基于MCGS組態(tài)技術(shù)的PLC實(shí)踐教學(xué)改革

摘要：針對目前PLC實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，如設備投入不足、學(xué)生學(xué)習興趣不高等，提出將MCGS組態(tài)軟件與PLC控制技術(shù)相結合來(lái)設計監控系統，并以混料簡(jiǎn)易控制為例，講解組態(tài)控制系統的構造過(guò)程。實(shí)踐證明，該上位機監控系統可以模擬現場(chǎng)自動(dòng)設備系統的工藝流程，可以與PLC實(shí)施信息交互，可以實(shí)時(shí)監控PLC工作。此改革既可緩解高校PLC實(shí)踐教學(xué)設備投入不足的困難，又可提高學(xué)生的學(xué)習興趣，培養學(xué)生PLC控制系統的綜合開(kāi)發(fā)能力。
關(guān)鍵詞：MCGS；監控系統；PLC；組態(tài)軟件

可編程控制器技術(shù)(PLC技術(shù))是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，是一門(mén)知識覆蓋面廣、涉及內容多、更新發(fā)展快、強調理論而又偏重實(shí)踐應用的課程，與生產(chǎn)實(shí)際和工程應用結合緊密且應用廣泛。因此深化對PLC實(shí)踐教學(xué)的改革顯得更為重要。

1 組態(tài)軟件概述
組態(tài)軟件，又稱(chēng)組態(tài)監控軟件系統軟件，譯自英文SCADA，即Supervisorv Control and Data Acquisition(數據采集與監視控制)。它是指一些數據采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統監控層一級的軟件平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構建工業(yè)自動(dòng)控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應用領(lǐng)域很廣，可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領(lǐng)域的數據采集與監視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。
MCGS(Monitor and Control Generated System，通用臨控系統)，由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)，是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態(tài)軟件，它能夠在基于Micmsoft(各種32位Windows平行上)運行，通過(guò)對現場(chǎng)數據的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)和報表輸出等多種方式向用戶(hù)提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案。

2 PLC實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題
PLC控制應用技術(shù)是實(shí)踐性非常強的一門(mén)課程，如何利用已有的資源，理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生能最大限度地深入學(xué)習是該門(mén)課程教學(xué)中需要解決的問(wèn)題。目前科學(xué)技術(shù)日新月異，企業(yè)生產(chǎn)設備和工藝流程都在不斷更新?lián)Q代，為了讓學(xué)生能夠盡快適應企業(yè)需求，要求我們的實(shí)驗內容要不斷更新，進(jìn)而要求實(shí)驗設備要不斷更新。由于受到面積、價(jià)格等諸多客觀(guān)條件的限制，很難在實(shí)驗室配置數量較多的PLC和較全面的工業(yè)控制對象，也很難實(shí)現沒(méi)備的不斷更新，因而制約了實(shí)驗的數量和質(zhì)量，普遍存存實(shí)驗設備不足、經(jīng)費不足、實(shí)驗內容單調等問(wèn)題。如何利用現有資源最大限度的滿(mǎn)足實(shí)踐教學(xué)需求顯得尤為重要。

3 MCGS組態(tài)技術(shù)用于PLC實(shí)踐教學(xué)
采用組態(tài)軟件與PLC控制系統相結合，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對PLC控制系統進(jìn)行動(dòng)畫(huà)組態(tài)、硬件組態(tài)和控制組態(tài)，通過(guò)計算機平臺全真模擬PLC自動(dòng)化控制的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程。即利用MCGS組態(tài)來(lái)仿真模擬PLC系統的輸入、輸出設備?；蛘咭部梢哉f(shuō)利用MCGS來(lái)組態(tài)設計PLC的控制對象。進(jìn)行PLC教學(xué)時(shí)，教師可以利用組態(tài)軟件很容易地實(shí)現文字錄入、圖形繪制、動(dòng)畫(huà)連接、程序編寫(xiě)、視頻輸出等功能。利用組態(tài)軟件仿真模擬PLC的控制對象能解決無(wú)實(shí)際控制對象或由于經(jīng)費不足購置困難的問(wèn)題。利用有限的成本，多樣化的程序來(lái)豐富學(xué)生的實(shí)驗內容，能有效提高學(xué)生的學(xué)習興趣、編程技巧和動(dòng)手能力，大大豐富了PLC實(shí)驗課的教學(xué)效果和學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗，達到了全方位教學(xué)的目的。將MCGS應用于PLC教學(xué)是一種新的探索和嘗試。
筆者將以在化工、機械等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中應用廣泛的混料簡(jiǎn)易控制實(shí)例，講解組態(tài)控制系統的構造過(guò)程。
3．1 系統控制要求
初始狀態(tài)容器是空的，電磁閥Y1，Y2，Y3，Y4和攪拌機均為OFF，液面傳感器L1，L2，L3均為OFF。按下啟動(dòng)按鈕，開(kāi)始下列操作：電磁閥Y1閉合，開(kāi)始注入液體A，至液面高度為L(cháng)3時(shí)，停止注入液體A，同時(shí)開(kāi)啟電磁閥Y2，注入液體B，當液面高度為L(cháng)2時(shí)，停止注入液體B，同時(shí)開(kāi)啟電磁閥Y3，注入液體C，當液面高度為L(cháng)1時(shí)，停止注入液體C。開(kāi)啟攪拌機M，攪拌混合時(shí)間為10 s。停止攪拌后．開(kāi)啟Y4放出混合液體，至液體高度降為L(cháng)3后，再經(jīng)5 s停止放出。
3．2 實(shí)施步驟
3．2．1 系統總體設計
了解系統設計要求，了解系統工藝過(guò)程，進(jìn)行需求分析，確定組態(tài)軟件與PLC的輸入輸出點(diǎn)。本系統選用西門(mén)子S7-200系列PLC，系統I／O分配如表1所示。

3．2．2 程序設計
根據系統控制要求，系統程序設計如圖1所示。

3．2．3 窗口畫(huà)面制作
在MCGS用戶(hù)窗口巾新建一個(gè)多種液體混合監控窗口。在窗口中，插入相關(guān)元件，并對其中有動(dòng)畫(huà)效果的圖元進(jìn)行屬性設置，如電磁閥的打開(kāi)與關(guān)閉、攪拌器扇葉的轉動(dòng)、液體的上升與下降等。制作的畫(huà)面如圖2所示。

3．2．4 建立數據對象
在MCGS組態(tài)運行環(huán)境下，單擊“實(shí)時(shí)數據庫”，按“新增對象”按鈕，根據系統要求增加數據變量。選中新建變量，按“對象屬性”按鈕或雙擊選中變量，則打開(kāi)對象屬性設置窗口。按系統要求指定名稱(chēng)類(lèi)型，更改用戶(hù)定義的名稱(chēng)。本系統最終實(shí)時(shí)數據庫如圖3所示。

3．2．5 系統調試
上位機PC和下位機PLC之間通過(guò)COM1口進(jìn)行通信連接，采用串行通信的異步方式，半雙工，偶校驗，波特率9600，8位數據位，1位停止位。當上下位機連接成功后，通過(guò)串口采集混料罐液位數據，使PLC對混料閥門(mén)進(jìn)行控制，就能通過(guò)串口改變上位機畫(huà)面中閥門(mén)和相應文字的顏色，以實(shí)現對混料灌控制系統的監測。反之，也可以通過(guò)上位機參數的改變，把相應的值寫(xiě)入到PLC的中間繼電器中，實(shí)現對混料罐系統液位值的控制。串口父設備的屬性設置如圖4所示，子設備屬性設置如圖5所示。
3．3 運行效果
實(shí)踐證明，該上位機監控系統可以模擬現場(chǎng)自動(dòng)設備系統的工藝流程，可以與PLC實(shí)施信息交互，可以實(shí)時(shí)監控plc工作，人機界面良好，便于操作，系統安全可靠，具有較高的應用價(jià)值。

4 教改效應
1)可以解決實(shí)驗內容單調的問(wèn)題
利用組態(tài)軟件包中的工具，通過(guò)硬件組態(tài)、數據組態(tài)、畫(huà)態(tài)軟件的強大數據處理和圖像表現能力，既可緩解高校PLC實(shí)踐教學(xué)設備投入不足的困難，又可提高學(xué)生的學(xué)習興趣，培養學(xué)生PLC控制系統的綜合開(kāi)發(fā)能力，是PLC實(shí)踐教學(xué)方式的一種探索、一種改革、一種進(jìn)步。