電氣控制PLC實訓平臺的設計和實現

姜銀秀

（河源理工學校，廣東河源 517000）

隨著我國工業生產由半自動化向自動化快速發展，急需電氣智能技術應用型人才，中等職業學校為企業培養大批自動化控制技術人才，所以加強中等職業學校實訓基地的建設越來越緊迫[1]。

可編程控制器（PLC）是基于計算機技術的通用工業控制設備。PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體，結構容易擴展，性價比高，可靠性高，已成為自動化工程的核心設備。因此，對于理工科類的院校來說，PLC課程的實訓和教學就尤為重要。

組態軟件是一種人機界面，其操作簡單，并且功能強大、穩定性高，非常適合用于工業生產和居民生活。若PLC與組態軟件結合起來，就可以實現人機對話，直接在計算機中顯示出模擬運行的結果[1]。

其設計理念為：首先編制PLC程序，再利用組態軟件構建相應的人機界面，最后將兩者進行通信連接。這樣就可以通過對組態軟件仿真界面中的控制對象的相應動作來觀察教學實驗系統的控制結果，檢驗PLC程序的正確與否，并做出相應的修改、調試，得到理想的虛擬仿真教學實驗系統。

本課題的意義是在節省實訓室資金投入的同時，提高學生學習PLC的興趣，充分發揮學生的創造性思維，鍛煉學生的實踐能力，使學生掌握PLC、計算機通訊及組態軟件等先進技術。

1 PLC實訓平臺的結構

PLC實訓平臺的設計的包括兩個方面：硬件部分和虛擬設備部分如圖1所示。

圖1 PLC實訓平臺設計的流程圖

此實訓裝置包含了硬件和軟件兩部分，如圖2所示，硬件有：PLC、計算機；軟件支持有：GX Developer和組態王軟件。

圖2 結構圖

根據教學實踐，并結合學生的學習興趣和可實施性，設計了以下7個實訓項目如圖3所示。

圖3 基于組態軟件和PLC的實訓平臺的結構簡圖

現在用三相異步電動機正反轉控制為例進行說明。

圖4所示是按鈕接觸器雙重聯鎖控制三相異步電動機正反轉控制電路[3]。

圖4 雙重聯鎖控制三相異步電動機正反轉控制電路

（1）控制原理

啟動時，合上總電源開關QS，再按下正轉啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，其輔助常開觸頭閉合形成自鎖線路，輔助常閉觸頭斷開形成互鎖線路，主觸頭閉合，電動機正轉運行[4]。

當需要反轉時，只需按下反轉啟動按鈕SB3，接觸器KM1線圈斷電，KM1觸頭復位斷開正向電源，接觸器KM2線圈得電，其輔助常開觸頭閉合自鎖，輔助常閉觸頭斷開互鎖，主觸頭閉合，電動機反轉運行。

SB1為總停止按鈕。根據要求，首先列出正轉運行和反轉運行的控制時序圖，如圖5所示。

圖5 控制時序圖

根據圖4所示的三相異步電動機正反轉控制線路的電氣原理圖所示，應該要滿足以下幾點：

（1）能夠用按鈕控制三相交流異步電動機的正、反轉啟動和停止；

（2）具有短路保護和過載保護等必要的保護措施；

（3）利用PLC基本指令來實現上述控制。

I/O通道地址分配表見表1。

根據三相異步電動機正反轉運行的控制要求，可確定PLC需要3個輸入點，2個輸出點，其I/O通道地址分配表見表1。

表1 三相異步電動機正反轉運行的I/O通道地址分配表

PLC接線圖如圖6所示。

圖6 PLC接線圖

根據I/O通道地址分配表及圖5所示的控制時序圖繪制梯形圖程序如圖7所示。

圖7 三相異步電動機正反轉運行的梯形圖程序

2 人機操作界面的實現

通過組態組態界面的設計、系統數據變量的設置和系統動畫連接的設計這三個方面完成人機操作界面的實現[5]，完成后的效果如圖8所示。該控制系統的工作原理是：當按下“電源開關”按鈕后，并按下“電機正轉”時，組態王的功能組態王不僅顯示系統的運行狀態，而且可以在組態王運行界面上控制外部設備的運行狀態。

3 總結

基于組態軟件的電氣控制實訓平臺和傳統的實訓方法相比較，具有許多的優點，例如：實訓設備簡單、實訓條件容易滿足，就一個計算機和一臺PLC；維護保養經費少，需要維護的設備只有計算機和PLC，按照要求操作的話，一般是不需要更換配件的；安全系數高，PLC沒有外接設備不涉及運行機構連接電源；實訓現象直觀、提高學生學習興趣，直接可以在計算機上演示出結果；實訓內容更新速度快，直接在組態軟件中添加實訓模塊即可等。

圖8 三相異步電動機正反轉控制演示主畫面

綜上所述，基于組態軟件的電氣控制實訓平臺為PLC實訓教學環節提供了一條新的途徑。

［1］周美蘭，周封，王岳宇.PLC電氣控制與組態技術［M］.北京：科學出版社，2003.

［2］楊廣才，張丹.組態軟件在PLC實驗系統中的應用［J］.蘇鹽科技，2006（4）：19-21.

［3］丁宗燕，盧明林.PLC教學與實踐相結合的探討［J］.現代企業文化，2008（12）：183-185.

［4］顧繩谷.電機及拖動技術［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［5］李凱.基于組態技術的PLC創新實驗教學改革［J］.大眾科技，2009（1）：165-167.