組態(tài)王在PLC課程改革中的應(yīng)用

（天津天獅學(xué)院，天津 301700）

0 引言

PLC被國內(nèi)外有關(guān)專家稱為“現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱”之首，已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置之一。由于PLC課程中部分原理內(nèi)容較為抽象，理論與實踐的緊密結(jié)合就顯得尤為重要，因此實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)任務(wù)中占有較大比重。但限于資金、設(shè)備及場地等因素，實訓(xùn)設(shè)備偏少、陳舊、實驗操作不當(dāng)出現(xiàn)問題不易維修等缺點存在于大部分院校PLC教學(xué)當(dāng)中，這使得PLC的教學(xué)存在較大的局限性。為解決上述問題，我們將組態(tài)王控制軟件引入PLC課程設(shè)計環(huán)節(jié)中，可以豐富實踐教學(xué)，是對現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備的良好補充，為學(xué)生面向企業(yè)就業(yè)，師生積累工程實踐經(jīng)驗打下良好基礎(chǔ)。

“組態(tài)王”是一種全中文人機界面軟件，該軟件采用框架結(jié)構(gòu)窗口，界面形象直觀且易學(xué)易用，它把與之通信的各設(shè)備都看成是外部設(shè)備，能方便地與PLC、變頻器、智能儀表等各類外部設(shè)備連接。鑒于組態(tài)王的以上優(yōu)點，將其應(yīng)用到PLC課程當(dāng)中，研發(fā)完成基于組態(tài)軟件的實驗教學(xué)系統(tǒng)，可以全面模擬現(xiàn)場情況，實現(xiàn)傳統(tǒng)實驗所不能完成的項目，幫助學(xué)生更好的理解PLC與電氣設(shè)備的相關(guān)知識，并增強學(xué)生的興趣以及提高掌握效果，得到高效的教學(xué)作用。

1 組態(tài)王在PLC課程設(shè)計中的應(yīng)用實例

以課程設(shè)計當(dāng)中一個案例來介紹運用組態(tài)王監(jiān)控軟件進行設(shè)計的優(yōu)點。本案例是應(yīng)用PLC來控制變頻器調(diào)速的典型案例，通過使用EM235模塊輸出模擬信號，用實時曲線監(jiān)控變頻器的調(diào)速過程，最后在組態(tài)王中顯示變頻器的頻率變化曲線及當(dāng)前的頻率變化值。項目需要運用變頻器的參數(shù)設(shè)定、組態(tài)王監(jiān)控畫面的設(shè)計、PLC的模擬量輸出等相關(guān)知識與技術(shù)方法[1]。

1.1 實驗原理及方案

該設(shè)計在沒用組態(tài)監(jiān)控設(shè)計之前，需要的硬件有PLC（西門子S7-200）、變頻器（松下VF0）、電動機和計算機，還需要多組連線，每次啟動還需要開啟380V三相交流電電源帶動電動機轉(zhuǎn)動，如果學(xué)生不小心連線有誤則會造成一定的設(shè)備損壞或危及人身安全。

本設(shè)計運用西門子S7-200PLC實驗?zāi)K，通過EM235模塊輸出模擬信號，形成實時曲線輸出給松下VF0變頻器，從而實現(xiàn)對電機調(diào)速的過程，其原理如圖1所示，該方案中，電動機的啟動方式有兩種：①使用撥鈕或按鈕（本接線圖使用PLC的輸入點I0.0作為電機的啟?？刂泣c）；②通過組態(tài)畫面中的按鈕。在接線圖中可以看到PLC的輸出點Q0.0與變頻器的5端連接使變頻器用外控操作的輸入信號來進行運行和停止。PLC通過EM235模塊輸出模擬信號，模擬塊的V0、M0分別接在變頻器的2、3端，實現(xiàn)了將模擬信號輸出給變頻器，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速[2]。L+，M分別為PLC和EM235模塊提供電源，變頻器的L1，L2，L3分別接在三相電源的L1，L2，L3，U，V，W作為輸出接在電機上，電機自身為星接法。

圖1 PLC控制的變頻器調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理

1.2 組態(tài)監(jiān)控方案

基于PLC及組態(tài)監(jiān)控的變頻器調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計原理簡述如下。

通過PLC編程軟件完成梯形圖的設(shè)計，該設(shè)計應(yīng)完成變量存儲器中數(shù)值的變化符合給定曲線的變化趨勢，并能通過模擬量模塊輸出到變頻器中，該部分程序的設(shè)計可用基本指令如定時器、比較等指令并結(jié)合部分功能指令如傳送指令、運算指令等來完成。

變頻器的運行在接線完成的基礎(chǔ)上，還需對其參數(shù)進行設(shè)定，本實驗中主要使用P08和P09兩個參數(shù)對變頻器的控制方式及頻率值進行設(shè)定，從而使變頻器由PLC的輸出控制啟停，并由梯形圖程序中變量存儲器中的數(shù)值作為頻率的輸入信號[3]。

組態(tài)監(jiān)控的設(shè)計中，通過組態(tài)王軟件的設(shè)置，使其畫面能對上述整個過程實現(xiàn)監(jiān)控，如：用畫面中的按鈕作為啟停按鈕來控制電動機的啟停，畫面中也有相應(yīng)的電動機通過紅綠顏色的變化來顯示當(dāng)前電機的運行狀態(tài)。同時，畫面中還可顯示頻率值的變化曲線及當(dāng)前頻率值，監(jiān)控畫面如圖2所示。

圖2 組態(tài)監(jiān)控畫面

2 監(jiān)控軟件應(yīng)用在 PLC 教學(xué)中取得的效果

將組態(tài)王應(yīng)用到該案例當(dāng)中，可以對上述整個運行過程實現(xiàn)監(jiān)控，其具有以下優(yōu)點。

（1）在沒有變頻器或電動機的情況下仍然可以順利完成該實驗，減少了硬件設(shè)備及連線。

（2）學(xué)生可以用電腦在宿舍等非實驗室完成組態(tài)監(jiān)控部分的設(shè)計，使學(xué)生可以更方便的利用課外時間完成任務(wù)，也更節(jié)省了實驗室資源。

（3）對于實驗設(shè)備齊全的學(xué)校來說，可以讓感興趣的學(xué)生完成整個實驗，而對于興趣不濃厚或基礎(chǔ)較差的學(xué)生可以只完成結(jié)合組態(tài)監(jiān)控部分，這樣既節(jié)約資源，提高實驗安全性，又達到了分層次教學(xué)的效果。

（4）該方法動態(tài)的將傳統(tǒng)理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機的融合在一起，豐富了教學(xué)手段，活躍了課堂氣氛，“理實一體”使枯燥的PLC知識更加形象生動。通過畫面的監(jiān)控，學(xué)生能夠方便地觀察到程序執(zhí)行的動畫過程，更好的加深了對知識的理解，比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，起到了事半功倍的效果。

3 結(jié)束語

監(jiān)控軟件應(yīng)用在PLC課程設(shè)計當(dāng)中不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣，有利于學(xué)生更容易地掌握PLC課程的知識，起到了良好的教學(xué)效果，并且能增加實踐經(jīng)驗，學(xué)生畢業(yè)后從事PLC技術(shù)方面的工作時能實現(xiàn)與工作崗位的無縫連接。因此，在PLC課程設(shè)計的教學(xué)中采用組態(tài)監(jiān)控技術(shù)是一種必然趨勢。