基于組態(tài)軟件的機(jī)床控制線路仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

董躍武 郭連升 董瑞情

摘 要：介紹了“機(jī)床線路安裝與檢修實(shí)訓(xùn)”仿真模擬系統(tǒng)的基本原理，從實(shí)用角度分析了該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安裝接線與故障檢測功能的仿真模擬策略，對于“機(jī)床線路安裝與檢修實(shí)訓(xùn)”項(xiàng)目學(xué)員的實(shí)訓(xùn)及考核具有重要意義。

關(guān)鍵詞：仿真模擬技術(shù);機(jī)床線路;PLC;組態(tài)軟件;仿真模擬操作

0 引言

“機(jī)床線路安裝與檢修實(shí)訓(xùn)”項(xiàng)目是學(xué)員在維修電工培訓(xùn)中較難掌握的內(nèi)容，機(jī)床線路安裝復(fù)雜，實(shí)踐性非常強(qiáng)，要通過大量實(shí)訓(xùn)才能達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果。“基于PLC與組態(tài)軟件的機(jī)床控制線路實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)”利用軟件模擬實(shí)訓(xùn)裝置，讓學(xué)員利用軟件即可實(shí)現(xiàn)基本控制線路和典型機(jī)床線路的安裝接線及故障檢測操作，在節(jié)約材料的同時可達(dá)到實(shí)訓(xùn)效果。

1 實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)原理

1.1? ? 系統(tǒng)原理及硬件組成

本套實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)的硬件組成包括上位PC機(jī)、可編程序控制器（PLC）、輸入控制按鈕（開始按鈕、復(fù)位按鈕）、故障選擇編碼盤、雙色指示燈（綠燈、紅燈）和顯示屏（時間、分?jǐn)?shù)）等。系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示。

1.2? ? 組態(tài)軟件的特點(diǎn)及選用

實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)采用組態(tài)軟件與PLC相結(jié)合的形式，即以PC機(jī)為平臺，安裝組態(tài)軟件，開發(fā)一套仿真軟件系統(tǒng)，再與PLC配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制線路仿真模擬接線及故障檢測功能。

組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境下，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式），提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以極易實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機(jī)和I/O設(shè)備，與可靠的工控計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。

組態(tài)軟件具有使用簡單，運(yùn)行可靠，可提供數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動程序和自動化應(yīng)用系統(tǒng)所需的組件，圖形設(shè)計工具強(qiáng)大等特點(diǎn)。目前，國際上較知名的監(jiān)控組態(tài)軟件有Fix、Intouch、Wincc、LabView、Citech等。

本方案選用的力控監(jiān)控組態(tài)軟件（ForceControl）是一個面向方案的HMI/SCADA平臺軟件。分布式實(shí)時多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可提供訪問工廠和企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一個公共入口。內(nèi)置TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序使用戶可以充分利用Intranet或其網(wǎng)絡(luò)資源。

2 仿真系統(tǒng)安裝接線功能的模擬實(shí)現(xiàn)

利用仿真系統(tǒng)的“模擬接線”功能在仿真接線板上完成元器件之間的連接。模擬仿真接線板與實(shí)際的接線板完全對應(yīng)，界面直觀、簡單、易操作。根據(jù)接線圖，利用組態(tài)軟件對每個接線點(diǎn)進(jìn)行編號，對相同編號的接線點(diǎn)間的接線進(jìn)行編程設(shè)定，使得鼠標(biāo)連續(xù)點(diǎn)擊兩個相同編號的接線點(diǎn)時可顯現(xiàn)連接線，即連接正確，此時學(xué)員可繼續(xù)其他接線點(diǎn)的連接。當(dāng)鼠標(biāo)連續(xù)點(diǎn)擊兩個不同編號的接線點(diǎn)時不顯現(xiàn)連接線，即連接錯誤，此時學(xué)員必須重新連接，若是考核則系統(tǒng)自動扣分。學(xué)員使用時，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件的接線點(diǎn)即可完成連接。

3 仿真系統(tǒng)故障檢測功能的模擬實(shí)現(xiàn)

仿真系統(tǒng)故障檢測功能的實(shí)現(xiàn)是利用組態(tài)軟件中的繪圖功能完成所需仿真的故障接線板、故障選擇按鈕和電池?zé)?，并編程使它們之間建立特定的聯(lián)系。首先，由教師設(shè)定各仿真故障接線板中的故障現(xiàn)象;然后，對各仿真故障接線板中的各個接線點(diǎn)和元器件進(jìn)行編程，設(shè)定它們對應(yīng)的所有故障條;最后，對可編程控制器進(jìn)行硬件連接，并編程實(shí)現(xiàn)對硬件的控制。

作為下位機(jī)的可編程控制器，主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖2所示。其程序的編寫采用西門子可編程序控制器S7-200專用編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6完成。學(xué)員只需利用該編程軟件編寫相應(yīng)的程序即可。

上位機(jī)PC通過安裝組態(tài)軟件與PLC建立聯(lián)系，使得外部按鈕可以控制故障選擇。數(shù)據(jù)庫是從I/O驅(qū)動程序中獲取過程數(shù)據(jù)的，而數(shù)據(jù)庫同時可以與多個I/O驅(qū)動程序進(jìn)行通信，一個I/O驅(qū)動程序也可以連接一個或多個設(shè)備。下面介紹如何創(chuàng)建I/O設(shè)備。

（1）在Draw導(dǎo)航器中雙擊“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”項(xiàng)使其展開，選擇“I/O設(shè)備驅(qū)動”項(xiàng)使其展開，選擇“PLC”項(xiàng)雙擊使其展開，選擇廠商名并雙擊，選擇項(xiàng)目雙擊并按照創(chuàng)建I/O設(shè)備指示（圖3）進(jìn)行定義。

（2）單擊“完成”按鈕返回，在項(xiàng)目下面增加了一項(xiàng)“PLC001”，如果要對I/O設(shè)備“PLC001”的配置進(jìn)行修改，雙擊項(xiàng)目“PLC001”，會再次出現(xiàn)PLC001的“I/O設(shè)備定義”對話框。若要刪除I/O設(shè)備“PLC001”，用鼠標(biāo)右鍵單擊項(xiàng)目“PLC001”，在彈出的右鍵菜單中選擇“刪除”。創(chuàng)建名為“PLC001”的I/O設(shè)備后，建立數(shù)據(jù)連接，將已經(jīng)創(chuàng)建的多個數(shù)據(jù)庫點(diǎn)與PLC聯(lián)系起來，使這些點(diǎn)的PV參數(shù)值能與I/O設(shè)備和PLC進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交換，由于數(shù)據(jù)庫可以與多個I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以必須指定哪些點(diǎn)與哪個I/O設(shè)備建立數(shù)據(jù)連接。

4 結(jié)語

機(jī)床培訓(xùn)中有的項(xiàng)目較抽象，單純靠學(xué)員理解不容易掌握其中要領(lǐng)，“機(jī)床控制線路實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)”可化繁為簡，形象、直觀地模擬現(xiàn)場操作場景。學(xué)員通過本仿真模擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，在不消耗材料的條件下，為學(xué)員短時間、高效率掌握各種機(jī)床控制線路的安裝接線及故障檢測能力開辟了一條學(xué)習(xí)的新途徑，類似的模擬仿真軟件作為重要的培訓(xùn)工具和手段必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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收稿日期：2019-11-13

作者簡介：董躍武（1978—），男，河北滄州人，工程師，研究方向：機(jī)電設(shè)備安裝與自動控制。