基于MCGS組態(tài)軟件技術(shù)的PLC實踐教學(xué)改革

曹蕊蕊 黃輝

摘?要：針對PLC教學(xué)中存在的問題，提出將MCGS組態(tài)軟件技術(shù)引入到PLC教學(xué)中，并以水位控制系統(tǒng)工程為例，講解了如何將PLC與建立的組態(tài)畫面進行連接實現(xiàn)系統(tǒng)畫面監(jiān)控。實踐證明，通過上位機PC與下位機PLC的連接，不僅可以實現(xiàn)信息交互，還可以達到實時監(jiān)控的目的。

關(guān)鍵詞：MCGS;PLC;信息交互;實時監(jiān)控

可編程控制技術(shù)（PLC）是一門集理論與實踐相結(jié)合的應(yīng)用課程，也是電氣自動化技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程。PLC技術(shù)知識面廣，更新速度快，與生產(chǎn)實際和工程緊密結(jié)合。如何在學(xué)院現(xiàn)有的資源和教學(xué)條件下，最大限度的使學(xué)生深入學(xué)習(xí)該門課程，是目前課程教學(xué)中需要重點解決的問題，所以對PLC實踐教學(xué)的改革變得尤為重要。

1 PLC實踐教學(xué)存在的問題

目前，PLC課程教學(xué)模式單一，大多還是以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主[1-3]，教師以理論講授和編程演示進行知識講解，學(xué)生通過編程調(diào)試控制實驗設(shè)備的操作運行情況，但實驗設(shè)備條件有限，學(xué)生只能幾人一個小組的形式進行操作練習(xí)，容易造成在現(xiàn)有的上課時間內(nèi)部分同學(xué)無法親自將所學(xué)的知識運用到實際操作驗證。同時隨著科技的發(fā)展，企業(yè)的生產(chǎn)工藝和工控設(shè)備都在不斷更新，為了讓學(xué)生們在畢業(yè)后盡快適應(yīng)企業(yè)的需求，就要求教學(xué)內(nèi)容、實驗設(shè)備不斷更新，但實訓(xùn)室實驗設(shè)備數(shù)量有限、實驗設(shè)備配置受價格、加之實驗設(shè)備價格昂貴、教學(xué)資金投入等一些客觀因素的限制不能隨時更新，所以會造成同學(xué)們對某些實訓(xùn)只能抽象的限于人機界面編程來仿真模擬該項目的運行情況，對學(xué)生們知識的理解與掌握造成一定的影響[3-4]。

2 MCGS組態(tài)軟件在PLC教學(xué)中的交互應(yīng)用

MCGS組態(tài)軟件不僅可對數(shù)據(jù)進行采集和實時監(jiān)測并進行分析處理，還是一款可視化操控的操作系統(tǒng)，同時還可與作為下位機的控制器按照相應(yīng)的通訊協(xié)議建立通訊，以多種方式向用戶提供解決實際工程問題方案的軟件[5]。針對PLC控制人機界面的不足，將MCGS組態(tài)軟件引入到PLC教學(xué)中，學(xué)生在組態(tài)軟件搭建監(jiān)控畫面來代替體積龐大、價格昂貴的實物模型，然后將PLC與組態(tài)軟件建立連接與通訊，可逼真模擬實際設(shè)備的工作狀態(tài)，完成各種復(fù)雜多樣的實訓(xùn)項目，大大提高學(xué)生上課的積極性[6]。

3 MCGS組態(tài)軟件在PLC實踐教學(xué)中的應(yīng)用

本研究以一個水位控制系統(tǒng)工程來分析MCGS組態(tài)軟件在PLC教學(xué)中的應(yīng)用。

3.1 系統(tǒng)控制要求

（1）初始狀態(tài)水罐1和水罐2是空的，通過控制水泵、調(diào)節(jié)閥和出水閥的開通情況來控制水罐1和水罐2的液位情況。

（2）當(dāng)水罐1的液位低于5m或高于10m的時候產(chǎn)生報警，水罐2的液位低于2m或高于4m時產(chǎn)生報警。

通過上述系統(tǒng)要求，可知該系統(tǒng)有3個輸入點和5個輸出點，選用三菱FX-2N系列CPU作為控制器。

3.2 MCGS組態(tài)軟件設(shè)計

3.2.1 建立數(shù)據(jù)對象[7]

3.2.2 窗口畫面制作

在MCGS用戶窗口中建立水位控制窗口，在水位控制窗口內(nèi)插入相應(yīng)元件，搭建水位控制系統(tǒng)工程，同時對有動畫屬性的原件進行屬性設(shè)置。水位控制系統(tǒng)工程如圖2所示。

3.2.3 報警設(shè)置

在組態(tài)環(huán)境中，，對插入的報警構(gòu)件進行屬性進行設(shè)置，在設(shè)置報警屬性設(shè)置時，對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象為液位組，這樣可在一個報警構(gòu)件中同時顯示液位1和液位2的報警信息。報警構(gòu)件如圖3所示。

3.3 PLC程序設(shè)計

以上工程可以在組態(tài)工程中設(shè)置腳本策略和在設(shè)備窗口中設(shè)置模擬設(shè)備以及通道連接初步實現(xiàn)水位控制系統(tǒng)的模擬運行[8]。另外，本系統(tǒng)采用三菱FX2N系列CPU作為控制器，來達到對MCGS組態(tài)工程畫面實時監(jiān)控運行的目的，其中I/O地址分配表如下表所示。

3.4 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)輸入、輸出設(shè)備的I/O端子進行PLC程序設(shè)計，然后使用上位機PC電纜連接計算機的COM口和下位機PLC通信端口，并進行通信設(shè)置。當(dāng)上下位機連接成功后，通過串口采集水罐1和水罐2的液位值，利用PLC對調(diào)節(jié)閥和出水閥進行控制，來實現(xiàn)對水位控制系統(tǒng)的監(jiān)控。系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4所示。

3.5 運行效果

通過該項目實踐證明，利用上位機PC與下位機PLC連接，可實現(xiàn)與PLC的實時信息交互，進行系統(tǒng)畫面監(jiān)控，逼真模擬實物模型，在教學(xué)中起到很好的效果。

4 MCGS組態(tài)軟件在PLC教學(xué)改革中的可行性

實踐證明，把組態(tài)軟件引入到PLC教學(xué)中，在很大程度上解決了PLC教學(xué)中的瓶頸問題，不僅可以解決因?qū)嵱?xùn)設(shè)備的投入與更新問題帶來的資金問題，還可以滿足不斷更新的教學(xué)內(nèi)容的需求，使PLC的某些實訓(xùn)項目不再抽象化，通過監(jiān)控畫面模擬工控流程，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也為教師在教學(xué)中提供很大的便利。

PLC課程是電氣自動化技術(shù)、機電一體化技術(shù)一門重要的專業(yè)課，對學(xué)生以后在工作實踐中有很大的幫助，所以為了能夠更好的使課堂教學(xué)內(nèi)容與社會實踐緊密接軌，必須改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，不斷探索課程之間、學(xué)科之間的相互交叉的教學(xué)新體系，同時建立一支較高水平的教師科研隊伍，為培養(yǎng)高素質(zhì)的實踐型人才打下堅定的基礎(chǔ)[9-10]。

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基金項目：1.重慶市高等職業(yè)院校專業(yè)能力建設(shè)（骨干專業(yè)）項目資助——機電一體化技術(shù);2.重慶市高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：163284）

作者簡介：曹蕊蕊（1986-），女，碩士，現(xiàn)在重慶安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院從事電氣自動化的教育教學(xué)工作，研究方向：高壓直流輸電。