李明海

【摘 要】本文對組態(tài)軟件的功能進行了分析，以機械手控制系統(tǒng)為例，利用組態(tài)軟件開發(fā)PLC課程教學所需要的動態(tài)模擬被控對象，以取代價格昂貴的實物模型，可大大節(jié)省成本，而且畫面直觀，調(diào)試方便，能有效提高學生的興趣、編程技巧和動手能力，提升PLC課程的教學效果，并能提供學生工程實踐經(jīng)驗，達到全方位教學的目的。

【關(guān)鍵詞】PLC（可編程控制器）；組態(tài)軟件；仿真

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2016）14-0100-03

一、引言

PLC即可編程控制器，具有體積小、抗干擾能力強、可靠性高等優(yōu)點，已經(jīng)成為工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域中發(fā)展最快、應用最廣的工業(yè)控制裝置。現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)迫切需要PLC的專業(yè)技術(shù)人才。在這種需求形勢下，PLC已成為機電一體化技術(shù)、自動化的專業(yè)核心課程之一，是一門實用性、工程性和綜合性很強的專業(yè)課。

在實際工程中，PLC輸出的負載一般都接有接觸器、電磁閥、繼電器。但是，在“PLC工業(yè)控制”課程教學中，我們的實驗板只能使用發(fā)光二極管代替實物，并在實驗板上觀察最后輸出的運行結(jié)果，而且實驗臺上能做的實驗不多。這導致我們學生雖然學會了編程，但到了工業(yè)現(xiàn)場卻不會接線。這種教學方式缺乏直觀性，且實驗方法單調(diào)枯燥，學生學習興趣不高，實驗效果不理想，極大影響了學生參與實踐的積極性及動手能力。

為了緩解上述矛盾，PLC課程教學把組態(tài)軟件使用到其中，利用組態(tài)軟件仿真PLC的被控對象。組態(tài)軟件可以接受PLC發(fā)出的控制信號，并按照組態(tài)軟件中程序的算法以動畫等形式在計算機屏幕上反映出PLC對被控對象的控制過程及結(jié)果。利用組態(tài)軟件仿真模擬被控對象，就可以實現(xiàn)有限的設(shè)備多樣化的設(shè)計，從而豐富學生的PLC課程內(nèi)容。

二、組態(tài)王軟件

亞控科技公司開發(fā)的組態(tài)軟件——組態(tài)王，是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過程控制設(shè)計、現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應用以及信息交流匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理。軟件由工程瀏覽器（Touch Explorer）、工程管理器（Proj Manager）和畫面運行系統(tǒng)（Touch View）三部分組成。

工程管理器內(nèi)嵌畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導入和導出等功能。工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設(shè)計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動畫連接、命令語言以及設(shè)定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。運行系統(tǒng)是工程運行畫面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設(shè)備的相互交互。

三、機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

本文以西門子公司的S7-200 PLC為下位機，結(jié)合機械手控制系統(tǒng)的PLC控制實例，在機械手的PLC編程已完成的基礎(chǔ)上介紹組態(tài)王軟件完成對機械手仿真、監(jiān)控和通信等的應用。

控制要求：如圖1，按起動后，傳送帶A運行，直到按一下光電開關(guān)才停止，同時機械手下降。下降到位后機械手夾緊物體，2s后開始上升，而機械手保持夾緊。上升到位左轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)到位下降，下降到位機械手松開，2s后機械手上升。上升到位后，傳送帶B開始運行，同時機械手右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位，傳送帶B停止，此時傳送帶A運行，直到按一下光電開關(guān)才完成一次循環(huán)。

1. 靜態(tài)畫面的制作

仿真畫面需要的圖像可以運用組態(tài)工程界面的畫圖工具自行按照控制對象制作，所需的指示燈、按鈕、控制方式、選擇開關(guān)等，可直接從組態(tài)軟件的圖庫中選擇相應的圖形，圖庫中提供了多種工業(yè)設(shè)備的圖形符號，為仿真畫面的創(chuàng)建提供了方便。按照控制系統(tǒng)的要求，制作出了如圖2所示畫面。

2. 連接和定義外部硬件設(shè)備

連接和定義外部硬件是確定數(shù)據(jù)來源于I/O設(shè)備的過程，I/O設(shè)備的含義是指在控制系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)采集與控制過程的物理設(shè)備，如PLC、智能模塊、板卡等。本項目中通過工程瀏覽器中用“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒颍鶕?jù)實際的硬件設(shè)備選擇PLC，如圖3所示，并進行相應的設(shè)置。

3. 實時數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王軟件最核心的部分，在機械手控制中擔任和PLC中I/O設(shè)備的實時數(shù)據(jù)交換的重任。在系統(tǒng)運行時，機械手現(xiàn)場的工作狀況要以動畫的形式反映在顯示屏上，操作者在計算機上發(fā)布的指令也要迅速送達工作現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。

數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)變量由“數(shù)據(jù)詞典”進入設(shè)置。數(shù)據(jù)詞典數(shù)據(jù)變量總體可分為兩種：一種是內(nèi)存變量，另一種是I/O變量。內(nèi)存變量是處理需要而設(shè)定的一種變量，在組態(tài)軟件中自行存儲，不參與PLC的I/O運行，但參與監(jiān)控畫面中的動作。而I/O變量是和外界硬件設(shè)備和PLC內(nèi)部變量相關(guān)聯(lián)的變量。圖4是根據(jù)機械手I/O分配表和PLC內(nèi)部變量建立在數(shù)據(jù)庫中的I/O變量。

4. 定義動畫連接

“動畫連接”就是建立仿真監(jiān)控畫面中圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應關(guān)系，可以由表達式連接I/O接口。PLC中I/O變量變化，就會引起實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化，并在畫面上反映出來，實現(xiàn)了機械手的實時監(jiān)控和動態(tài)顯示功能。圖5是機械手下降垂直動作的設(shè)置畫面。

5. 命令語言

組態(tài)王除了定義動畫連接時支持連接表達式，還允許用戶編寫命令語言來擴展應用程序的功能，極大地增強了應用程序的可用性。

命令語言的格式類似C語言的格式，用戶只要按照規(guī)范編寫程序段即可。按照機械手工序的控制要求，編寫命令語言可以完場上位機控制操作。例如下面是顯示傳送物體以及夾緊下降的部分程序。

if（＼＼本站點＼光電開關(guān)PS==1）

{ ＼＼本站點＼物體A顯示=1；}

if（（＼＼本站點＼下降YV2==1）&&（＼＼本站點＼夾緊YV5==0））

{ if（＼＼本站點＼下降參數(shù)<10）

{ ＼＼本站點＼下降參數(shù)=＼＼本站點＼下降參數(shù)+1； }}

6. 運行系統(tǒng)

當完成以上的工作后，就可以與PLC聯(lián)機試運行。將組態(tài)畫面進入“切換到View”后，上位機切換到運行系統(tǒng)畫面。按下PLC的啟動按鈕，就可以觀察到機械手的每一步運行過程。圖6所示為機械手右轉(zhuǎn)后的畫面。

四、結(jié)束語

組態(tài)軟件結(jié)合PLC投入教學使用后，增加了課程的趣味性，形象生動地展示了實訓室欠缺模型對象的控制過程仿真。教學實踐證明，將組態(tài)軟件應用于PLC實踐教學中是切實可行的，并且能取得良好的教學效果。學生對PLC課程的興趣明顯提高， 有助于提高動手能力，創(chuàng)新思維得到充分發(fā)揮。比如上述機械手控制系統(tǒng)，學生可以增加搬運工件數(shù)量的統(tǒng)計功能，在組態(tài)界面加上搬運的工件實時統(tǒng)計數(shù)量，并動態(tài)地顯示。

參考文獻：

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（編輯：王春蘭）