高校PLC實(shí)訓(xùn)資源實(shí)時遠(yuǎn)程可視、可控共享平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董娜 李庚

摘 要：PLC可編程控制技術(shù)相關(guān)專業(yè)課程是自動化、機(jī)電一體化等專業(yè)的核心課程，該課程的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)在整個課程中所占比例較大，實(shí)訓(xùn)設(shè)備與實(shí)訓(xùn)環(huán)境造價很高，各高校的PLC技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的容量、設(shè)備數(shù)一般都比較有限，無法全面滿足學(xué)生的實(shí)訓(xùn)需求。本文設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)了一種基于WINCC組態(tài)軟件開發(fā)、PLC遠(yuǎn)程下載、視頻畫面遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)共享、專用控制界面遠(yuǎn)程訪問等技術(shù)，能夠在信息化環(huán)境下，使PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程實(shí)時共享的解決方案。該平臺可以通過網(wǎng)絡(luò)在實(shí)訓(xùn)室外的PC極上對實(shí)訓(xùn)室內(nèi)的PLC設(shè)備進(jìn)行程序上載、下載，控制PLC設(shè)備的輸入、輸出、中間繼電器狀態(tài)以及數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)值，并且通過實(shí)時畫面監(jiān)視PLC實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)PLC實(shí)訓(xùn)資源的使用效率最大化。同時也為需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多終端控制操作的工業(yè)控制情境提供了有價值的系統(tǒng)模型。

關(guān)鍵詞：PLC;實(shí)訓(xùn)資源;遠(yuǎn)程;共享平臺

【中圖分類號】G【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1008-1216（2018）03B-0036-02

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展，在各理工科類高校及高職院校中，實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)不僅是各高校教學(xué)以及科研建設(shè)的基礎(chǔ)，同時也是各理工科類高職院校發(fā)揮職業(yè)教育特色、培養(yǎng)高技能專業(yè)技術(shù)人才的基礎(chǔ)與載體。隨著一些高校開設(shè)自動化控制工程、機(jī)電一體化工程等與實(shí)際生產(chǎn)、工程緊密結(jié)合的專業(yè)，教育的定位更加注重培養(yǎng)具有卓越工程師素質(zhì)的人才，高校對人才的實(shí)際技能培養(yǎng)與專業(yè)建設(shè)越來越凸顯實(shí)訓(xùn)資源的重要性。

在機(jī)電一體化及自動化類專業(yè)為主的院校中，“PLC原理及應(yīng)用”課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，各相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了該課程，但PLC實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備需求較為特殊，占地面積較大，多為實(shí)驗(yàn)臺的形式，90平方米的實(shí)訓(xùn)室最多配備26套PLC實(shí)訓(xùn)臺，從數(shù)量上最多滿足一個教學(xué)班同時開展教學(xué)活動。作為專業(yè)基礎(chǔ)課，幾乎所有相關(guān)專業(yè)班級都需要開設(shè)此課程，這也就造成了PLC相關(guān)課程實(shí)訓(xùn)資源短缺的現(xiàn)象。在原有條件下，學(xué)院的解決方法往往是增加實(shí)訓(xùn)設(shè)備或減少實(shí)踐課所占比例。增加實(shí)訓(xùn)資源會受到資金限制與實(shí)驗(yàn)場地的限制，PLC實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)最主要的問題來源于場地方面的限制，一般來說針對大型設(shè)備的實(shí)訓(xùn)資源的擴(kuò)建更加難以實(shí)現(xiàn)。一些資金緊張的高職院校往往采取減少各班級的實(shí)踐課程時間作為解決問題的方法，但是這樣學(xué)生就沒有充分的實(shí)踐，特別對一些培養(yǎng)高技能、應(yīng)用型人才為主要辦學(xué)指導(dǎo)思想的高職院校來說又難以完成人才培養(yǎng)的要求。

在上述情況下，提出一種基于組態(tài)技術(shù)的PLC課程實(shí)訓(xùn)資源共享平臺建設(shè)方案，無疑是對上述問題的最好解決方法。目前各種信息化手段在教學(xué)中的應(yīng)用，使原有的教學(xué)方法與方式發(fā)生了極大的改變，但對實(shí)驗(yàn)資源如何利用信息化手段進(jìn)行資源共享還處于研究階段。

本文闡述了如何利用PLC遠(yuǎn)程下載、PLC組態(tài)控制、PLC運(yùn)行效果實(shí)時圖像的遠(yuǎn)程傳輸?shù)燃夹g(shù)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)一個可執(zhí)行的PLC實(shí)訓(xùn)資源遠(yuǎn)程操作共享平臺。該平臺在現(xiàn)有PLC實(shí)訓(xùn)資源基礎(chǔ)上，使PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以在非上課時間完成“PLC原理及應(yīng)用”課程主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的控制程序遠(yuǎn)程下載、硬件運(yùn)行效果實(shí)時傳播、PLC輸入開關(guān)信號遠(yuǎn)程控制等功能，解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備少、實(shí)踐課程時間不足的問題。

一、PLC遠(yuǎn)程程序上載、下載功能實(shí)現(xiàn)

PLC可編程控制器的生產(chǎn)廠家有很多，在市場上常見的PLC可編程控制器品牌有西門子、三菱、歐姆龍等，本文選取教材中常見的西門子200系列PLC進(jìn)行共享平臺設(shè)計(jì)。

將PLC200可編程控制器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程共享，首先需要解決將程序下載過程可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，即在與實(shí)訓(xùn)設(shè)備不直接相連的遠(yuǎn)端PC機(jī)上，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸將遠(yuǎn)端PC機(jī)上編譯好的控制程序下載到PLC設(shè)備中。這一過程需要軟、硬件的同時配合。目前國內(nèi)外開發(fā)了很多類似的成熟系統(tǒng)，其硬件部分主要解決將RS-232或RS-485類型的接口轉(zhuǎn)化為可適用于TCP/IP通信協(xié)議，使遠(yuǎn)端PC機(jī)可通過基于DLL+VB程序、虛擬串口程序以及Socket網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)的用戶界面實(shí)現(xiàn)將編寫好的梯形圖控制程序編譯后通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)侥繕?biāo)PLC控制設(shè)備處完成程序下載功能。

使用GM400系列模塊可以很好地解決這一需求，在使用時根據(jù)GM400模塊接口完成與PLC及外網(wǎng)路由器間的連接。在連接時，將網(wǎng)線插座用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線與外網(wǎng)路由器連接，DB9/RS232接口由PLC標(biāo)準(zhǔn)串行線纜與PLC控制設(shè)備連接。VCC與GND直接由PLC供電端口引出電源線供電即可。上位軟件需安裝與GM400配套的管理軟件與基于TCP/IP通信協(xié)議轉(zhuǎn)化的虛擬串口程序。經(jīng)過遠(yuǎn)端PC機(jī)虛擬串口選擇與PLC控制設(shè)備連接串口選擇后即可開始進(jìn)行PLC梯形圖控制程序遠(yuǎn)程下載、調(diào)試了。

二、PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備I/O端口、中間變量、運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控、修改

PLC控制設(shè)備往往在進(jìn)行實(shí)際控制過程中針對設(shè)備啟、停、運(yùn)行位置、動作取消、系統(tǒng)復(fù)位、模擬量采集、其他控制棧數(shù)據(jù)保存、處理、中間變量修改等控制環(huán)節(jié)需求需對PLC控制設(shè)備的I/O端點(diǎn)、數(shù)據(jù)存儲器、中間繼電器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施檢測、修改、判斷等操作。其中有些操作可以通過編寫程序根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行處理，有些則必須通過手動按鍵或外圍硬件觸碰行程開關(guān)等形式達(dá)到改變控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。但是在采用遠(yuǎn)程PLC實(shí)訓(xùn)資源共享平臺實(shí)現(xiàn)PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備遠(yuǎn)程共享的情況下，因?qū)LC實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用地點(diǎn)往往不在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)，所以使用者無法直接接觸設(shè)備，更無法對設(shè)備連接的外圍設(shè)備進(jìn)行操作，所以本文使用WINCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了一套與PLC課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容外圍硬件電路一致的可在遠(yuǎn)端PC機(jī)上達(dá)到與在實(shí)地一樣的控制效果的操作界面。

現(xiàn)在以自動化控制中常用的樓宇恒壓變頻給排水實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為例，使用WINCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)了可用于PLC實(shí)訓(xùn)資源共享平臺的組態(tài)控制界面。其具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程如下。

（一）項(xiàng)目控制要求分析

（1）在蓄水池水位高于限定位置時，啟動開關(guān)閉合變頻器啟動，反之變頻器停止。

（2）在蓄水池水位低于限位時，變頻器自動停止，并報錯。

（3）利用PLC自帶PID閉環(huán)控制達(dá)到恒壓，且能在組態(tài)界面修改PID參數(shù)。

（二）設(shè)備變量定義及I/O分配

因PLC200系列中的CPU224XP產(chǎn)品除帶有開關(guān)量輸入輸出端口，還自帶2路模擬量輸入與一路模擬量輸出端口，同時自身具有PID功能可以通過編程來進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)定，本例中PLC200利用WINCC組態(tài)軟件中的PID控件實(shí)現(xiàn)恒壓控制。

（1）I/O分配

參考I/O分配表。

（2） 變量定義

變量定義見下表。

組態(tài)界面中變量定義

（三）組態(tài)控制界面網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

設(shè)計(jì)完成的組態(tài)控制界面必須以網(wǎng)頁的形式在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布才可以讓用戶在任意地點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問、操作，達(dá)到實(shí)訓(xùn)設(shè)備共享的目的。WINCC組態(tài)軟件自帶控制界面網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。

本文中設(shè)計(jì)開發(fā)的樓宇恒壓變頻給排水組態(tài)界面可發(fā)布為網(wǎng)絡(luò)界面，實(shí)訓(xùn)室內(nèi)PLC設(shè)備配備的控制PC主機(jī)則可以作為Web服務(wù)器供遠(yuǎn)端共享PC設(shè)備訪問。

三、實(shí)時運(yùn)行畫面?zhèn)鬏?/p>

目前市場上網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的清晰度與價格已被越來越多的人所認(rèn)可，利用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與WINCC組態(tài)軟件自帶的攝像機(jī)畫面集成功能可以輕易實(shí)現(xiàn)該攝像機(jī)實(shí)時監(jiān)控畫面與組態(tài)界面的集成，使畫面以畫中畫的形式存在于組態(tài)界面中，達(dá)到對PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控的目的。

綜上所述，本文主要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種針對PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限、使用范圍較廣、擴(kuò)建受外部條件制約等問題的PLC課程實(shí)訓(xùn)資源遠(yuǎn)程共享平臺;對其他與PLC課程實(shí)訓(xùn)資源目前所面臨相同問題的實(shí)訓(xùn)資源共享也具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

殷永生，溫林，張斌.談?wù)凱LC教學(xué)中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)[J].科技信息，2011，（8）.