组态软件在PLC实践教学中的应用

1、组态软件在PLC实践教学中的应用江苏省盐城技师学院电气工程系 李建军摘要：本文以液体搅拌系统为例介绍了组态软件在PLC实践教学中的应用。运用组态软件制成液体搅拌系统图形仿真系统，与PLC连接模拟生产设备的实际运行，将抽象的梯形图逻辑运算与现实设备的动态运行进行有机联系，解决了PLC实践教学中学生抽象与现实的思维鸿沟。 关键词：容器罐 组态软件 PLC 鸿沟一、PLC梯形图编程解决了计算机技术与传统电气控制技术之间的鸿沟图1 液体搅拌系统如图1所示，液体搅拌系统是可编程控制器（简称PLC）教学中比较典型的编程练习例子。自2004年承担PLC教学任务以来，我一直启发、教导学生用计算机梯形

2、图语言编程。因为，该编程语言以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以梯形图为基础的形象编程语言，而梯形图符号和定义与常规继电器展开图完全一致，电气工程人员使用起来得心应手，不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业鸿沟，了解了PLC简要工作原理及其编程技术之后，即可结合实际需要进行PLC控制系统的应用。 二、运用PLC梯形图编程调试时，仍会遇到抽象的梯形图逻辑运算与现实的生产设备运行动态之间在思维上的鸿沟从几年教学中，我发现学生在学完工厂电气控制设备、电力拖动控制线路课程后，经很短时间的培训就可掌握从继电器电气线路图转换成PLC梯形图程序及诸如“电机正反转”、

3、“Y降压启动”等简单控制系统的编程，但对于液体搅拌系统、车床运转、电梯、自动售货机等略复杂的控制系统编程，时常是编写完程序后自认为十分严密、完美，可一到调试运行时，却无法从监控的梯形图所反映的开关与继电器状态判断出程序的逻辑关系是否符合控制要求，出现问题时同样判断不出是哪一段的逻辑运算出错。这就是学生在学习中遇到的又一道鸿沟，即抽象的梯形图逻辑运算与现实的生产设备运行动态之间的思维鸿沟。这一障碍较严重地制约着学生PLC编程的学习，是PLC实践教学中一个亟待解决的问题。三、尝试运用多种方法“填沟”在几年的教学实践中，我一直探索着如何在PLC控制系统编程上将控制设备的逻辑动作进行直观化。起初，我借

4、鉴PLC实验台上的控制模板，在模板上有设备的工艺流程图，并镶入指示灯及开关，接上对应的PLC输出、输入接口组成模拟调试系统。此法在显示方法上有较大的改进，也是以后组态系统的雏形，在程序监控中已能较直观地将梯形图中继电器的状态变化表现为工艺设备的状态变化，使学生准确地、直观地了解程序运行中设备的运转情况。但此法也有不足，无法展示设备一些模拟量的动态变化，如容器罐的液位变化。有鉴于此，我在教学中遇到“机械手”这一课题时，常利用自动化生产线（MPS）中第二单元的机械手进行编程调试教学。结果，在随后的学习过程中，学生普遍反映感觉很好，连以前害怕被笑称“编程弱智”的女生也敢于一试。总体而言，此种调试方法

5、最贴近工厂实际生产设备的工作情况，编写、调试出来的程序也最具实用性和可靠性。美中不足的是，购买或制作一个实物教学模型并非容易之事，需要大量资金作支撑。此后，我又尝试运用计算机制作图像和动画取代工艺流程图像板，期间试过运用Photoshop等图形制作软件制作设备运行动画，但无法与PLC进行通信来驱动图形作动画运行。后来我从有关计算机技术人员处咨询得知，若要从外界控制画面图形作动画运行，就必须使用高级语言作大量编程，而这并非一个人的能力所能完成，更非一个不精通计算机技术的人所能做到。2005年的暑期培训中，我学习了组态软件在自动化控制系统中的应用，由此触发了灵感，萌生了用组态软件制作仿真设备来模拟

6、工艺设备的运行以进行PLC梯形图程序调试的设想。四、制作组态系统，试验“填沟”的具体过程液体搅拌控制系统由装有力控组态软件的计算机、PLC、输入开关设备（控制开关）、输出设备组成，如图2所示：图2 系统结构图该系统是通过RS232422适配器和电缆使力控与PLC直接进行通讯，使PLC程序的执行情况实时、直观地在电脑画面上显示出来。液体搅拌组态系统选用北京力控公司的力控软件设计制作。该软件由开发系统和运行系统两部分组成，工程组态系统一般先在开发系统中设计制作完毕，然后在运行系统中运行。液体搅拌组态系统主要制作过程如下：第一步，在工程浏览器中建立液体搅拌系统工程项目。第二步，在画面开发界面的图库中

7、调出容器罐、管道、电磁阀、电动泵等素材组成液体搅拌组态系统的基本画面，再运用绘画工具修饰制作容器罐和管道的剖面效果。第三步，在设备配置中定义松下电工FP1系列PLC的通信设置，具体内容如图3所示：图3 设备定义向导第四步，在数据库数据字典中定义I/O变量和中间变量。例如，PLC的输出变量Y1的定义如图4所示：图4 变量属性设置第五步，在命令语言中定义液体搅拌组态系统启动、运行、停止时变量的状态和一些运算关系。具体内容如下：运行命令：IF water>=88 THENMIDDLE.PV=1;else MIDDLE.PV=0;ENDIF/最上位置控制器的动作IF water>=188

8、THENUP.PV=1;elseUP.PV=0;ENDIF/最下位置控制器的动作IF water>=5 THENDOWN.PV=1;elseDOWN.PV=0;ENDIF/如果阀门1打开，则液体高度增加IF KAI2.PV=1 THENwater=water+1;ENDIF/电机动作IF N.PV=1 THENIF turn=1 THENturn=0;elseturn=1;ENDIFENDIF/如果输出阀门打开，则液面降低IF OUT.PV=1 && water>0 THENwater=water-1;ENDIF第六步，返回画面开发界面，利用已定义的变量设定画面的动

9、画连接。例如，若要容器罐液位随PLC程序的执行而动态变化，则容器罐的动画效果设定为“填充效果”，动画条件设定为“容器罐液位”。最后一步，在运行系统中试运行。以上种种组态制作通常是用问答式填表方法来完成变量的设置，所用图形直接从图库中调出即可，大大节省了编程开发的工作量，使组态软件既易于学习又易于使用。也就是说，组态软件系统能有效填平抽象与现实之间的思维鸿沟。但另一方面，这要求组态图形系统的开发者必须熟悉PLC的编程和通信，了解C语言的一般格式和运算符功能，掌握数据库处理数据的模式，有美术功底则更能胜任。五、结束语将组态软件应用于PLC实践教学是教学改革的一个尝试，也是PLC模拟仿真教学的必然趋势。它不仅丰富了PLC教学手段，而且有效填平了抽象与现实之间的思维鸿沟。我们现在所面临的问题是如何利用组态软件构建和谐的PLC一体化教学平台，目的是激发学