據進行現場采集、實時監測、分析處理、可視化操控的操作系統，并可按照相應的通訊協議與作為下位機的控制器建立通訊，以多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案。目前，該組態軟件已成功應用于多個自動化領域，其穩定性與可靠性均已得到證明。如果將MCGS組態軟件應用于電氣控制技術的教學改革中，將MCGS組態軟件與PLC建立通訊，采用組態軟件開發設計教學實驗中所需的監控畫面以代替體積龐大、價格昂貴的控制對象，組態軟件的可視化可大大降低電氣控制技術的抽象性，調動學生的學習積極性，這將在很大程度上改善教學效果。

三、MCGS組態軟件的應用

本研究分別以交通燈、搶答器、物料傳送機為例分析MCGS組態軟件在電氣控制技術中的應用。

1.交通燈的PLC控制及MCGS組態設計

首先分析交通燈的控制要求，以確定輸入/輸出點數，選擇合適的PLC、通訊電纜。

（1）控制要求。交通燈的啟停由選擇開關控制，當按下選擇開關接通交通燈，交通燈系統開始工作。

1）南北向紅燈、東西向綠燈同時亮。南北向紅燈亮并維持30S；東西向綠燈亮并維持20S。到20S時，東西向綠燈閃爍5S，閃爍周期為1S（亮0.5S，熄0.5S）。綠燈閃爍5S后，東西向黃燈開始閃爍5S。到5S時，東西向黃燈熄滅，東西向紅燈亮；同時南北向紅燈熄滅，南北向綠燈亮。

2）東西向紅燈、南北向綠燈同時亮。東西向紅燈亮并維持30S；南北向綠燈亮并維持20S。到20S時，南北向綠燈閃爍5S，閃爍周期為1S（亮0.5S，熄0.5S）。綠燈閃爍5S后，南北向黃燈開始閃爍5S。到5S時，南北向黃燈熄滅，南北向紅燈亮；同時東西向紅燈熄滅，東西向綠燈亮。

該交通燈系統按照上述控制要求循環工作，當選擇開關斷開時，交通燈熄滅。

由上述控制要求可確定該控制系統有2個輸入點，6個輸出點，故選用西門子S7-200系列的CPU 224作為控制器。

（2）軟件設計。控制系統的軟件設計分為PLC控制程序設計和MCGS組態設計兩部分，其中PLC控制程序由編程軟件編寫梯形圖完成，在完成梯形圖的基礎上進行交通燈的MCGS組態設計。

1）進入MCGS組態環境，新建工程“交通燈”，創建用戶窗口，設置窗口名稱及屬性，定義變量，建立實時數據庫。

2）進行畫面設計、畫面編輯、動畫連接步驟，完成交通燈的組態畫面，并在腳本程序中編寫運行策略，最終完成交通燈的MCGS組態設計，如圖1。

（3）運行調試。在完成PLC控制程序設計和MCGS組態設計的基礎上，將PLC與組態軟件建立通訊，進行運行調試。

1）選用PC/PPI編程電纜與CPU單元進行連接，將已完成的PLC控制程序下載至CPU單元中。

2）在MCGS組態環境中對已完成的交通燈組態設計進行工程下載并制作U盤綜合功能包，并將U盤插入MCGS觸摸屏中，建立通訊，實現觸摸屏對該交通燈系統的實時監測。

3）選用RS485通訊電纜使得CPU單元與MCGS觸摸屏建立通訊，通過PLC可以實現對交通燈組態畫面的控制，同時組態畫面可實時監測PLC的運行情況，運行情況滿足控制要求，見圖2。

2.搶答器MCGS組態設計

按照上述步驟，對搶答器進行MCGS組態設計。

（1）控制要求。

1）搶答器同時供4名選手，分別用4個按鈕表示。

2）分別設置一個系統復位開關和搶答控制開關，均由裁判控制。

3）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由裁判設定。當裁判按下“裁判”按鈕后，定時器進行減計時。

4）選手需在規定的時間內進行搶答，并在規定的時間內答題，倒計時顯示器上顯示搶答或答題倒計時，選手號顯示器上顯示搶到題的選手號。

5）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00；如果定時時間已到，搶到題的參賽組未能答出，本次答題無效，系統報警，定時顯示器上顯示00。

6）如果搶答未開始而參賽選手搶答，則系統報警并且選手號顯示器上顯示搶答的選手號。

7）當裁判按下“復位”按鈕后，系統清零，一切恢復初始狀態。

（2）軟件設計。分析上述控制要求，進行搶答器的MCGS組態設計，如圖3。

3.物料傳送機MCGS組態設計

按照上述步驟，對物料傳送機進行MCGS組態設計。

（1）控制要求。按下啟動按鈕后，電機啟動，物料在傳送帶上傳送，經過三級傳送帶后送至汽車，由汽車運走；按下停止按鈕后，電機停止運行，物料在傳送帶停止。故障1代表電機1故障，此時電機1停止，而電機2和電機3繼續運行；故障2代表電機2停止，此時電機1和電機2停止，電機3繼續運行；故障3代表電機3故障，此時三臺電機均停止。

（2）軟件設計。分析上述控制要求，對物料傳送機進行MCGS組態設計。

上述應用實例表明，將MCGS組態軟件應用于電氣控制技術的教學改革中，組態軟件的可視化可大大降低電氣控制技術的抽象性，可通過動畫形式生動形象地顯示電氣控制過程，演示指令系統的動作功能，反映PLC控制程序的正確與否，減少了課堂的枯燥性，調動了學生們的學習積極性，改善了電氣控制技術的教學效果，進而推進了電氣控制技術的教學改革。

四、結束語

在電氣控制技術教學中培養學生包括專業知識在內的綜合素質是一個系統且長期的工程，需要從學生能力層次以及電氣類專業的辦學理念、目標、人才培養模式等方面全方位統籌考慮，只有這樣，才能真正培養出適應信息時代的高素質科技創新型人才。

參考文獻：

[1]鄧濱.電機與電氣控制技術教學方法探討[J].蕪湖職業技術學院學報，2010，12（1）：99-100.

[2]李斌，鄒燦紅.電氣控制與PLC應用技術仿真教學應用研究[J].電氣電子教學學報，2006，28（6）：58-60.

[3]周菲.電氣控制與PLC技術教學改革分析[J].新課程：教師，2012，（8）：99-100.

[4]黃清寶，宋紹劍，彭宇寧，等.電氣控制與PLC應用技術教學改革探析[J].裝備制造技術，2010，（9）：207-208.

（責任編輯：劉麗娜）