基于組態(tài)軟件的PLC仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

臺(tái)州技師學(xué)院（籌） 丁 毅

PLC課程的特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)，理論性偏弱，需要學(xué)生在完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)過(guò)程中加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高技能水平。目前，大多數(shù)院校都在使用PLC實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，這種方式具有效果直觀、容易操作的特點(diǎn)，但是實(shí)訓(xùn)設(shè)備一般較為昂貴，且當(dāng)實(shí)訓(xùn)任務(wù)復(fù)雜時(shí)，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)。這些都是制約PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)發(fā)展的限制因素。

綜上，如果基于組態(tài)軟件對(duì)PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用動(dòng)畫(huà)的方式直觀展現(xiàn)控制任務(wù)的工藝流程，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收獲良好的教學(xué)效果，也能大大地降低設(shè)備采購(gòu)成本，豐富實(shí)訓(xùn)教學(xué)案例。

1 PLC仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)與PLC組成，計(jì)算機(jī)上安裝PLC編程軟件和組態(tài)王6.5。PLC仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)界面的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，通過(guò)與PLC進(jìn)行通訊，真實(shí)地仿真控制工藝流程。計(jì)算機(jī)也作為編程計(jì)算機(jī)，將編寫(xiě)的梯形圖程序燒寫(xiě)進(jìn)PLC設(shè)備。

2 液體混合控制教學(xué)項(xiàng)目實(shí)例開(kāi)發(fā)

2.1 控制要求

液體混合控制系統(tǒng)如圖2所示，按下啟動(dòng)按鈕，液體A閥門(mén)打開(kāi)，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)下液位傳感器SL3時(shí)，關(guān)閉液體A閥門(mén)，打開(kāi)液體B閥門(mén)。液面到達(dá)SL2時(shí)，關(guān)閉液體B閥門(mén)，打開(kāi)液體C閥門(mén)，液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體C閥門(mén)。接著，攪勻電機(jī)開(kāi)始攪勻，攪勻電機(jī)工作6s后停止攪動(dòng)，開(kāi)始加熱。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定溫度后，混合液體閥門(mén)打開(kāi)，開(kāi)始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_(kāi)，再過(guò)2s后，容器放空，混合液閥門(mén)關(guān)閉，開(kāi)始下一周期。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

教學(xué)項(xiàng)目實(shí)例開(kāi)發(fā)首先進(jìn)行PLC的I/O分配，如表1所示，然后按照如下步驟進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖2 過(guò)程畫(huà)面

圖3 調(diào)試畫(huà)面

表1 PLC的I/O分配

創(chuàng)建工程，完成畫(huà)面設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的過(guò)程畫(huà)面如圖2所示，直觀展示了液體混合控制系統(tǒng)的工藝流程，包含了儲(chǔ)液罐、管道，攪拌器等圖形元素的繪制，所需元件可以通過(guò)圖庫(kù)進(jìn)行添加。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)試畫(huà)面如圖3所示，畫(huà)面中繪制了PLC外部接線圖，使用按鈕對(duì)PLC的I/O進(jìn)行控制，并添加了實(shí)時(shí)報(bào)表控件，能夠?qū)崟r(shí)顯示當(dāng)前PLC的I/O狀態(tài)信息。

建立動(dòng)畫(huà)連接。將組態(tài)畫(huà)面中圖素的動(dòng)畫(huà)屬性與組態(tài)王數(shù)據(jù)字典中變量進(jìn)行連接。

腳本程序編寫(xiě)。本系統(tǒng)的腳本中，通過(guò)判斷三種液體的出料閥門(mén)，對(duì)液位進(jìn)行遞增或者遞減，實(shí)現(xiàn)液位的上升與下降的動(dòng)畫(huà)效果。為了實(shí)現(xiàn)攪拌機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)效果，在畫(huà)面中放置兩種位置的葉片，然后設(shè)置隱含，不斷切換兩種葉片的顯示。

綜合調(diào)試。連接PLC進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，組態(tài)界面就能按照控制要求，出現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果，實(shí)現(xiàn)液體混合控制系統(tǒng)的工藝流程。

3 基于仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程

以液體混合控制系統(tǒng)為例，基于仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下教學(xué)過(guò)程：

閱讀實(shí)訓(xùn)說(shuō)明。學(xué)生首先閱讀該項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)說(shuō)明，了解實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的控制要求和工藝流程，然后繪制I/O分配表和PLC系統(tǒng)接線圖，進(jìn)行系統(tǒng)I/O分配以及外部接線設(shè)計(jì)。

梯形圖編程。學(xué)生根據(jù)控制要求，按照I/O分配表在計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)梯形圖程序，并通過(guò)編程電纜導(dǎo)入PLC設(shè)備。

工藝流程仿真。三種液體混合控制系統(tǒng)過(guò)程畫(huà)面如圖2所示，學(xué)生通過(guò)啟動(dòng)該系統(tǒng)仿真，能夠直觀、形象地觀察到工藝流程，加深對(duì)該工藝流程和控制過(guò)程的理解。當(dāng)系統(tǒng)仿真的過(guò)程不符合控制要求時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，便于及時(shí)定位問(wèn)題。

系統(tǒng)調(diào)試。當(dāng)過(guò)程畫(huà)面的仿真結(jié)果不符合控制要求時(shí)，學(xué)生可以進(jìn)入調(diào)試畫(huà)面，如圖3所示，能夠修改PLC的I/O輸入輸出信號(hào)，對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試畫(huà)面還能顯示當(dāng)前PLC的I/O輸入輸出的狀態(tài)信息，這給學(xué)生調(diào)試提供了很大的便利。

總結(jié)報(bào)告。學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)后，總結(jié)實(shí)訓(xùn)中遇到的問(wèn)題，對(duì)任務(wù)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)。

結(jié)論：本文主要研究了基于組態(tài)王的PLC仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)的搭建，并以三種液體混合控制系統(tǒng)這一典型的PLC控制任務(wù)為例，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目實(shí)例開(kāi)發(fā)，闡述了基于仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程。該系統(tǒng)具有極大的擴(kuò)展性，對(duì)提高教學(xué)效果，提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力都非常有幫助。該系統(tǒng)已經(jīng)在PLC實(shí)訓(xùn)課程中應(yīng)用，并取得良好的教學(xué)效果。