“組態控制技術”項目化課程開發與研究

楊敏躍 徐奔

摘 要：文章分析并研究了目前在自動化、電氣專業的“組態控制技術”課程中，所進行授課的案例不能更好地讓學生深刻理解和學習這門課程的問題，提出利用MCGS組態軟件，在借鑒軟件公司案例的基礎上結合專業的具體特征，從生產實例出發，選取與實際生產有關的案例進行開發，為學好這門課程和技術提供有力保障。

關鍵詞：組態控制技術；MCGS；課程開發

目前，隨著工業自動化水平的不斷發展和壯大，人們對工業自動化控制的要求越來越高，從而導致人們對能夠控制和監控工業現場生產設備的監控軟件要求也越來越高。為了能夠更好地適應社會的發展，培養更全面的自動化人才，我國許多高校和高職學院的自動化專業紛紛開設“組態控制技術”這門課程，培養學生學習組態軟件用以實現對自動生產過程監控的目的。

作為一門新興的科目，目前市面的組態書籍、教材和應用實例都比較少，且質量也良莠不齊。有些書籍是軟件公司自己編著，全書只有一個案例；有些書籍選擇的案例嚴重偏離實際應用。這些現象導致學生在學習的時候，沒有更貼合實例的案例讓他們更為深刻地理解這門課程，所以對課程進行深化改革，開發更貼合生產實例的組態控制案例進行教學具有十分重要的現實意義。

1 課程開發的理論依據與研究方法

1.1 理論依據

著名教育心理學家布魯納的“發現學習”理論強調：學生的學習應是主動發現的過程，而不是被動地接受知識。開發項目化教學，創設問題情景，引發學生對知識本身產生興趣，產生知識需要，產生需要學習的心理傾向，激發自主探究的學習動機。在教學過程中，學生是學習的積極的研究者，教師的作用是創設適合學生學習探究的情景，而不是提供現成的知識。該課題采用項目教學法進行教學，提高學生積極性。

1.2 研究方法

1.2.1 觀察法

通過對近3年來學生學習情況的調查，發現所學的組態知識不能很好地與生產實際相結合，所以開發新的組態案例以適應新形勢下的生產實際的需要。

1.2.2 探索研究法

在原有的組態案例的基礎上，用實驗的手段開發新型的組態案例和模型。

1.2.3 經驗總結法

通過運用新的案例和新的評級體系，進行總結歸納分析，可以推廣到其他學科進行生產實例的模擬運行。

2 課程開發的具體實施方案

開發的5個項目，主要是對自動化生產線上的供料、加工、裝配、分揀、搬運這5個站的動作運行模式進行組態模擬開發。下面以分揀站為具體實例，來闡述開發的過程。

首先，根據教學大綱要求，設計一個自動化生產線分揀站的控制系統。該系統用西門子S7-200的PLC控制自動線上貨物分揀單元的機械手系統運行，并能使用上位機的MCGS組態軟件完成機械手系統的實時監控。

為了實現分揀站分揀貨物的目的，系統的硬件組成包括西門子S7-200CPU226一臺、PC機一臺、PC/PPI電纜一根、氣源裝置和氣動元件等。硬件輸入設備由兩部分組成，一個是按鈕，啟動和停止按鈕各一個，接線方式為二線式，一根為信號線，一根為公共端，公共端接電源負極；另一個是傳感器，由有料檢測傳感器、貨到位傳感器、推到位傳感器組成，其中前兩個為光電式接近開關，后一個為磁性開關，安裝在推料氣缸上，用于檢測推料氣缸活塞桿的位置，傳感器均采用三線式接線方式，兩根電源線分別接24 V直流電源的正、負極端子，信號線接出來與PLC的輸入端子相連。硬件輸出設備由三部分組成，一個是氣缸和換向閥，氣缸包括推料氣缸、機械手升/降氣缸、夾緊/放松氣缸、旋轉/返回氣缸等，這些氣缸采用二位五通單電控電磁換向閥進行控制，只有一個控制線圈，當電磁閥線圈通電觸發后，氣缸運行到工作點，當電磁閥線圈斷電時，靠復位彈簧作用使氣缸返回到原始位置，在接線方式上，氣缸和換向閥都采用二線式接線，一端為控制控制，一端為公共端，公共端與電源負極相連，控制端與PLC的輸出端子相連；另一個是機械手，由升降機構、夾緊機構、旋轉機構和安裝支架等部件組成，其中，機械手的升/降、夾緊/放松、旋轉/返回等動作由相應的氣缸動作驅動，氣動機械手用于實現料塊的搬運；第三部分是變頻器和輸送線設備，包括松下VF0系列BFV00042GK變頻器、單相交流異步電機、傳送帶機構等。系統控制器使用的是西門子S7-200CPU226型PLC以及PC/PPI通信電纜，監控設備主要是安裝有MCGS組態軟件的計算機。

開發的軟件是利用MCGS通用版6.2組態軟件實現組態畫面的構建，組態畫面如圖1所示。

由數據變量所編制的腳本程序如下：

IF YMY啟動按鈕 = 1 AND YMY復位按鈕 = 0 THEN

YMY定時器啟動 = 1

YMY定時器復位 = 0

ENDIF

IF YMY復位按鈕 = 1 THEN

YMY定時器啟動 = 0

YMY定時器復位 = 1

ENDIF

IF YMY下移 = 1 THEN

YMY垂直移動 = YMY垂直移動 + 1

ENDIF

IF YMY上移= 1 THEN

YMY垂直移動 = YMY垂直移動 - 1

ENDIF

IF YMY定時器啟動 = 1 THEN

IF YMY計時時間 < 5 THEN

YMY下移 = 1

YMY工件1 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 < 7 THEN

YMY夾緊 = 1

YMY下移 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 < 12 THEN

YMY上移 = 1

YMY夾緊 = 0

YMY工件1 = 0

YMY工件2 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 < 14 THEN

YMY旋轉 = 1

YMY上移 = 0

YMY左臂 = 0

YMY右臂 = 1

YMY工件2 = 0

YMY工件3 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 < 19 THEN

YMY下移 = 1

YMY旋轉 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 < 21 THEN

YMY放松 = 1

YMY下移 = 0

YMY工件3 = 0

YMY工件4 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 < 26 THEN

YMY上移 = 1

YMY放松 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 < 28 THEN

YMY返回 = 1

YMY上移 = 0

YMY右臂 = 0

YMY左臂 = 1

YMY工件4 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY計時時間 >= 28 THEN

YMY定時器復位 = 1

YMY返回 = 0

EXIT

ENDIF

ENDIF

IF YMY定時器啟動 = 0 THEN

YMY左臂 = 1

ENDIF

3 結語

該項目能通過開發的5個項目，與已有的自動化生產線的五大操作站相匹配，增強學生對生產線每個工作站上的各種傳感器模塊的認識、工作站運行流程的認識，也能增強學生熟練運用組態軟件對自動化生產線的硬件設備運行狀態監控的能力。同時，該課題完成以后，也可以作為“自動化設備安裝與調試”這門課的教學輔導軟件。

[參考文獻]

[1]李寧.組態控制技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2015.

[2]遲穎.工業組態控制技術課程實施教學做合一的研究與實踐[J].中國教育技術裝備，2016（12）：143-144.

[3]王海波，齊云秋.MCGS組態仿真設計在自動化類課程教學的應用[J].電子世界，2015（21）：46-48.

Abstract：This paper analyzes and studies the current cases of “Configuration Control Technology” in automation and electrical professions. The cases taught can not better enable students to deeply understand and learn the problems of this course， and propose to use MCGS configuration software. Based on the case of the software company， combined with the specific characteristics of the profession， starting from the production example， select the case related to the actual production for development， and provide a strong guarantee for learning this course and technology.

Key words：Configuration Control Technology； MCGS； course development