高校PLC實訓資源實時遠程可視、可控共享平臺的設計與實現

董娜 李庚

摘 要：PLC可編程控制技術相關專業課程是自動化、機電一體化等專業的核心課程，該課程的實訓環節在整個課程中所占比例較大，實訓設備與實訓環境造價很高，各高校的PLC技術實驗室的容量、設備數一般都比較有限，無法全面滿足學生的實訓需求。本文設計、實現了一種基于WINCC組態軟件開發、PLC遠程下載、視頻畫面遠程網絡共享、專用控制界面遠程訪問等技術，能夠在信息化環境下，使PLC實訓設備實現在線遠程實時共享的解決方案。該平臺可以通過網絡在實訓室外的PC極上對實訓室內的PLC設備進行程序上載、下載，控制PLC設備的輸入、輸出、中間繼電器狀態以及數據存儲器的數值，并且通過實時畫面監視PLC實際控制系統的運行狀態，實現PLC實訓資源的使用效率最大化。同時也為需要實現遠程多終端控制操作的工業控制情境提供了有價值的系統模型。

關鍵詞：PLC;實訓資源;遠程;共享平臺

【中圖分類號】G【文獻標識碼】B

【文章編號】1008-1216（2018）03B-0036-02

近年來，隨著國家經濟、技術的發展，在各理工科類高校及高職院校中，實訓室的建設不僅是各高校教學以及科研建設的基礎，同時也是各理工科類高職院校發揮職業教育特色、培養高技能專業技術人才的基礎與載體。隨著一些高校開設自動化控制工程、機電一體化工程等與實際生產、工程緊密結合的專業，教育的定位更加注重培養具有卓越工程師素質的人才，高校對人才的實際技能培養與專業建設越來越凸顯實訓資源的重要性。

在機電一體化及自動化類專業為主的院校中，“PLC原理及應用”課程是一門專業基礎課，各相關專業都開設了該課程，但PLC實訓室的設備需求較為特殊，占地面積較大，多為實驗臺的形式，90平方米的實訓室最多配備26套PLC實訓臺，從數量上最多滿足一個教學班同時開展教學活動。作為專業基礎課，幾乎所有相關專業班級都需要開設此課程，這也就造成了PLC相關課程實訓資源短缺的現象。在原有條件下，學院的解決方法往往是增加實訓設備或減少實踐課所占比例。增加實訓資源會受到資金限制與實驗場地的限制，PLC實驗室的建設最主要的問題來源于場地方面的限制，一般來說針對大型設備的實訓資源的擴建更加難以實現。一些資金緊張的高職院校往往采取減少各班級的實踐課程時間作為解決問題的方法，但是這樣學生就沒有充分的實踐，特別對一些培養高技能、應用型人才為主要辦學指導思想的高職院校來說又難以完成人才培養的要求。

在上述情況下，提出一種基于組態技術的PLC課程實訓資源共享平臺建設方案，無疑是對上述問題的最好解決方法。目前各種信息化手段在教學中的應用，使原有的教學方法與方式發生了極大的改變，但對實驗資源如何利用信息化手段進行資源共享還處于研究階段。

本文闡述了如何利用PLC遠程下載、PLC組態控制、PLC運行效果實時圖像的遠程傳輸等技術設計、實現一個可執行的PLC實訓資源遠程操作共享平臺。該平臺在現有PLC實訓資源基礎上，使PLC實訓設備可以在非上課時間完成“PLC原理及應用”課程主要實驗內容的控制程序遠程下載、硬件運行效果實時傳播、PLC輸入開關信號遠程控制等功能，解決實訓設備少、實踐課程時間不足的問題。

一、PLC遠程程序上載、下載功能實現

PLC可編程控制器的生產廠家有很多，在市場上常見的PLC可編程控制器品牌有西門子、三菱、歐姆龍等，本文選取教材中常見的西門子200系列PLC進行共享平臺設計。

將PLC200可編程控制器設備進行遠程共享，首先需要解決將程序下載過程可以進行遠程操作，即在與實訓設備不直接相連的遠端PC機上，通過網絡傳輸將遠端PC機上編譯好的控制程序下載到PLC設備中。這一過程需要軟、硬件的同時配合。目前國內外開發了很多類似的成熟系統，其硬件部分主要解決將RS-232或RS-485類型的接口轉化為可適用于TCP/IP通信協議，使遠端PC機可通過基于DLL+VB程序、虛擬串口程序以及Socket網絡程序開發的用戶界面實現將編寫好的梯形圖控制程序編譯后通過互聯網傳輸到目標PLC控制設備處完成程序下載功能。

使用GM400系列模塊可以很好地解決這一需求，在使用時根據GM400模塊接口完成與PLC及外網路由器間的連接。在連接時，將網線插座用標準網線與外網路由器連接，DB9/RS232接口由PLC標準串行線纜與PLC控制設備連接。VCC與GND直接由PLC供電端口引出電源線供電即可。上位軟件需安裝與GM400配套的管理軟件與基于TCP/IP通信協議轉化的虛擬串口程序。經過遠端PC機虛擬串口選擇與PLC控制設備連接串口選擇后即可開始進行PLC梯形圖控制程序遠程下載、調試了。

二、PLC實訓設備I/O端口、中間變量、運行參數遠程監控、修改

PLC控制設備往往在進行實際控制過程中針對設備啟、停、運行位置、動作取消、系統復位、模擬量采集、其他控制棧數據保存、處理、中間變量修改等控制環節需求需對PLC控制設備的I/O端點、數據存儲器、中間繼電器狀態進行實施檢測、修改、判斷等操作。其中有些操作可以通過編寫程序根據實際運行情況進行處理，有些則必須通過手動按鍵或外圍硬件觸碰行程開關等形式達到改變控制系統運行狀態的目的。但是在采用遠程PLC實訓資源共享平臺實現PLC實訓設備遠程共享的情況下，因對PLC實訓設備的使用地點往往不在實訓室內，所以使用者無法直接接觸設備，更無法對設備連接的外圍設備進行操作，所以本文使用WINCC組態軟件設計了一套與PLC課程實訓內容外圍硬件電路一致的可在遠端PC機上達到與在實地一樣的控制效果的操作界面。

現在以自動化控制中常用的樓宇恒壓變頻給排水實訓項目為例，使用WINCC組態軟件設計開發了可用于PLC實訓資源共享平臺的組態控制界面。其具體設計實現過程如下。

（一）項目控制要求分析

（1）在蓄水池水位高于限定位置時，啟動開關閉合變頻器啟動，反之變頻器停止。

（2）在蓄水池水位低于限位時，變頻器自動停止，并報錯。

（3）利用PLC自帶PID閉環控制達到恒壓，且能在組態界面修改PID參數。

（二）設備變量定義及I/O分配

因PLC200系列中的CPU224XP產品除帶有開關量輸入輸出端口，還自帶2路模擬量輸入與一路模擬量輸出端口，同時自身具有PID功能可以通過編程來進行PID參數設定，本例中PLC200利用WINCC組態軟件中的PID控件實現恒壓控制。

（1）I/O分配

參考I/O分配表。

（2） 變量定義

變量定義見下表。

組態界面中變量定義

（三）組態控制界面網絡發布

設計完成的組態控制界面必須以網頁的形式在互聯網上進行發布才可以讓用戶在任意地點通過網絡進行訪問、操作，達到實訓設備共享的目的。WINCC組態軟件自帶控制界面網絡發布功能。

本文中設計開發的樓宇恒壓變頻給排水組態界面可發布為網絡界面，實訓室內PLC設備配備的控制PC主機則可以作為Web服務器供遠端共享PC設備訪問。

三、實時運行畫面傳輸

目前市場上網絡攝像機的清晰度與價格已被越來越多的人所認可，利用網絡攝像機與WINCC組態軟件自帶的攝像機畫面集成功能可以輕易實現該攝像機實時監控畫面與組態界面的集成，使畫面以畫中畫的形式存在于組態界面中，達到對PLC實訓設備運行狀態實時監控的目的。

綜上所述，本文主要設計實現了一種針對PLC實驗設備數量有限、使用范圍較廣、擴建受外部條件制約等問題的PLC課程實訓資源遠程共享平臺;對其他與PLC課程實訓資源目前所面臨相同問題的實訓資源共享也具有借鑒意義。

參考文獻：

殷永生，溫林，張斌.談談PLC教學中的幾點經驗[J].科技信息，2011，（8）.