基于組態(tài)軟件的電氣控制實驗平臺的設計與實現(xiàn)

楊勝利

摘 要：本文圍繞組態(tài)軟件的電氣控制實驗平臺的設計和實現(xiàn)展開論述，采用實際系統(tǒng)設計案例分析的方法，對組態(tài)軟件系統(tǒng)下的電氣控制實驗平臺的組成部分，包括數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場總線、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理分析、設備運行監(jiān)控、遠程控制等進行論證。提出現(xiàn)代智能控制技術(shù)基礎上的電氣控制平臺經(jīng)過數(shù)據(jù)控制模塊的設計思路，力求實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制，符合相關設備運行的工藝要求。

關鍵詞：電氣控制；實驗平臺；組態(tài)軟件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.133

電氣控制綜合實驗平臺，利用到多個學科領域的基礎技術(shù)和知識，如電氣自動化、計算機學科、PLC變頻控制等。是一項綜合性和實用性較高的實驗。從傳統(tǒng)的單一設備實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橐詸C床電氣控制為主的機床電氣控制。內(nèi)部包含繼電器、接觸器硬件接線等，改變了固定實驗內(nèi)容的功能單一的缺陷。通過引入工控行業(yè)中的可編程序控制器PLC，傳感檢測等設備，為學習人員構(gòu)建了仿真的工控系統(tǒng)平臺。

1 實驗臺原理以及結(jié)構(gòu)

（1）實驗臺的結(jié)構(gòu)中，包含了控制系統(tǒng)的理論模型，其中系統(tǒng)輸入和控制部分采用了系統(tǒng)元件加以構(gòu)成。控制部分分為開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)兩類。

設備的電氣控制系統(tǒng)包括了執(zhí)行機構(gòu)、邏輯控制以及輸入設備三部分。對于實際的生產(chǎn)機械和設備的運行情況，采用閉環(huán)控制的方法，對于現(xiàn)場信號加以輸送，包含了開關、按鈕、繼電器、接觸器等，裝置有傳感器等。邏輯控制部分包含了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理功能，針對輸入信號加以控制，轉(zhuǎn)換后的控制信號將執(zhí)行機構(gòu)加以控制，通過PLC編程實現(xiàn)了繼電器和接觸器線路之間的搭建，能夠直接使用電磁閥、變頻器、直流控制器等進行驅(qū)動負載。

（2）基于組態(tài)軟件的實驗臺，控制系統(tǒng)較為復雜，先利用仿真軟件對控制系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)加以方針，根據(jù)實際情況制定出控制方案，例如MCGS等仿真軟件都是較為常見的且經(jīng)過驗證的最佳的控制方案[1]。

根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的原理，構(gòu)建好實驗臺之后，將實驗系統(tǒng)加以分組，一組為執(zhí)行部分，包括接觸器、變頻器，一組是按鈕、開關、指示燈等，一組是控制部分，包括PLC、接觸器系統(tǒng)等?？刂频膶ο蟀孙@示器、電機、機床動力頭等等。

基于組態(tài)軟件的電氣控制實驗，裝置主要包括三個組成部分：

第一是電氣控制，以繼電器、接觸器為主要構(gòu)成，首先要選擇接觸器、繼電器等電器元件，然后進行接線盒布線，經(jīng)過調(diào)試后完成了基本的繼電器和接觸器的邏輯控制線路。電動機的降壓啟動、正反轉(zhuǎn)、順序啟動等各自有不同的控制要求，總的來說要執(zhí)行機床的往復運動。

第二是基于PLC和變頻器的電機控制，通過計算機中的PLC編程軟件，完成程序的設計后，構(gòu)建器軟件、硬件之間的連接，通過電機相關量的檢測裝置，包括電流表、編碼器等，對電氣的運行實行閉環(huán)控制和監(jiān)控。

第三是利用組態(tài)軟件，如MCGS等，使用PLC應用技術(shù)完成電氣控制的仿真，其中的觸點、開關、接觸器線圈等的邏輯關系均要進行仿真的控制。仿真的畫面中，要對顯示控制面板進行真實的仿真，例如使用不同的顏色進行導線、繼電器線圈等的區(qū)別，連接器PLC和組態(tài)軟件，動態(tài)顯示開關、接觸器的器件的畫面等等，實現(xiàn)PLC的控制功能。然后經(jīng)過實驗平臺的基本機構(gòu)原型的搭建，得到了系統(tǒng)的擴張和開放性的運作模式，在這個過程中，為了使得功能模塊和執(zhí)行部件能夠更好的實現(xiàn)功能，還可以增加電氣元件[2]。

2 設計實例分析

以某項電氣控制綜合實驗平臺的仿真設計為例，該實驗平臺，組成部分包括了PLC、變頻器、執(zhí)行元件以及控制面板、電路接線面板等等。PLC為歐姆龍公司的系列產(chǎn)品，具有模擬量輸出輸入的功能，能夠進行4點開關量的I/0輸出輸入。變頻器為歐姆龍公司的開環(huán)矢量控制型變頻器?？梢詫崿F(xiàn)無傳感器矢量控制的強大轉(zhuǎn)矩要求。另外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)與可編程控制器PLC等上位機的連接，還搭載了RS485等軟件，配備了串行通信接口、標準USB端口，以完成通信系統(tǒng)的設計。利用上位機與USB端口進行通信，并實現(xiàn)變頻器與選件之間的通信。

經(jīng)過對電氣元件的位置的設計，采用網(wǎng)孔板形式的電路接線面板，為學習者提供的設計控制空間較大，包含了各種按鈕以及實驗臺上的控制面板的指示燈，多種顏色額指示燈指向的是操作指示和操作，通過執(zhí)行元件工作臺，能夠?qū)θ喈惒诫姍C、步進電機、伺服電機等機床動力裝置進行運行[3]。

采用歐姆龍公司的編程軟件，PLC程序設計的系統(tǒng)較為復雜，因此利用組態(tài)軟件MCGS能夠更好地對PLC應用技術(shù)和電氣控制技術(shù)進行仿真。

3 基于組態(tài)軟件的電氣控制實驗平臺的裝置特點

（1）采用基于組態(tài)軟件的電氣控制實驗平臺的方式，具有很強的實踐性。學習者能夠在實驗平臺上獲得真實的電氣運行模型的操作技術(shù)的練習機會。而且能夠直觀地看到電機、機械動力滑臺以及模擬機床動力滑臺的運轉(zhuǎn)過程，加大對電器、電氣元件的認識，親自進行組裝和接線，在操作中獲得對各類自動化裝置結(jié)構(gòu)和工作原理的知識。

在實際操作中，學習者能夠大大提高解決實際問題的能力，提高自身的動手能力，對電機控制原理熟悉后，完成線路的繪制的連接工作，觀察電機的運行情況[4]。

（2）通過基于組態(tài)軟件的電氣控制實驗平臺的設計，學生能夠?qū)Σ煌瑢嶒炓筮M行分析，涉獵到廣泛的電機實驗內(nèi)容，對于電機控制系統(tǒng)的功能有所了解。經(jīng)過在電機實驗平臺上的操作之后，學習者增強了電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)素養(yǎng)，提高了創(chuàng)新能力，可以將實驗裝置中的控制系統(tǒng)的設計和方針，應用到工程實踐中去。

4 結(jié)語

經(jīng)過成功設計電氣控制綜合實驗平臺，現(xiàn)代化電氣控制綜合技術(shù)實力將大大提高。學習者均能在實驗臺上自主設計并且調(diào)試出PLC應用程序，組建電氣控制線路。通過實際的控制效果的直觀感受，學習者得到了教學和科研的最佳平臺。

參考文獻：

[1]王均珂.多熱源熱水工程能源監(jiān)控管理系統(tǒng)及運行策略研究[D].山東科技大學，2015.

[2]劉宏達，徐穎，王科俊等.電氣控制綜合實驗平臺設計與探索[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（05）：69-73，77.

[3]劉宏達，張國堃，張文義等.基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的電氣控制綜合實驗課程設計[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（03）：165-169.

[4]楊風開，徐慧平.開放式單片機電氣控制綜合實驗教學平臺[J].中國電力教育，2012，（27）：89-90.