基于WinCC的電氣控制技術(shù)課程輔助教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

梅奕　王慧芬

摘要：文章針對(duì)電氣控制技術(shù)理論課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，利用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了仿真輔助教學(xué)平臺(tái)；具體介紹了該輔助教學(xué)平臺(tái)仿真軟件的構(gòu)成，并使用ANSI-C腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了電氣控制線路畫(huà)面的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，闡述了畫(huà)中畫(huà)的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：WinCC組態(tài)軟件；電氣控制技術(shù)；輔助教學(xué)平臺(tái)；仿真軟件；理論教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0022-02

在《電氣控制技術(shù)》課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不會(huì)靈活應(yīng)用一些基本電氣控制線路去設(shè)計(jì)電路，復(fù)雜的電氣控制線路更是不能理解，只會(huì)死記硬背，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是學(xué)生對(duì)基本電氣控制線路的原理不能夠很好理解，因而我們想到采用組態(tài)軟件來(lái)模擬電路工作過(guò)程，使電

氣線路的來(lái)龍去脈一目了然，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 組態(tài)軟件的特點(diǎn)

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，我們可以將它理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。組態(tài)軟件簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一種軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境。WinCC（Windows Control Center，視窗控制中心）是SIEMENS與Microsoft公司合作開(kāi)發(fā)的、開(kāi)放的過(guò)程可視化系統(tǒng)。是SIMATIC全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，該軟件提供了良好的人機(jī)界面，具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)仿真功能，能夠真實(shí)模擬實(shí)物的動(dòng)態(tài)運(yùn)行效果。同時(shí)還具有延續(xù)性和可擴(kuò)充性的特點(diǎn)，可以不需做很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)。除了在工業(yè)控制領(lǐng)域外，在科研和教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)也有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

2 WinCC在電氣控制技術(shù)課程教學(xué)中的作用

《電氣控制技術(shù)》這門(mén)課程是高職高專電氣自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制、樓宇智能化等相關(guān)專業(yè)的一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。但該課程往往是以理論教學(xué)為主、實(shí)踐為輔，重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)模式來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的，并且在多媒體教室無(wú)法進(jìn)行實(shí)物演示，并且通過(guò)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置不能明顯地看到線路的接通，因而在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于電氣控制線路的工作原理以及繼電器的動(dòng)作順序很難理解，老師也不容易把問(wèn)題講清楚。我們使用WinCC組態(tài)仿真軟件動(dòng)態(tài)模擬繼電器各個(gè)部件的聯(lián)動(dòng)效果，把電氣控制線路的工作過(guò)程用動(dòng)態(tài)的效果模擬出來(lái)，讓學(xué)生能夠直觀地理解電路的工作原理、直觀地看到電氣線路的控制方式，也使課程教學(xué)不再那么枯燥。

3 電氣控制技術(shù)WinCC仿真系統(tǒng)構(gòu)成

由于該仿真系統(tǒng)用于課堂教學(xué)，那么根據(jù)我院《電氣控制技術(shù)》課程及課程相關(guān)實(shí)訓(xùn)——《中級(jí)維修電工考工實(shí)訓(xùn)》的教學(xué)需求將該仿真軟件分為典型電氣控制線路、復(fù)雜電氣控制線路和機(jī)床電氣控制線路三大部分。典型電氣控制線路包括了最基本的電動(dòng)機(jī)控制電路的應(yīng)用，比如三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路、長(zhǎng)動(dòng)控制電路、各種電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路；復(fù)雜電氣控制線路則包括了三相異步電動(dòng)機(jī)各種常見(jiàn)的減壓起動(dòng)控制電路和電氣制動(dòng)控制電路；對(duì)于機(jī)床電氣控制線路則依據(jù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)置了車床、搖臂鉆床、萬(wàn)能銑床三種電氣控制電路。復(fù)雜電氣控制線路和機(jī)床電氣控制線路包括電氣原理圖和實(shí)物動(dòng)態(tài)模擬兩個(gè)部分，在教學(xué)過(guò)程中，可以讓學(xué)生在看到電氣原理的同時(shí)，又看到實(shí)物的工作過(guò)程，從而極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并加深了對(duì)該控制過(guò)程的理解。

4 仿真教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

利用WinCC組態(tài)軟件模擬仿真多種電氣線路控制對(duì)象，電氣線路的工作狀態(tài)、接觸器的觸點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示則通過(guò)組態(tài)軟件畫(huà)面組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1所示為電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返控制電路，屬于復(fù)雜電氣控制線路，由電氣原理圖和小車自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)的示意圖組成。當(dāng)小車運(yùn)行到左側(cè)擋塊時(shí)，行程開(kāi)關(guān)SQ1接通，小車開(kāi)始向右側(cè)行駛，電氣線路中交流接觸器KM1線圈通電變成綠色，接觸器觸點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的變化，控制電路中線路變成綠色表示小車向右行駛時(shí)的電路接通狀態(tài)，電機(jī)的風(fēng)扇向右側(cè)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)組態(tài)畫(huà)面的動(dòng)態(tài)顯示可以清楚地演示電氣線路的工作過(guò)程。

4.1 圖形移動(dòng)

圖形移動(dòng)是仿真系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，主要包括水平（或垂直）移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)方面，例如按鈕的移動(dòng)就同時(shí)包含了這兩項(xiàng)；按鈕頭采用水平移動(dòng)，“位置X”的設(shè)置使用動(dòng)態(tài)連接中的“動(dòng)態(tài)對(duì)話框”，表達(dá)式直接和變量進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)類型采用“布爾型”，表達(dá)式的結(jié)果分別為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)像素值；按鈕的觸點(diǎn)采用旋轉(zhuǎn)，對(duì)圖形對(duì)象的“旋轉(zhuǎn)角”進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，當(dāng)按下按鈕時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)觸點(diǎn)閉合和斷開(kāi)的動(dòng)態(tài)效果，這里必須要注意的一點(diǎn)是WinCC中圖形的旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)確定了圖形旋轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)；而對(duì)于小車的平行移動(dòng)，在對(duì)“位置X”進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接時(shí)，表達(dá)式應(yīng)該為變量加上小車圖形位置X的靜態(tài)初始值，如“car_X+1070”，這樣才能讓圖形從初始靜態(tài)的位置開(kāi)始移動(dòng)。

4.2 腳本語(yǔ)言

所有的過(guò)程可視化系統(tǒng)基本上都或多或少地提供一些腳本語(yǔ)言，WinCC提供了兩種腳本語(yǔ)言：ANSI-C和VBScript。WinCC可以通過(guò)使用函數(shù)和動(dòng)作使項(xiàng)目中的過(guò)程動(dòng)態(tài)化，本系統(tǒng)采用ANSI-C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)腳本程序。

WinCC中圖形對(duì)象屬性的鼠標(biāo)動(dòng)作中的動(dòng)態(tài)設(shè)置，如果采用直接連接，最多只能同時(shí)完成三個(gè)參數(shù)的設(shè)置，所以對(duì)于有條件的參數(shù)設(shè)置或者多個(gè)參數(shù)的設(shè)置可以采用C動(dòng)作編輯器來(lái)完成，如圖2所示。圖形中按鈕的點(diǎn)動(dòng)可以通過(guò)“事件—鼠標(biāo)—按左鍵和釋放左鍵”的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)通過(guò)使用創(chuàng)建全局動(dòng)作來(lái)完成圖1中電機(jī)扇葉的旋轉(zhuǎn)和小車的平行移動(dòng)。我們使用了WinCC中提供的幾個(gè)內(nèi)部函數(shù)“GetTagBit”、“GetTagSDWord”和“SetTagBit”、“SetTagSDWord”來(lái)讀取和設(shè)置變量的值，使用if函數(shù)進(jìn)行圖形運(yùn)行界面的判斷，以保證圖形在規(guī)定的范圍內(nèi)移動(dòng)，而不會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面跳轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在完成程序編寫(xiě)后要進(jìn)行觸發(fā)器的設(shè)置，定時(shí)器采用周期設(shè)置可以使扇葉和小車按照固定頻率旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。

4.3 畫(huà)中畫(huà)顯示

對(duì)于較為復(fù)雜的電氣控制線路，比如機(jī)床電氣控制線路如圖3所示，我們采用畫(huà)中畫(huà)的形式動(dòng)態(tài)模擬現(xiàn)實(shí)機(jī)床電路的工作過(guò)程。

WinCC組態(tài)軟件提供了豐富的畫(huà)面組態(tài)功能。畫(huà)中畫(huà)的設(shè)置可以在繪制好的機(jī)床電氣控制線路圖上添加一個(gè)“畫(huà)面窗口”，將該窗口的對(duì)象屬性中的“顯示”改成“否”，也就是說(shuō)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)該畫(huà)面不顯示，我們利用圖3中右下角中的“搖臂鉆床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)顯示”按鈕，通過(guò)鼠標(biāo)動(dòng)作的直接連接對(duì)話框，將“常數(shù)”“1”，賦值給“畫(huà)面窗口”的“顯示”屬性，當(dāng)點(diǎn)擊該按鈕時(shí)，就可以將該畫(huà)面顯示出來(lái)。對(duì)于畫(huà)面窗口的其他屬性，比如“邊框”、“標(biāo)題”、“移動(dòng)”、“調(diào)整大小”等可以進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，使畫(huà)面更加豐富、使用更加方便。

5 結(jié)語(yǔ)

本文使用西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了電氣控制技術(shù)課程輔助教學(xué)仿真軟件。隨著各種教學(xué)手段的不斷發(fā)展和完善，組態(tài)仿真技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于理論課程的教學(xué)中。此外，仿真控制對(duì)象開(kāi)發(fā)相對(duì)容易，具有很好的兼容性及可擴(kuò)展性，隨著后期軟件的不斷擴(kuò)充完善，可以使教學(xué)內(nèi)容更加多樣化、趣味化，能夠更好地達(dá)到教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 史博.組態(tài)仿真軟件在高職PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用

[J].遼寧職高學(xué)報(bào)，2010，（6）.

[2] 許仙真，單長(zhǎng)考.組態(tài)軟件WinCC與S7_PLCSIM在PLC教學(xué)中的應(yīng)用[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2012，（10）.

[3] 蘇昆哲.深入淺出西門(mén)子WinCC V6（第2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[4] 姚立波.組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：梅奕（1973-），女，江蘇常州人，供職于常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)；王慧芬（1977-），女，江蘇常州人，常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)集成等。

摘要：文章針對(duì)電氣控制技術(shù)理論課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，利用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了仿真輔助教學(xué)平臺(tái)；具體介紹了該輔助教學(xué)平臺(tái)仿真軟件的構(gòu)成，并使用ANSI-C腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了電氣控制線路畫(huà)面的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，闡述了畫(huà)中畫(huà)的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：WinCC組態(tài)軟件；電氣控制技術(shù)；輔助教學(xué)平臺(tái)；仿真軟件；理論教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0022-02

在《電氣控制技術(shù)》課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不會(huì)靈活應(yīng)用一些基本電氣控制線路去設(shè)計(jì)電路，復(fù)雜的電氣控制線路更是不能理解，只會(huì)死記硬背，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是學(xué)生對(duì)基本電氣控制線路的原理不能夠很好理解，因而我們想到采用組態(tài)軟件來(lái)模擬電路工作過(guò)程，使電

氣線路的來(lái)龍去脈一目了然，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 組態(tài)軟件的特點(diǎn)

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，我們可以將它理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。組態(tài)軟件簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一種軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境。WinCC（Windows Control Center，視窗控制中心）是SIEMENS與Microsoft公司合作開(kāi)發(fā)的、開(kāi)放的過(guò)程可視化系統(tǒng)。是SIMATIC全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，該軟件提供了良好的人機(jī)界面，具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)仿真功能，能夠真實(shí)模擬實(shí)物的動(dòng)態(tài)運(yùn)行效果。同時(shí)還具有延續(xù)性和可擴(kuò)充性的特點(diǎn)，可以不需做很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)。除了在工業(yè)控制領(lǐng)域外，在科研和教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)也有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

2 WinCC在電氣控制技術(shù)課程教學(xué)中的作用

《電氣控制技術(shù)》這門(mén)課程是高職高專電氣自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制、樓宇智能化等相關(guān)專業(yè)的一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。但該課程往往是以理論教學(xué)為主、實(shí)踐為輔，重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)模式來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的，并且在多媒體教室無(wú)法進(jìn)行實(shí)物演示，并且通過(guò)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置不能明顯地看到線路的接通，因而在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于電氣控制線路的工作原理以及繼電器的動(dòng)作順序很難理解，老師也不容易把問(wèn)題講清楚。我們使用WinCC組態(tài)仿真軟件動(dòng)態(tài)模擬繼電器各個(gè)部件的聯(lián)動(dòng)效果，把電氣控制線路的工作過(guò)程用動(dòng)態(tài)的效果模擬出來(lái)，讓學(xué)生能夠直觀地理解電路的工作原理、直觀地看到電氣線路的控制方式，也使課程教學(xué)不再那么枯燥。

3 電氣控制技術(shù)WinCC仿真系統(tǒng)構(gòu)成

由于該仿真系統(tǒng)用于課堂教學(xué)，那么根據(jù)我院《電氣控制技術(shù)》課程及課程相關(guān)實(shí)訓(xùn)——《中級(jí)維修電工考工實(shí)訓(xùn)》的教學(xué)需求將該仿真軟件分為典型電氣控制線路、復(fù)雜電氣控制線路和機(jī)床電氣控制線路三大部分。典型電氣控制線路包括了最基本的電動(dòng)機(jī)控制電路的應(yīng)用，比如三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路、長(zhǎng)動(dòng)控制電路、各種電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路；復(fù)雜電氣控制線路則包括了三相異步電動(dòng)機(jī)各種常見(jiàn)的減壓起動(dòng)控制電路和電氣制動(dòng)控制電路；對(duì)于機(jī)床電氣控制線路則依據(jù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)置了車床、搖臂鉆床、萬(wàn)能銑床三種電氣控制電路。復(fù)雜電氣控制線路和機(jī)床電氣控制線路包括電氣原理圖和實(shí)物動(dòng)態(tài)模擬兩個(gè)部分，在教學(xué)過(guò)程中，可以讓學(xué)生在看到電氣原理的同時(shí)，又看到實(shí)物的工作過(guò)程，從而極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并加深了對(duì)該控制過(guò)程的理解。

4 仿真教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

利用WinCC組態(tài)軟件模擬仿真多種電氣線路控制對(duì)象，電氣線路的工作狀態(tài)、接觸器的觸點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示則通過(guò)組態(tài)軟件畫(huà)面組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1所示為電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返控制電路，屬于復(fù)雜電氣控制線路，由電氣原理圖和小車自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)的示意圖組成。當(dāng)小車運(yùn)行到左側(cè)擋塊時(shí)，行程開(kāi)關(guān)SQ1接通，小車開(kāi)始向右側(cè)行駛，電氣線路中交流接觸器KM1線圈通電變成綠色，接觸器觸點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的變化，控制電路中線路變成綠色表示小車向右行駛時(shí)的電路接通狀態(tài)，電機(jī)的風(fēng)扇向右側(cè)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)組態(tài)畫(huà)面的動(dòng)態(tài)顯示可以清楚地演示電氣線路的工作過(guò)程。

4.1 圖形移動(dòng)

圖形移動(dòng)是仿真系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，主要包括水平（或垂直）移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)方面，例如按鈕的移動(dòng)就同時(shí)包含了這兩項(xiàng)；按鈕頭采用水平移動(dòng)，“位置X”的設(shè)置使用動(dòng)態(tài)連接中的“動(dòng)態(tài)對(duì)話框”，表達(dá)式直接和變量進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)類型采用“布爾型”，表達(dá)式的結(jié)果分別為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)像素值；按鈕的觸點(diǎn)采用旋轉(zhuǎn)，對(duì)圖形對(duì)象的“旋轉(zhuǎn)角”進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，當(dāng)按下按鈕時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)觸點(diǎn)閉合和斷開(kāi)的動(dòng)態(tài)效果，這里必須要注意的一點(diǎn)是WinCC中圖形的旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)確定了圖形旋轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)；而對(duì)于小車的平行移動(dòng)，在對(duì)“位置X”進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接時(shí)，表達(dá)式應(yīng)該為變量加上小車圖形位置X的靜態(tài)初始值，如“car_X+1070”，這樣才能讓圖形從初始靜態(tài)的位置開(kāi)始移動(dòng)。

4.2 腳本語(yǔ)言

所有的過(guò)程可視化系統(tǒng)基本上都或多或少地提供一些腳本語(yǔ)言，WinCC提供了兩種腳本語(yǔ)言：ANSI-C和VBScript。WinCC可以通過(guò)使用函數(shù)和動(dòng)作使項(xiàng)目中的過(guò)程動(dòng)態(tài)化，本系統(tǒng)采用ANSI-C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)腳本程序。

WinCC中圖形對(duì)象屬性的鼠標(biāo)動(dòng)作中的動(dòng)態(tài)設(shè)置，如果采用直接連接，最多只能同時(shí)完成三個(gè)參數(shù)的設(shè)置，所以對(duì)于有條件的參數(shù)設(shè)置或者多個(gè)參數(shù)的設(shè)置可以采用C動(dòng)作編輯器來(lái)完成，如圖2所示。圖形中按鈕的點(diǎn)動(dòng)可以通過(guò)“事件—鼠標(biāo)—按左鍵和釋放左鍵”的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)通過(guò)使用創(chuàng)建全局動(dòng)作來(lái)完成圖1中電機(jī)扇葉的旋轉(zhuǎn)和小車的平行移動(dòng)。我們使用了WinCC中提供的幾個(gè)內(nèi)部函數(shù)“GetTagBit”、“GetTagSDWord”和“SetTagBit”、“SetTagSDWord”來(lái)讀取和設(shè)置變量的值，使用if函數(shù)進(jìn)行圖形運(yùn)行界面的判斷，以保證圖形在規(guī)定的范圍內(nèi)移動(dòng)，而不會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面跳轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在完成程序編寫(xiě)后要進(jìn)行觸發(fā)器的設(shè)置，定時(shí)器采用周期設(shè)置可以使扇葉和小車按照固定頻率旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。

4.3 畫(huà)中畫(huà)顯示

對(duì)于較為復(fù)雜的電氣控制線路，比如機(jī)床電氣控制線路如圖3所示，我們采用畫(huà)中畫(huà)的形式動(dòng)態(tài)模擬現(xiàn)實(shí)機(jī)床電路的工作過(guò)程。

WinCC組態(tài)軟件提供了豐富的畫(huà)面組態(tài)功能。畫(huà)中畫(huà)的設(shè)置可以在繪制好的機(jī)床電氣控制線路圖上添加一個(gè)“畫(huà)面窗口”，將該窗口的對(duì)象屬性中的“顯示”改成“否”，也就是說(shuō)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)該畫(huà)面不顯示，我們利用圖3中右下角中的“搖臂鉆床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)顯示”按鈕，通過(guò)鼠標(biāo)動(dòng)作的直接連接對(duì)話框，將“常數(shù)”“1”，賦值給“畫(huà)面窗口”的“顯示”屬性，當(dāng)點(diǎn)擊該按鈕時(shí)，就可以將該畫(huà)面顯示出來(lái)。對(duì)于畫(huà)面窗口的其他屬性，比如“邊框”、“標(biāo)題”、“移動(dòng)”、“調(diào)整大小”等可以進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，使畫(huà)面更加豐富、使用更加方便。

5 結(jié)語(yǔ)

本文使用西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了電氣控制技術(shù)課程輔助教學(xué)仿真軟件。隨著各種教學(xué)手段的不斷發(fā)展和完善，組態(tài)仿真技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于理論課程的教學(xué)中。此外，仿真控制對(duì)象開(kāi)發(fā)相對(duì)容易，具有很好的兼容性及可擴(kuò)展性，隨著后期軟件的不斷擴(kuò)充完善，可以使教學(xué)內(nèi)容更加多樣化、趣味化，能夠更好地達(dá)到教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 史博.組態(tài)仿真軟件在高職PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用

[J].遼寧職高學(xué)報(bào)，2010，（6）.

[2] 許仙真，單長(zhǎng)考.組態(tài)軟件WinCC與S7_PLCSIM在PLC教學(xué)中的應(yīng)用[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2012，（10）.

[3] 蘇昆哲.深入淺出西門(mén)子WinCC V6（第2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[4] 姚立波.組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：梅奕（1973-），女，江蘇常州人，供職于常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)；王慧芬（1977-），女，江蘇常州人，常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)集成等。

摘要：文章針對(duì)電氣控制技術(shù)理論課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，利用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了仿真輔助教學(xué)平臺(tái)；具體介紹了該輔助教學(xué)平臺(tái)仿真軟件的構(gòu)成，并使用ANSI-C腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了電氣控制線路畫(huà)面的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，闡述了畫(huà)中畫(huà)的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：WinCC組態(tài)軟件；電氣控制技術(shù)；輔助教學(xué)平臺(tái)；仿真軟件；理論教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0022-02

在《電氣控制技術(shù)》課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不會(huì)靈活應(yīng)用一些基本電氣控制線路去設(shè)計(jì)電路，復(fù)雜的電氣控制線路更是不能理解，只會(huì)死記硬背，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是學(xué)生對(duì)基本電氣控制線路的原理不能夠很好理解，因而我們想到采用組態(tài)軟件來(lái)模擬電路工作過(guò)程，使電

氣線路的來(lái)龍去脈一目了然，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 組態(tài)軟件的特點(diǎn)

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，我們可以將它理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。組態(tài)軟件簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一種軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境。WinCC（Windows Control Center，視窗控制中心）是SIEMENS與Microsoft公司合作開(kāi)發(fā)的、開(kāi)放的過(guò)程可視化系統(tǒng)。是SIMATIC全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，該軟件提供了良好的人機(jī)界面，具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)仿真功能，能夠真實(shí)模擬實(shí)物的動(dòng)態(tài)運(yùn)行效果。同時(shí)還具有延續(xù)性和可擴(kuò)充性的特點(diǎn)，可以不需做很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)。除了在工業(yè)控制領(lǐng)域外，在科研和教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)也有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

2 WinCC在電氣控制技術(shù)課程教學(xué)中的作用

《電氣控制技術(shù)》這門(mén)課程是高職高專電氣自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制、樓宇智能化等相關(guān)專業(yè)的一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。但該課程往往是以理論教學(xué)為主、實(shí)踐為輔，重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)模式來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的，并且在多媒體教室無(wú)法進(jìn)行實(shí)物演示，并且通過(guò)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置不能明顯地看到線路的接通，因而在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于電氣控制線路的工作原理以及繼電器的動(dòng)作順序很難理解，老師也不容易把問(wèn)題講清楚。我們使用WinCC組態(tài)仿真軟件動(dòng)態(tài)模擬繼電器各個(gè)部件的聯(lián)動(dòng)效果，把電氣控制線路的工作過(guò)程用動(dòng)態(tài)的效果模擬出來(lái)，讓學(xué)生能夠直觀地理解電路的工作原理、直觀地看到電氣線路的控制方式，也使課程教學(xué)不再那么枯燥。

3 電氣控制技術(shù)WinCC仿真系統(tǒng)構(gòu)成

由于該仿真系統(tǒng)用于課堂教學(xué)，那么根據(jù)我院《電氣控制技術(shù)》課程及課程相關(guān)實(shí)訓(xùn)——《中級(jí)維修電工考工實(shí)訓(xùn)》的教學(xué)需求將該仿真軟件分為典型電氣控制線路、復(fù)雜電氣控制線路和機(jī)床電氣控制線路三大部分。典型電氣控制線路包括了最基本的電動(dòng)機(jī)控制電路的應(yīng)用，比如三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路、長(zhǎng)動(dòng)控制電路、各種電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路；復(fù)雜電氣控制線路則包括了三相異步電動(dòng)機(jī)各種常見(jiàn)的減壓起動(dòng)控制電路和電氣制動(dòng)控制電路；對(duì)于機(jī)床電氣控制線路則依據(jù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)置了車床、搖臂鉆床、萬(wàn)能銑床三種電氣控制電路。復(fù)雜電氣控制線路和機(jī)床電氣控制線路包括電氣原理圖和實(shí)物動(dòng)態(tài)模擬兩個(gè)部分，在教學(xué)過(guò)程中，可以讓學(xué)生在看到電氣原理的同時(shí)，又看到實(shí)物的工作過(guò)程，從而極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并加深了對(duì)該控制過(guò)程的理解。

4 仿真教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

利用WinCC組態(tài)軟件模擬仿真多種電氣線路控制對(duì)象，電氣線路的工作狀態(tài)、接觸器的觸點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示則通過(guò)組態(tài)軟件畫(huà)面組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1所示為電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返控制電路，屬于復(fù)雜電氣控制線路，由電氣原理圖和小車自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)的示意圖組成。當(dāng)小車運(yùn)行到左側(cè)擋塊時(shí)，行程開(kāi)關(guān)SQ1接通，小車開(kāi)始向右側(cè)行駛，電氣線路中交流接觸器KM1線圈通電變成綠色，接觸器觸點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的變化，控制電路中線路變成綠色表示小車向右行駛時(shí)的電路接通狀態(tài)，電機(jī)的風(fēng)扇向右側(cè)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)組態(tài)畫(huà)面的動(dòng)態(tài)顯示可以清楚地演示電氣線路的工作過(guò)程。

4.1 圖形移動(dòng)

圖形移動(dòng)是仿真系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，主要包括水平（或垂直）移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)方面，例如按鈕的移動(dòng)就同時(shí)包含了這兩項(xiàng)；按鈕頭采用水平移動(dòng)，“位置X”的設(shè)置使用動(dòng)態(tài)連接中的“動(dòng)態(tài)對(duì)話框”，表達(dá)式直接和變量進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)類型采用“布爾型”，表達(dá)式的結(jié)果分別為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)像素值；按鈕的觸點(diǎn)采用旋轉(zhuǎn)，對(duì)圖形對(duì)象的“旋轉(zhuǎn)角”進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，當(dāng)按下按鈕時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)觸點(diǎn)閉合和斷開(kāi)的動(dòng)態(tài)效果，這里必須要注意的一點(diǎn)是WinCC中圖形的旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)確定了圖形旋轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)；而對(duì)于小車的平行移動(dòng)，在對(duì)“位置X”進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接時(shí)，表達(dá)式應(yīng)該為變量加上小車圖形位置X的靜態(tài)初始值，如“car_X+1070”，這樣才能讓圖形從初始靜態(tài)的位置開(kāi)始移動(dòng)。

4.2 腳本語(yǔ)言

所有的過(guò)程可視化系統(tǒng)基本上都或多或少地提供一些腳本語(yǔ)言，WinCC提供了兩種腳本語(yǔ)言：ANSI-C和VBScript。WinCC可以通過(guò)使用函數(shù)和動(dòng)作使項(xiàng)目中的過(guò)程動(dòng)態(tài)化，本系統(tǒng)采用ANSI-C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)腳本程序。

WinCC中圖形對(duì)象屬性的鼠標(biāo)動(dòng)作中的動(dòng)態(tài)設(shè)置，如果采用直接連接，最多只能同時(shí)完成三個(gè)參數(shù)的設(shè)置，所以對(duì)于有條件的參數(shù)設(shè)置或者多個(gè)參數(shù)的設(shè)置可以采用C動(dòng)作編輯器來(lái)完成，如圖2所示。圖形中按鈕的點(diǎn)動(dòng)可以通過(guò)“事件—鼠標(biāo)—按左鍵和釋放左鍵”的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)通過(guò)使用創(chuàng)建全局動(dòng)作來(lái)完成圖1中電機(jī)扇葉的旋轉(zhuǎn)和小車的平行移動(dòng)。我們使用了WinCC中提供的幾個(gè)內(nèi)部函數(shù)“GetTagBit”、“GetTagSDWord”和“SetTagBit”、“SetTagSDWord”來(lái)讀取和設(shè)置變量的值，使用if函數(shù)進(jìn)行圖形運(yùn)行界面的判斷，以保證圖形在規(guī)定的范圍內(nèi)移動(dòng)，而不會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面跳轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在完成程序編寫(xiě)后要進(jìn)行觸發(fā)器的設(shè)置，定時(shí)器采用周期設(shè)置可以使扇葉和小車按照固定頻率旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。

4.3 畫(huà)中畫(huà)顯示

對(duì)于較為復(fù)雜的電氣控制線路，比如機(jī)床電氣控制線路如圖3所示，我們采用畫(huà)中畫(huà)的形式動(dòng)態(tài)模擬現(xiàn)實(shí)機(jī)床電路的工作過(guò)程。

WinCC組態(tài)軟件提供了豐富的畫(huà)面組態(tài)功能。畫(huà)中畫(huà)的設(shè)置可以在繪制好的機(jī)床電氣控制線路圖上添加一個(gè)“畫(huà)面窗口”，將該窗口的對(duì)象屬性中的“顯示”改成“否”，也就是說(shuō)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)該畫(huà)面不顯示，我們利用圖3中右下角中的“搖臂鉆床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)顯示”按鈕，通過(guò)鼠標(biāo)動(dòng)作的直接連接對(duì)話框，將“常數(shù)”“1”，賦值給“畫(huà)面窗口”的“顯示”屬性，當(dāng)點(diǎn)擊該按鈕時(shí)，就可以將該畫(huà)面顯示出來(lái)。對(duì)于畫(huà)面窗口的其他屬性，比如“邊框”、“標(biāo)題”、“移動(dòng)”、“調(diào)整大小”等可以進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，使畫(huà)面更加豐富、使用更加方便。

5 結(jié)語(yǔ)

本文使用西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了電氣控制技術(shù)課程輔助教學(xué)仿真軟件。隨著各種教學(xué)手段的不斷發(fā)展和完善，組態(tài)仿真技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于理論課程的教學(xué)中。此外，仿真控制對(duì)象開(kāi)發(fā)相對(duì)容易，具有很好的兼容性及可擴(kuò)展性，隨著后期軟件的不斷擴(kuò)充完善，可以使教學(xué)內(nèi)容更加多樣化、趣味化，能夠更好地達(dá)到教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 史博.組態(tài)仿真軟件在高職PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用

[J].遼寧職高學(xué)報(bào)，2010，（6）.

[2] 許仙真，單長(zhǎng)考.組態(tài)軟件WinCC與S7_PLCSIM在PLC教學(xué)中的應(yīng)用[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2012，（10）.

[3] 蘇昆哲.深入淺出西門(mén)子WinCC V6（第2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[4] 姚立波.組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：梅奕（1973-），女，江蘇常州人，供職于常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)；王慧芬（1977-），女，江蘇常州人，常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)集成等。