淺析MCGS組態技術在中職PLC實訓教學中的應用

鄭榮斌

[摘? ? ? ? ? ?要]? PLC實訓的目的是促進學生掌握綜合開發PLC系統技術，提升職業素養。MCGS是先進性組態軟件系統，應用該系統可高效構造生成監控系統，執行采集處理數據等任務。分析了PLC實訓教學當前的困境及MCGS在PLC實訓教學中的應用價值，探討其應用方法，并結合案例進行教學實踐分析。

[關? ? 鍵? ?詞]? PLC實訓教學;MCGS;系統設計;中職院校

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）46-0150-02

中職院校以培養專業性人才為目標，在理論學習的基礎上開展優質實訓教學是鍛煉學生實際編程能力的重要環節。在既往PLC實訓教學中，教學成效遠未達到預期。MCGS應用可促進PLC實訓教學實效性開展，輔助學生在實訓中鍛煉編程能力，主動參與學習過程。MCGS可聯合相關硬件設備使用，應用該技術實現PLC可視化教學，對增強學生PLC實操能力有積極意義。

一、PLC實訓教學困境

中職院校側重于培養技能型人才，實訓課是技能訓練的實效性課程。PLC是當前常用控制系統，其應用優勢為可有效抗干擾，操作流程簡化，具有更強的靈活性與更高的性價比，調試過程可在短期內完成，相對于同類系統，PLC系統編程技術難度較低。上述應用優勢使PLC實訓成為中職教育的重要內容。在傳統PLC實訓中，只有PLC運行結果為可觀察狀態，學生無法監測分析中間變量，在PLC實訓中理性認知不足，趨于形式化，影響綜合開發能力培養。因訓練缺少直觀性，學生積極性難以被調動[1]。實訓教學與理論教學相比對設備支持需求度更高。實訓課設備體積龐大，需要與科技發展同步更新方能體現實訓意義，但技術更新較快，而設備成本較高，學校難以保證及時更新教學設備，實訓室硬件設施配備存在局限性[2]。

二、PLC實訓教學中MCGS的應用方法

在設計PLC系統時需要分別設計軟件與硬件系統。在設計硬件系統時，應針對硬件系統進行成本控制，保證系統具有應用可靠性，同時具有可拓展性。基于上述原則，先選擇適配的PLC機型，然后選擇輸入設備與輸出設備，對接線圖等重要圖樣進行科學設計，最后結合實際需求設計硬件系統。設計軟件系統時，應對系統調控性能進行監控，提升軟件系統可操作性，保證其可讀性。在設計PLC系統時，設計步驟如下：（1）整合功能要求，明確系統工作流程，對受控對象進行控制過程分析，制定基本設計方案。（2）針對控制對象進行輸入輸出分析，進行參數量化，還應確定工作電壓輸出功率，分析系統在運行現場中的響應效率，并根據上述信息選擇合適的PLC機械類型。（3）選擇合適的I/O設備，對相應地址分配表進行詳述。（4）根據系統，分析電氣應用要求，規劃電氣系統線路圖。（5）設計系統程序，并在設計過程中進行調試與設計優化。（6）完成設計，進行總體安裝，并進行綜合調試與試運行，確保系統設計無誤[3]。

三、案例分析

應用MCGS可進行多類型PLC系統設計，本文以自動化液體混合攪拌系統為例，分析聯合MCGS技術的PLC監控系統設計開發方法。

（一）PLC監控界面

監控界面是PLC設計環節比較基礎的實訓內容，為保證后續系統高效率運行，必須對該系統界面進行規范化設計。以MCGS組態平臺為操作平臺，創建用戶窗口，對其進行命名。窗口創建并命名完成后，選擇“動畫組態”功能后頁面中呈現動畫制作窗口，在此窗口中使用平臺工具設計監控界面。

（二）創建數據庫

系統數據庫的主要作用是存儲和處理數據，以便于后續對數據對象及其屬性進行定義。利用動態數據庫，在應用時支持可視化處理數據與交換數據。在創建數據庫時應保證數據庫的合理性，有科學的運算機制和數據采集范圍。系統數據處理功能主要在實時數據庫中實現，實時數據庫為系統各部分提供公用數據。在進行液體混合攪拌自動化系統設計時，需要設置液位傳感器3個、攪拌電動機1個、液體閥門2個、混合液體閥門1個，并設計數值型物料罐液位。上述數據庫中除物料罐液位外，其余均設置為開關型數據對象。

（三）動畫連接

在設計圖形動畫時，需要確定圖形對象，并使其連接實時數據庫，保證數據對象和圖形對象之間合理連接。連接完成后，應進行動畫屬性設定。針對圖形進行動畫連接時，即為數據庫變量、圖形對象構建對應關系。動畫連接后，可視化頁面中可隨著變量值變化改變圖形對象，使其呈現動態動畫效果。軟件操控者也可通過改變圖形對象的方式促使數據變量值發生變化。通過動畫連接，可保證圖形對象與數據庫變量維持對應變化關系。在MCGS組態中，可選擇不同動畫連接形式。此種動畫連接支持復雜效果構建，例如通過單個圖形對象對多個連接進行定義，適應動畫顯示的實際要求。通過動畫顯示可隨時對設備儀表進行狀態觀察。人機界面中分析閃爍狀態與顏色提示等可評估設備狀態。在運行系統時，數據對象對圖形對象進行實時數據采集，獲取其外觀數據和狀態特征數據，利用采集值驅動原理呈現圖形動畫效果。

（四）PLC系統的MCGS連接

聯合組態軟件二次開發PLC系統，應以適用場合為基礎，選擇PLC類型，選用合適的I/O接口，選用適用接線板、線纜等，綜合設計PLC系統。傳統編程以硬繼電器為主，而利用PLC編程可實現軟繼電器設計。該系統編程中通常使用梯形圖等語言。在梯形圖語言中，多個梯級構成梯形圖，在梯形圖兩側各設有1條豎線，分別代表1條假想邏輯電源。在PLC系統中，常開觸點和常閉觸點不限次。梯級運算完成后，后續梯級可及時應用該運算結果。MCGS組態設置以繪制圖形、設計動畫、創建數據對象、為PLC運行策略環節提供策略構建、調用硬件驅動和連接等方式實現。MCGS系統中包含大量圖元、圖符，還有許多常用動畫構件，應用這些元素可實現PLC系統圖形繪制。動畫設計環節是為數據賦予特定動畫屬性，使PLC系統中可呈現動態界面。MCGS包含多樣化數據類型，根據監控預期為數據變量設置不同格式，利用屬性設置功能，使數據對象連接不同界面圖元。MCGS中的運行策略支持設計界面相關性動畫程序編寫，也可應用運行策略設計相關控制程序處理數據。在該系統中設有定時器構建，可對現場進行定時操控。MCGS系統中設有設備驅動窗口，窗口設置成功后PLC系統數據可向電腦中傳輸，在此過程中應確保通信協議正確，精準設置PLC信息，同時需要保證PLC存儲器和MCGS數據對象正確連接。

（五）模擬程序調試

執行此環節時，應選擇可操作性強的模式進行現場狀態模擬。運行程序時需要一定的環境條件，在模擬程序調試時可進行硬件模擬或軟件模擬。硬件模擬即借助硬件設備對現場信號進行模擬，通過接線方式在PLC系統中輸入信號。硬件模擬的應用優勢是可即時獲得反饋，測試效率較高。軟件模擬即單獨編寫模擬程序，應用于PLC系統，發出模擬現場信號，對程序可行性進行檢測，指導系統調試。軟件調試的應用優勢是操作簡單易行，其缺陷是信號反饋延遲，調試耗時較長。系統運行測試顯示，上位機PC連接下位機PLC后，二者信息實時交互運行良好，系統畫面監控正常，可對實物模型進行仿真模擬，應用效果較好。教學實踐顯示，在PLC實訓中融合組態軟件可輔助突破PLC教學瓶頸，緩解實訓教學設備壓力，減少設備更新要求，有效節省資金，使教學內容更新更具時效性。常規實訓中部分實訓項目較抽象，但在PLC仿真實訓中項目可進行直觀化訓練，利用監控畫面可對工控流程的模擬再現情況進行觀察，激發學生學習興趣，使教學計劃更易開展，對師生雙方更具實用性。PLC實訓可進行機電一體化訓練、電氣自動化訓練，是中職的重要專業課。該類課程對實訓的需求較高，要求教學中加強實訓，保證教學內容緊密聯系社會實踐，傳統教學具有局限性，PLC仿真實訓可促進學科交叉教學，完善實訓模式，提升實訓效果。

綜上所述，傳統PLC實訓難以保證高仿真訓練，實訓效果不佳。應用MCGS技術拓展PLC系統組態，可利用仿真技術促進PLC系統教學，在模擬狀態下進行PLC可視化教學。在MCGS支持下的PLC實訓教學可仿真模擬PLC系統運行過程，支持可視化調試，為學生提供更接近于實操的設計和操作訓練，訓練效果更直觀，同時降低對硬件設施的要求，降低教學成本。在實際應用中，此種實訓設備耗損更低，實訓效果更好，應用價值較高。

參考文獻：

[1]胡丹.MCGS在自動化生產線安裝與調試課程中的應用[J].教育教學論壇，2020（42）：349-350.

[2]馮軍磊，王艷平.基于MCGS和PLCSim的虛擬教學實驗平臺的設計與實現[J].機電信息，2020（6）：70-71.

[3]曹蕊蕊，黃輝.基于MCGS組態軟件技術的PLC實踐教學改革[J].科技風，2020（2）：41，52.

編輯 郭小琴