組態(tài)王在PLC課程改革中的應用

（天津天獅學院，天津 301700）

0 引言

PLC被國內(nèi)外有關專家稱為“現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱”之首，已成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置之一。由于PLC課程中部分原理內(nèi)容較為抽象，理論與實踐的緊密結合就顯得尤為重要，因此實踐性教學環(huán)節(jié)在教學任務中占有較大比重。但限于資金、設備及場地等因素，實訓設備偏少、陳舊、實驗操作不當出現(xiàn)問題不易維修等缺點存在于大部分院校PLC教學當中，這使得PLC的教學存在較大的局限性。為解決上述問題，我們將組態(tài)王控制軟件引入PLC課程設計環(huán)節(jié)中，可以豐富實踐教學，是對現(xiàn)有教學設備的良好補充，為學生面向企業(yè)就業(yè)，師生積累工程實踐經(jīng)驗打下良好基礎。

“組態(tài)王”是一種全中文人機界面軟件，該軟件采用框架結構窗口，界面形象直觀且易學易用，它把與之通信的各設備都看成是外部設備，能方便地與PLC、變頻器、智能儀表等各類外部設備連接。鑒于組態(tài)王的以上優(yōu)點，將其應用到PLC課程當中，研發(fā)完成基于組態(tài)軟件的實驗教學系統(tǒng)，可以全面模擬現(xiàn)場情況，實現(xiàn)傳統(tǒng)實驗所不能完成的項目，幫助學生更好的理解PLC與電氣設備的相關知識，并增強學生的興趣以及提高掌握效果，得到高效的教學作用。

1 組態(tài)王在PLC課程設計中的應用實例

以課程設計當中一個案例來介紹運用組態(tài)王監(jiān)控軟件進行設計的優(yōu)點。本案例是應用PLC來控制變頻器調速的典型案例，通過使用EM235模塊輸出模擬信號，用實時曲線監(jiān)控變頻器的調速過程，最后在組態(tài)王中顯示變頻器的頻率變化曲線及當前的頻率變化值。項目需要運用變頻器的參數(shù)設定、組態(tài)王監(jiān)控畫面的設計、PLC的模擬量輸出等相關知識與技術方法[1]。

1.1 實驗原理及方案

該設計在沒用組態(tài)監(jiān)控設計之前，需要的硬件有PLC（西門子S7-200）、變頻器（松下VF0）、電動機和計算機，還需要多組連線，每次啟動還需要開啟380V三相交流電電源帶動電動機轉動，如果學生不小心連線有誤則會造成一定的設備損壞或危及人身安全。

本設計運用西門子S7-200PLC實驗模塊，通過EM235模塊輸出模擬信號，形成實時曲線輸出給松下VF0變頻器，從而實現(xiàn)對電機調速的過程，其原理如圖1所示，該方案中，電動機的啟動方式有兩種：①使用撥鈕或按鈕（本接線圖使用PLC的輸入點I0.0作為電機的啟停控制點）；②通過組態(tài)畫面中的按鈕。在接線圖中可以看到PLC的輸出點Q0.0與變頻器的5端連接使變頻器用外控操作的輸入信號來進行運行和停止。PLC通過EM235模塊輸出模擬信號，模擬塊的V0、M0分別接在變頻器的2、3端，實現(xiàn)了將模擬信號輸出給變頻器，從而控制電動機的轉速[2]。L+，M分別為PLC和EM235模塊提供電源，變頻器的L1，L2，L3分別接在三相電源的L1，L2，L3，U，V，W作為輸出接在電機上，電機自身為星接法。

圖1 PLC控制的變頻器調速系統(tǒng)的電氣原理

1.2 組態(tài)監(jiān)控方案

基于PLC及組態(tài)監(jiān)控的變頻器調速系統(tǒng)的設計原理簡述如下。

通過PLC編程軟件完成梯形圖的設計，該設計應完成變量存儲器中數(shù)值的變化符合給定曲線的變化趨勢，并能通過模擬量模塊輸出到變頻器中，該部分程序的設計可用基本指令如定時器、比較等指令并結合部分功能指令如傳送指令、運算指令等來完成。

變頻器的運行在接線完成的基礎上，還需對其參數(shù)進行設定，本實驗中主要使用P08和P09兩個參數(shù)對變頻器的控制方式及頻率值進行設定，從而使變頻器由PLC的輸出控制啟停，并由梯形圖程序中變量存儲器中的數(shù)值作為頻率的輸入信號[3]。

組態(tài)監(jiān)控的設計中，通過組態(tài)王軟件的設置，使其畫面能對上述整個過程實現(xiàn)監(jiān)控，如：用畫面中的按鈕作為啟停按鈕來控制電動機的啟停，畫面中也有相應的電動機通過紅綠顏色的變化來顯示當前電機的運行狀態(tài)。同時，畫面中還可顯示頻率值的變化曲線及當前頻率值，監(jiān)控畫面如圖2所示。

圖2 組態(tài)監(jiān)控畫面

2 監(jiān)控軟件應用在 PLC 教學中取得的效果

將組態(tài)王應用到該案例當中，可以對上述整個運行過程實現(xiàn)監(jiān)控，其具有以下優(yōu)點。

（1）在沒有變頻器或電動機的情況下仍然可以順利完成該實驗，減少了硬件設備及連線。

（2）學生可以用電腦在宿舍等非實驗室完成組態(tài)監(jiān)控部分的設計，使學生可以更方便的利用課外時間完成任務，也更節(jié)省了實驗室資源。

（3）對于實驗設備齊全的學校來說，可以讓感興趣的學生完成整個實驗，而對于興趣不濃厚或基礎較差的學生可以只完成結合組態(tài)監(jiān)控部分，這樣既節(jié)約資源，提高實驗安全性，又達到了分層次教學的效果。

（4）該方法動態(tài)的將傳統(tǒng)理論教學與實驗教學有機的融合在一起，豐富了教學手段，活躍了課堂氣氛，“理實一體”使枯燥的PLC知識更加形象生動。通過畫面的監(jiān)控，學生能夠方便地觀察到程序執(zhí)行的動畫過程，更好的加深了對知識的理解，比單純學習書本知識更容易接受，起到了事半功倍的效果。

3 結束語

監(jiān)控軟件應用在PLC課程設計當中不僅提高了學生學習的主動性和興趣，有利于學生更容易地掌握PLC課程的知識，起到了良好的教學效果，并且能增加實踐經(jīng)驗，學生畢業(yè)后從事PLC技術方面的工作時能實現(xiàn)與工作崗位的無縫連接。因此，在PLC課程設計的教學中采用組態(tài)監(jiān)控技術是一種必然趨勢。