基于組態(tài)軟件的電氣控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊勝利

摘 要：本文圍繞組態(tài)軟件的電氣控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)展開論述，采用實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例分析的方法，對(duì)組態(tài)軟件系統(tǒng)下的電氣控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成部分，包括數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場總線、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理分析、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等進(jìn)行論證。提出現(xiàn)代智能控制技術(shù)基礎(chǔ)上的電氣控制平臺(tái)經(jīng)過數(shù)據(jù)控制模塊的設(shè)計(jì)思路，力求實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制，符合相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的工藝要求。

關(guān)鍵詞：電氣控制；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；組態(tài)軟件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.133

電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)和知識(shí)，如電氣自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)學(xué)科、PLC變頻控制等。是一項(xiàng)綜合性和實(shí)用性較高的實(shí)驗(yàn)。從傳統(tǒng)的單一設(shè)備實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詸C(jī)床電氣控制為主的機(jī)床電氣控制。內(nèi)部包含繼電器、接觸器硬件接線等，改變了固定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的功能單一的缺陷。通過引入工控行業(yè)中的可編程序控制器PLC，傳感檢測等設(shè)備，為學(xué)習(xí)人員構(gòu)建了仿真的工控系統(tǒng)平臺(tái)。

1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理以及結(jié)構(gòu)

（1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)中，包含了控制系統(tǒng)的理論模型，其中系統(tǒng)輸入和控制部分采用了系統(tǒng)元件加以構(gòu)成。控制部分分為開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)兩類。

設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)包括了執(zhí)行機(jī)構(gòu)、邏輯控制以及輸入設(shè)備三部分。對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)機(jī)械和設(shè)備的運(yùn)行情況，采用閉環(huán)控制的方法，對(duì)于現(xiàn)場信號(hào)加以輸送，包含了開關(guān)、按鈕、繼電器、接觸器等，裝置有傳感器等。邏輯控制部分包含了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理功能，針對(duì)輸入信號(hào)加以控制，轉(zhuǎn)換后的控制信號(hào)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)加以控制，通過PLC編程實(shí)現(xiàn)了繼電器和接觸器線路之間的搭建，能夠直接使用電磁閥、變頻器、直流控制器等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

（2）基于組態(tài)軟件的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，先利用仿真軟件對(duì)控制系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)加以方針，根據(jù)實(shí)際情況制定出控制方案，例如MCGS等仿真軟件都是較為常見的且經(jīng)過驗(yàn)證的最佳的控制方案[1]。

根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的原理，構(gòu)建好實(shí)驗(yàn)臺(tái)之后，將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)加以分組，一組為執(zhí)行部分，包括接觸器、變頻器，一組是按鈕、開關(guān)、指示燈等，一組是控制部分，包括PLC、接觸器系統(tǒng)等。控制的對(duì)象包含了顯示器、電機(jī)、機(jī)床動(dòng)力頭等等。

基于組態(tài)軟件的電氣控制實(shí)驗(yàn)，裝置主要包括三個(gè)組成部分：

第一是電氣控制，以繼電器、接觸器為主要構(gòu)成，首先要選擇接觸器、繼電器等電器元件，然后進(jìn)行接線盒布線，經(jīng)過調(diào)試后完成了基本的繼電器和接觸器的邏輯控制線路。電動(dòng)機(jī)的降壓啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、順序啟動(dòng)等各自有不同的控制要求，總的來說要執(zhí)行機(jī)床的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

第二是基于PLC和變頻器的電機(jī)控制，通過計(jì)算機(jī)中的PLC編程軟件，完成程序的設(shè)計(jì)后，構(gòu)建器軟件、硬件之間的連接，通過電機(jī)相關(guān)量的檢測裝置，包括電流表、編碼器等，對(duì)電氣的運(yùn)行實(shí)行閉環(huán)控制和監(jiān)控。

第三是利用組態(tài)軟件，如MCGS等，使用PLC應(yīng)用技術(shù)完成電氣控制的仿真，其中的觸點(diǎn)、開關(guān)、接觸器線圈等的邏輯關(guān)系均要進(jìn)行仿真的控制。仿真的畫面中，要對(duì)顯示控制面板進(jìn)行真實(shí)的仿真，例如使用不同的顏色進(jìn)行導(dǎo)線、繼電器線圈等的區(qū)別，連接器PLC和組態(tài)軟件，動(dòng)態(tài)顯示開關(guān)、接觸器的器件的畫面等等，實(shí)現(xiàn)PLC的控制功能。然后經(jīng)過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本機(jī)構(gòu)原型的搭建，得到了系統(tǒng)的擴(kuò)張和開放性的運(yùn)作模式，在這個(gè)過程中，為了使得功能模塊和執(zhí)行部件能夠更好的實(shí)現(xiàn)功能，還可以增加電氣元件[2]。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例分析

以某項(xiàng)電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的仿真設(shè)計(jì)為例，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，組成部分包括了PLC、變頻器、執(zhí)行元件以及控制面板、電路接線面板等等。PLC為歐姆龍公司的系列產(chǎn)品，具有模擬量輸出輸入的功能，能夠進(jìn)行4點(diǎn)開關(guān)量的I/0輸出輸入。變頻器為歐姆龍公司的開環(huán)矢量控制型變頻器。可以實(shí)現(xiàn)無傳感器矢量控制的強(qiáng)大轉(zhuǎn)矩要求。另外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)與可編程控制器PLC等上位機(jī)的連接，還搭載了RS485等軟件，配備了串行通信接口、標(biāo)準(zhǔn)USB端口，以完成通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用上位機(jī)與USB端口進(jìn)行通信，并實(shí)現(xiàn)變頻器與選件之間的通信。

經(jīng)過對(duì)電氣元件的位置的設(shè)計(jì)，采用網(wǎng)孔板形式的電路接線面板，為學(xué)習(xí)者提供的設(shè)計(jì)控制空間較大，包含了各種按鈕以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的控制面板的指示燈，多種顏色額指示燈指向的是操作指示和操作，通過執(zhí)行元件工作臺(tái)，能夠?qū)θ喈惒诫姍C(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等機(jī)床動(dòng)力裝置進(jìn)行運(yùn)行[3]。

采用歐姆龍公司的編程軟件，PLC程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此利用組態(tài)軟件MCGS能夠更好地對(duì)PLC應(yīng)用技術(shù)和電氣控制技術(shù)進(jìn)行仿真。

3 基于組態(tài)軟件的電氣控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的裝置特點(diǎn)

（1）采用基于組態(tài)軟件的電氣控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的方式，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。學(xué)習(xí)者能夠在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上獲得真實(shí)的電氣運(yùn)行模型的操作技術(shù)的練習(xí)機(jī)會(huì)。而且能夠直觀地看到電機(jī)、機(jī)械動(dòng)力滑臺(tái)以及模擬機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程，加大對(duì)電器、電氣元件的認(rèn)識(shí)，親自進(jìn)行組裝和接線，在操作中獲得對(duì)各類自動(dòng)化裝置結(jié)構(gòu)和工作原理的知識(shí)。

在實(shí)際操作中，學(xué)習(xí)者能夠大大提高解決實(shí)際問題的能力，提高自身的動(dòng)手能力，對(duì)電機(jī)控制原理熟悉后，完成線路的繪制的連接工作，觀察電機(jī)的運(yùn)行情況[4]。

（2）通過基于組態(tài)軟件的電氣控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠?qū)Σ煌瑢?shí)驗(yàn)要求進(jìn)行分析，涉獵到廣泛的電機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)于電機(jī)控制系統(tǒng)的功能有所了解。經(jīng)過在電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的操作之后，學(xué)習(xí)者增強(qiáng)了電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)素養(yǎng)，提高了創(chuàng)新能力，可以將實(shí)驗(yàn)裝置中的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和方針，應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。

4 結(jié)語

經(jīng)過成功設(shè)計(jì)電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，現(xiàn)代化電氣控制綜合技術(shù)實(shí)力將大大提高。學(xué)習(xí)者均能在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上自主設(shè)計(jì)并且調(diào)試出PLC應(yīng)用程序，組建電氣控制線路。通過實(shí)際的控制效果的直觀感受，學(xué)習(xí)者得到了教學(xué)和科研的最佳平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉宏達(dá)，張國堃，張文義等.基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（03）：165-169.

[4]楊風(fēng)開，徐慧平.開放式單片機(jī)電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[J].中國電力教育，2012，（27）：89-90.