基于易控組態(tài)軟件的全虛擬PLC在高職教學(xué)中的應(yīng)用

任鳳娟 四川華新現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)系，四川 成都 610107

基于易控組態(tài)軟件的全虛擬PLC在高職教學(xué)中的應(yīng)用

任鳳娟 四川華新現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)系，四川 成都 610107

在分析PLC課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校PLC教學(xué)的現(xiàn)狀，提出基于易控組態(tài)軟件，構(gòu)建全虛擬PLC實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的方案。經(jīng)教學(xué)嘗試，極大地改變了傳統(tǒng)的PLC實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的局限，可廣泛地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中。

全虛擬PLC；易控組態(tài)軟件；MX Compon軟ent件包；GX Simulator仿真軟件；GX Develop編er程軟件

引言

當(dāng)前，PLC技術(shù)已在自動(dòng)控制領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。現(xiàn)在全國開設(shè)有電子、電氣以及工業(yè)自動(dòng)化等專業(yè)的高職院校大都將PLC技術(shù)作為一門必修課程納入教學(xué)計(jì)劃。該課程具有極強(qiáng)的實(shí)踐性、綜合性、創(chuàng)造性，需要精講多練、開設(shè)與工業(yè)實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程、搭建良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

完整的PL C實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)由被控對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及主令電器等組成。這種系統(tǒng)一經(jīng)制作完成就是固定的，學(xué)生無法任意組合，不利于學(xué)生教學(xué)實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時(shí)這種PLC控制過程實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)成本高、體積大、容易損壞以及受到高校實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)及場地等因素的限制，因而不適合廣泛應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。

針對以上情況，本文提出借助于易控（INSPEC）組態(tài)軟件、MX Component軟件包、GX Si mu l a to r仿真軟件、G X Developer編程軟件，通過16彩燈的3種花樣自動(dòng)循環(huán)的控制實(shí)例，構(gòu)建一種全虛擬PLC實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)。

1 組態(tài)軟件和組態(tài)控制技術(shù)

組態(tài)軟件在國內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”?！敖M態(tài)(Configure)”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺(tái)”?！氨O(jiān)控（Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過計(jì)算機(jī)信號(hào)對自動(dòng)化設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理。

組態(tài)控制技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上除采用工業(yè)PC機(jī)外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I／O接口設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備，基本不再需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)，這樣提高了工控系統(tǒng)的可靠性。

易控（INSPEC）軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對自動(dòng)化過程和裝備的監(jiān)視和控制。它能從自動(dòng)化過程和裝備中采集各種信息，并將信息以圖形化等更易于理解的方式進(jìn)行顯示，將重要的信息以各種手段傳送到相關(guān)人員，對信息執(zhí)行必要分析處理和存儲(chǔ)，發(fā)出控制指令等等。易控（INSPEC）軟件提供了豐富的用于工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控的功能，用戶根據(jù)自己工程的需要進(jìn)行選擇、配置等較為簡單的工作來建立自己所需要的監(jiān)控系統(tǒng)。

作為通用的監(jiān)控軟件，易控提供了對工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制、管理和集成等一系列的功能。同時(shí)也為用戶實(shí)現(xiàn)這些功能的組態(tài)過程提供了豐富和易于使用的手段和工具。[1]

2 我校PLC教學(xué)的現(xiàn)狀

我校PLC課程以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力為重點(diǎn)，主要以模塊化方式開展教學(xué)活動(dòng)，把實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的需要與相關(guān)知識(shí)模塊相結(jié)合，根據(jù)工作任務(wù)的要求，在項(xiàng)目化課程內(nèi)容之上，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生的技能訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力的提高。項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施流程如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施流程

盡管采用了模塊化的教學(xué)組織模式,但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是缺乏直觀性，學(xué)生不能觀察到中間變量，不能體會(huì)實(shí)驗(yàn)的變化過程，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果也就只能有感性的認(rèn)識(shí)，被動(dòng)地接受，從而導(dǎo)致學(xué)生的參與性不強(qiáng)。

3 構(gòu)建基于易控組態(tài)軟件的全虛擬PLC控制系統(tǒng)的思路

基于易控組態(tài)軟件的全虛擬PLC控制系統(tǒng)，學(xué)生可以通過電腦動(dòng)畫顯示，監(jiān)控實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過程，動(dòng)畫顯示直觀、設(shè)計(jì)靈活、學(xué)生易于上手。

采用GX Developer作為編程平臺(tái)，將編制好的梯形圖程序?qū)懭隚X Simulator進(jìn)行仿真，GX Simulator作為一個(gè)模擬PLC運(yùn)行的虛擬PLC控制器。

將GX Simulator和易控組態(tài)軟件通過MX Component進(jìn)行通信連接，建立基于易控組態(tài)軟件的監(jiān)控界面，通過信息的交互和上位機(jī)界面的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)虛擬控制過程。[2]虛擬通道實(shí)現(xiàn)方法如圖2所示。

圖2 虛擬通道實(shí)現(xiàn)方法

GX Simulator為一個(gè)軟件包，其基于Microsoft Windows 操作系統(tǒng)上運(yùn)行。在安裝有GX Developer軟件的計(jì)算機(jī)上安裝GX Simulator后可實(shí)現(xiàn)離線調(diào)試。離線調(diào)試功能包括監(jiān)視和測試本站/其他站的軟元件以及模擬外部設(shè)備I/O 的運(yùn)行。只要滿足條件，GX Simulator就可以自動(dòng)讓內(nèi)部軟元件導(dǎo)通或斷開。

在安裝有GX Simulator的GX Developer編程平臺(tái)上完成梯形圖的編制后，啟動(dòng)梯形圖邏輯測試工具，則梯形圖程序?qū)懭胩摂MPLC的虛擬CPU中，且虛擬PLC自動(dòng)打到RUN狀態(tài)。

MX Component是三菱一款用于PC與PLC進(jìn)行通信的軟件。在易控組態(tài)軟件中就是應(yīng)用MX Component與GX Simulator進(jìn)行通信的，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)界面對于梯形圖程序的運(yùn)行及監(jiān)控。[3]

4 基于易控組態(tài)軟件的全虛擬PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在安裝有GXDeveloper、G X Simulator、MX Component和易控組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)上，通過16彩燈的3種花樣自動(dòng)循環(huán)的實(shí)例，完成PLC程序的編制，調(diào)試，組態(tài)界面的制作、通道的連接、畫面的監(jiān)控等，實(shí)現(xiàn)全虛擬的PLC 實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)。具體步驟如下：

（1）進(jìn)行PLC的輸入輸出變量分配，建立與易控組態(tài)軟件的變量對應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

表1 輸入輸出變量與易控變量的對應(yīng)關(guān)系

（2）在GX Developer編程軟件上寫入16彩燈自動(dòng)循環(huán)的程序，并進(jìn)行編譯、調(diào)試。

（3）在易控組態(tài)軟件中開發(fā)工程

啟動(dòng)易控組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境，新建一個(gè)工程用于保存工程的所有配置信息，系統(tǒng)將其自動(dòng)打開。對于工程樹中的各個(gè)部分按照工程的實(shí)際需要分別進(jìn)行配置。在畫面中，從元件庫中調(diào)出2個(gè)按鈕和16個(gè)燈，并對其屬性和事件進(jìn)行設(shè)置；在定義變量窗口中建立上述18個(gè)變量；在IO通信窗口中，新建一個(gè)通道，選擇串口的通信方式，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，其中波特率為9600Kbps ，偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位7位，停止位1位。選擇三菱FX系列的PLC，注意要選擇使用模擬器進(jìn)行調(diào)試，如圖3所示。在新建立好的FX編程口中建立通道連接。寄存器類型、數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系如表1。

圖3 I0通信的設(shè)置

（4）打開編制好的梯形圖程序，點(diǎn)擊GX Simulator進(jìn)入仿真環(huán)境，同時(shí)運(yùn)行易控組態(tài)好的工程。這樣就可以通過易控監(jiān)控畫面監(jiān)控16彩燈的運(yùn)行狀況。如圖4所示。

圖416 彩燈監(jiān)控運(yùn)行畫面

5 結(jié)束語

基于易控組態(tài)軟件的全虛擬PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)控制系統(tǒng)，不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)儀器的限制，可以直觀的顯現(xiàn)各個(gè)部分的運(yùn)行狀況，是PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種探索、一種改革、一種進(jìn)步。同時(shí)工業(yè)環(huán)境的模擬調(diào)試亦可借鑒應(yīng)用。

[1]北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司.易控(INSPEC)組態(tài)軟件培訓(xùn)教程[Z]. 2008

[2]葉力，鄭萍.基于GX與MCGS的全虛擬PLC控制系統(tǒng)研究.中國現(xiàn)代教育裝備.2007年12期

[3]日本三菱電機(jī)有限公司. MX Component 3Operation Manual[Z].2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.118

任鳳娟（1979-），女，遼寧朝陽人，工學(xué)碩士，助教，研究方向：工業(yè)控制。