監(jiān)控組態(tài)軟件在恒壓供水實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)中的應(yīng)用

游　建

摘要:闡述了如何應(yīng)用監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)恒壓供水實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)的思路，及應(yīng)用相關(guān)軟件開發(fā)在實(shí)訓(xùn)環(huán)境下的考核系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化考試的可行性進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控組態(tài)軟件；恒壓供水系統(tǒng)；PLC；無(wú)紙化考試

監(jiān)控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介

監(jiān)控組態(tài)軟件是面向操作對(duì)象、集監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能于一體的軟件平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。其最主要的特點(diǎn)是有一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以完成設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)還有強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)能力。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)主要是解決人機(jī)圖形界面問題，但隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著監(jiān)控組態(tài)軟件功能的不斷擴(kuò)充，它在工控領(lǐng)域的應(yīng)用顯現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，并逐漸在教學(xué)領(lǐng)域也有所應(yīng)用，例如，在仿真教學(xué)、硬件設(shè)備的動(dòng)態(tài)監(jiān)控等方面得到了很好的應(yīng)用。

恒壓供水實(shí)訓(xùn)設(shè)備簡(jiǎn)介及其在教學(xué)考核中的不足

我校曾購(gòu)買過一套恒壓供水實(shí)訓(xùn)設(shè)備，該實(shí)驗(yàn)裝置以日本三菱PLC和變頻器為主要控制器件。PLC通過A/D轉(zhuǎn)換模塊采集傳感器的輸出信號(hào)，從而監(jiān)測(cè)供水壓力以及液面高度，再由PLC控制變頻器和接觸器調(diào)節(jié)水泵的工作狀態(tài)，使供水壓力保持在一個(gè)恒定的范圍。這套實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以完成模擬樓宇恒壓供水的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，是機(jī)電類專業(yè)和機(jī)電類高技能人才培訓(xùn)考核的基礎(chǔ)性設(shè)備。我校引進(jìn)該設(shè)備后，在相關(guān)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中加入了相關(guān)的內(nèi)容，不僅拓寬了學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，豐富了教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)效果也比較明顯。但在使用該設(shè)備的培訓(xùn)考核過程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，主要表現(xiàn)在考核的隨機(jī)性及人為因素太多，例如，不同的考核人員在考核量分尺度把握上不同，考核中分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)需要人工統(tǒng)計(jì)，容易出差錯(cuò)且考核周期長(zhǎng)等。以上幾點(diǎn)不足在理論考試過程中也曾出現(xiàn)，但自從出現(xiàn)了無(wú)紙化考試系統(tǒng)，這個(gè)問題就得到了很好地解決。以往在電腦無(wú)紙化考試系統(tǒng)中，多采用ASP技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件來開發(fā)，這也多半是針對(duì)理論考試，針對(duì)實(shí)踐操作考核的無(wú)紙化考核軟件還比較欠缺。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，通過使用組態(tài)軟件過程中發(fā)現(xiàn)該軟件可以輔助作為實(shí)踐操作的考核系統(tǒng)，于是就在恒壓供水系統(tǒng)中引入組態(tài)軟件來開發(fā)該考核系統(tǒng)，實(shí)踐證明比較成功。

利用監(jiān)控組態(tài)軟件改進(jìn)該考核系統(tǒng)的方法

首先，要明確監(jiān)控組態(tài)軟件在整個(gè)考核系統(tǒng)中所起的作用。監(jiān)控組態(tài)軟件主要是監(jiān)控PLC內(nèi)部寄存器的狀態(tài)，這些寄存器的狀態(tài)則反映了恒壓供水系統(tǒng)的工作性能。所以，監(jiān)控組態(tài)軟件就與恒壓供水系統(tǒng)建立起一種內(nèi)在的聯(lián)系。在用組態(tài)軟件作考核系統(tǒng)時(shí)只要監(jiān)控反映系統(tǒng)性能狀態(tài)的各個(gè)PLC的內(nèi)部寄存器的狀態(tài)，并對(duì)這些性能狀態(tài)給出量化的考核指標(biāo)，就能達(dá)到考核的目的。順著這個(gè)思路，利用該設(shè)備從“PLC的編程訓(xùn)練和考核”、“外部接線的訓(xùn)練考核”、“故障排除的訓(xùn)練考核”、“設(shè)備調(diào)試效果的考核”這四方面進(jìn)行了探索。

PLC的編程訓(xùn)練和考核這方面的考核目的主要還是訓(xùn)練學(xué)生的編程能力和技巧。為了達(dá)到考核目的，可以將編程要求進(jìn)行分解，分解成一個(gè)個(gè)的考核功能塊，每個(gè)功能塊定義一定的分?jǐn)?shù)?？己藭r(shí)，學(xué)生能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)功能就對(duì)應(yīng)有一定的分?jǐn)?shù)，這樣匯總后就是學(xué)生該項(xiàng)的考核得分。為了使考核準(zhǔn)確，快速的判斷出程序的正確與否，可以在組態(tài)軟件中預(yù)先設(shè)計(jì)好一個(gè)監(jiān)控界面，將數(shù)據(jù)連接也預(yù)先定義好，在考核時(shí)，只要將數(shù)據(jù)連接表提供給學(xué)生，要求學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)連接表來定義PLC的I/O連接情況，并進(jìn)行PLC程序的編寫。程序編寫完成后，將程序下載到PLC中，只要起動(dòng)考核系統(tǒng)，組態(tài)軟件會(huì)自動(dòng)連接PLC，這樣在監(jiān)控界面中就可以依據(jù)畫面動(dòng)作正確與否來判斷程序的對(duì)錯(cuò)了?？己诉^程中除了采用功能記分方式外，還采用時(shí)間定時(shí)方式來考核。例如，以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)泵的恒壓供水程序編寫為例。這個(gè)考核過程要求學(xué)生在兩個(gè)半小時(shí)內(nèi)完成單臺(tái)泵在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒壓的目的。考核的功能點(diǎn)可分為4點(diǎn)：功能一：能否實(shí)現(xiàn)水泵的工頻和變頻的自動(dòng)切換。功能二：能否實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的手動(dòng)/自動(dòng)切換。功能三：能否將系統(tǒng)的反饋壓力/反饋液面和設(shè)定壓力/設(shè)定液面的數(shù)據(jù)正確地讀入PLC，并正確顯示在監(jiān)控畫面中。功能四：能否實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力的恒定（在規(guī)定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)波動(dòng)是允許的）。這四個(gè)功能點(diǎn)可以分別定為25分，只要學(xué)生的程序能實(shí)現(xiàn)1個(gè)功能，則考核分?jǐn)?shù)會(huì)自動(dòng)加25分。最后，以學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能得到的考核總分來作為學(xué)生本項(xiàng)考核的得分。另外，學(xué)生需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，否則到時(shí)間后程序會(huì)自動(dòng)鎖定，提示學(xué)生考試時(shí)間已經(jīng)到，請(qǐng)交卷。此時(shí)，學(xué)生只須按交卷按鈕，退出考核系統(tǒng)，再點(diǎn)擊分?jǐn)?shù)查看，即可馬上知道自己本項(xiàng)考核的得分。

外部接線的訓(xùn)練考核在實(shí)際的工業(yè)控制系統(tǒng)中，輸入信號(hào)的連接正確與否與整個(gè)系統(tǒng)的正確調(diào)試關(guān)系很密切。

一般在設(shè)備調(diào)試過程中，通常是首先檢測(cè)輸入信號(hào)正確與否，然后才是檢測(cè)輸出部分的動(dòng)作。所以，輸入信號(hào)是一個(gè)重要的考核點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)考核外部硬線的連接訓(xùn)練主要考核學(xué)生對(duì)輸入信號(hào)的處理。在本考核系統(tǒng)中共有16個(gè)輸入信號(hào)要處理，可以先在組態(tài)軟件中定義好對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)與PLC的輸入繼電器連接好，考核時(shí)，只要學(xué)生正確連接了輸入信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的硬件連接項(xiàng)就顯示正確，并累加考核分。如此，可考核學(xué)生的技能水平。

故障排除的訓(xùn)練考核本項(xiàng)目的考核目的是讓學(xué)生通過故障的排除熟悉硬件，并且能掌握一些電氣故障的查找和排除的方法。這里主要是在PLC程序中設(shè)置一些開路故障，讓學(xué)生通過自己的分析和判斷找到故障的范圍，并且正確判斷出故障類型。在這里故障設(shè)置和查找有一點(diǎn)是關(guān)鍵——需要設(shè)置兩個(gè)控制電源，一個(gè)是PLC電源，另一個(gè)則是PLC外圍電器的控制電源。因?yàn)楣收显O(shè)置是在PLC程序中（軟件設(shè)置），PLC在故障查找過程中一直需要與組態(tài)軟件實(shí)時(shí)通訊，直到學(xué)生查找到故障點(diǎn)或者范圍，并且通過人機(jī)交互界面正確回答故障設(shè)置的范圍和故障類型，才能排除故障恢復(fù)正常，所以PLC不能斷電。但是，學(xué)生的故障查找通常是在電氣控制柜中，查找的主要是PLC外圍的電器部分（查找硬件），所以在查找故障過程中不可避免地會(huì)觸及電氣控制柜中的相關(guān)電器元件。為了安全需要，將PLC外圍器件的電源斷開，并且還要在PLC的電源端給出明確的提示，以防止學(xué)生誤操作。例如，教師在組態(tài)軟件中設(shè)置一個(gè)1號(hào)泵不能起動(dòng)的故障，在PLC中用程序?qū)?號(hào)泵的控制回路或者將主電路斷開。學(xué)生在查找到故障點(diǎn)后，只需要在考核系統(tǒng)中點(diǎn)擊相關(guān)故障類型和故障點(diǎn)范圍，只要回答正確系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將故障點(diǎn)恢復(fù)，并且自動(dòng)記分，這樣就可以達(dá)到考核目的了。

設(shè)備調(diào)試效果的考核對(duì)于這項(xiàng)考核關(guān)鍵還是看調(diào)試后的效果如何。在操作上，主要利用組態(tài)軟件在5分鐘內(nèi)對(duì)采集回來的信號(hào)取平均值后再與給定的信號(hào)進(jìn)行比較分析，比較兩者數(shù)據(jù)相差程度，根據(jù)相差程度大小來確定得分的高低。

改進(jìn)后考核系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)以及推廣應(yīng)用

該考核系統(tǒng)應(yīng)用到恒壓供水系統(tǒng)后，在繼承原設(shè)備的形象直觀這一優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在考核評(píng)分方面還有如下優(yōu)點(diǎn)：（１）量化考核，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù)，避免了一些人為因素和誤差的產(chǎn)生，使考核更加公正。（２）通過組態(tài)畫面來監(jiān)控考核結(jié)果，快速、準(zhǔn)確，有效地縮短了考核周期。考核大部分可以在計(jì)算機(jī)上完成（除了硬件連接部分的考核外），而且考核結(jié)果能即時(shí)公布，讓師生都能及時(shí)掌握學(xué)習(xí)狀況。（3）組態(tài)畫面形象生動(dòng)，人機(jī)界面友好，交互性好。組態(tài)畫面采用動(dòng)畫制作，可以形象生動(dòng)地將系統(tǒng)的動(dòng)作過程展示出來，而且還設(shè)置了一些人機(jī)界面，可以很好地與學(xué)生互動(dòng)，讓考試不再是一個(gè)枯燥的過程。

但該考核系統(tǒng)并不是完美無(wú)缺的，在如下幾方面還需要進(jìn)一步完善：(1)故障類型比較單一，大多為斷路性故障。(2)編程訓(xùn)練中，PLC的I/O分配相對(duì)固定，缺乏靈活性，而且用功能劃分來配制考核分?jǐn)?shù)，顯得過于粗略。

恒壓供水系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)無(wú)紙化考核系統(tǒng)的改進(jìn)是一次有益的探索，在借鑒理論考試改革方面成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新地將監(jiān)控組態(tài)軟件的強(qiáng)大功能巧妙地應(yīng)用在機(jī)電專業(yè)的實(shí)訓(xùn)考核中。這個(gè)探索的初步成效讓我們有理由相信，在機(jī)電類專業(yè)的實(shí)操考核方面還可以進(jìn)行一些無(wú)紙化考核的實(shí)踐。只要是用PLC控制的機(jī)電類實(shí)訓(xùn)設(shè)備，只需對(duì)系統(tǒng)稍加改進(jìn)，仍然可以應(yīng)用監(jiān)控組態(tài)軟件來制作實(shí)訓(xùn)考核系統(tǒng)。當(dāng)然，該軟件制作的考核系統(tǒng)還存在一些需要完善的地方，需要更多的有識(shí)之士參與到實(shí)踐中，總結(jié)出更多的成功經(jīng)驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)在實(shí)操考核方面的無(wú)紙化考核目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：

游建（1973—），男，四川自貢人，廣州市冶金高級(jí)技工學(xué)校機(jī)電工程系教師，主要從事電氣自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)。（本文責(zé)任編輯：張維佳）

（本欄責(zé)任編輯：尚傳梅）