组态技术在PLC实验中的应用

张学军,刘海波,回文静

(河北工程技术高等专科学校电气自动化系,河北沧州 061001)

组态技术在PLC实验中的应用

张学军,刘海波,回文静

(河北工程技术高等专科学校电气自动化系,河北沧州 061001)

针对PLC实验存在的缺点,提出了将“组态王”软件应用于PLC实验项目的方法,从而建立了一个基于组态技术的PLC实验教学仿真系统。实践证明利用组态技术配合实验箱实验,能有效提高学生的学习兴趣、编程技巧和动手能力,丰富了PLC实验课的效果。

组态技术;PLC;仿真

1 组态技术简介

组态控制技术是一种计算机控制技术,采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上除采用工业PC机外,系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备,基本不再需要单独进行具体电路设计,有效提高了工控系统的可靠性[1]。

“组态王”是北京亚控科技发展有限公司开发的一种运行于Windows NT/Windows2000/Windows XP中文平台的全中文界面的组态软件,是一个集成人机界面(HMI)系统和监控管理系统的工业上位监控软件,用于快速构造和生成计算机监控系统。可与可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡智能仪表、远程数据采集装置(RTV)等多种外部设备进行通讯。

下位机采用的是日本三菱FX系列PLC,这是比较有代表性的微型PLC,除具有基本的指令表编程外还可以采用梯形图编程和顺序功能图编程,而且在FX系列PLC中还设置了高速计数器。由于三菱PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、操作方便、描速度高、结构紧凑,价格低廉以及具有模块化和标准化便于编程开发等诸多优点,在工业自动化的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)中跃居首位[3]。

鉴于“组态王”软件的应用范围和PLC控制对象的特点,就可以用“组态王”软件来仿真PLC的控制对象,将组态技术应用于PLC实验课。

2 仿真系统结构

利用组态技术仿真PLC控制对象,就是在计算机上运行事先编写的组态应用程序,在计算机屏幕上观察控制过程与结果。基于组态软件的PLC实验仿真系统组成结构如图1所示。上位机微机配有“组态王”6.53软件和三菱PLC编程软件FXGPWIN,下位机采用三菱FX2n型的可编程控制器[2]。

用编程电缆将计算机的串口与PLC通信口进行连接,并将PLC编程软件中的串行口设置中的硬件、“组态王”软件中的串口COM1设置为RS232,并监控PLC所有存储器、控制器及I/O接口的状态,以变量值的形式传输到计算机上,供上位机使用、处理。在组态软件环境下运行已开发的实验项目,同时使PLC进入运行状态,通过实验箱上的按钮或组态软件运行界面上的图形对象都可以控制实验,利用计算机可视化界面仿真PLC运行过程。

图1 仿真系统的结构

3 仿真系统实例

利用“组态王”软件可以开发很多实验项目,下面以十字路口交通灯的控制实验为例来介绍一下“组态王”技术在PLC实验中的应用。

3.1 根据控制要求编写梯形图

表1 十字路口交通灯I/O分配表

十字路口交通灯的控制是PLC课程中一个很典型的实验,控制要求为:当按下启动按钮时,南北红灯亮,25s后熄灭;在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮,并维持20s,然后闪亮3s后熄灭;在东西绿灯熄灭的同时东西黄灯亮并维持2s,然后东西黄灯熄灭;东西红灯亮,同时南北红灯熄灭,南北绿灯亮点亮,东西红灯亮30s南北绿灯亮25s,然后南北绿灯闪亮3s后熄灭,此时南北黄灯亮,维持2s后熄灭,这时南北红灯再亮,东西绿灯再亮……周而复始。此外南北和东西的绿灯不能同时点亮,否则报警灯点亮整个系统关闭,退出系统由停止按钮控制。I/O分配表如表1所示,梯形图如图2所示。

3.2 定义外部设备

PLC作为外部设备要与“组态王”进行数据交换,就要建立PLC内的点与“组态王”数据库中变量的连接。只有定义了外部设备,“组态王”才能通过I/O的变量和它们交换数据。“组态王”才能通过驱动程序来实现数据的采集和指令的发送。与PLC相对应的I/O设备的选择如设置COM1的地址、通讯方式、设备的生产厂家、逻辑名称,只要按照配置向导的提示就可以完成设备的连接。

FX2n系列PLC串行口参数设置:波特率9600bps,位数据位7,停止位1,偶校验,通信方式RS232,要与组态软件中的串口COM1的设置一致。

图2 十字路口交通灯梯形图

3.3 建立数据库

数据库是“组态王”软件的核心部分,实验运行状态要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达至PLC,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在计算机上启动组态软件的开发应用程序,建立一个“十字路口交通灯”的新工程在导航器的实时数据库中根据十字路口交通灯控制系统输入输出信号的数量建立相应的变量,设置它们的基本属性,如变量类型、连接的设备、寄存器、数据类型、采集频率。只要把I/O变量连结到前面定义的外部设备上,就可以和组态软件开发的仿真系统交换数据了。这样借助计算机屏幕就可以监控PLC的运行过程,给人以身临其境的感觉。关键变量如表2所示。

表2 十字路口交通灯数据库主要变量设置

3.4 绘制组态控制画面创建动画连接

根据PLC的控制对象在“组态王”的开发环境中绘制一个仿真的画面,建立动画连接:

如双击南北红灯,则弹出指示灯动画连接向导对话框,单击右上角的“?”按钮,弹出选择变量名窗口,双击选择对应的“Y2(南北红灯)”,然后在对话框的“颜色设置”中进行颜色设置。最后按下“确定”按钮,完成Y2南北红灯的动画设置。进而用同样的方法完成其它信号灯的设置。本设计中汽车流的动画连接也运用同样的方法。

3.5 运行调试

启动“组态王”运行系统,将PLC置于运行状态,当按下实验箱或画面中的启动按钮时,组态软件的运行系统画面中的南北方向红灯亮东西方向绿灯,表示东西方向车流的白色箭头就会移动。按下停止按钮PLC控制系统退出运行。图3是仿真系统运行窗口示意图。

图3 十字路口交通灯组态仿真运行界面

4 结论

利用组态软件建立的PLC实验仿真系统,可以解决用传统的实物方法开设实验课遇到的各种困难。既能节约大量的实验经费,缩短实验时间,提高实验的安全性[4][5],还能很好地调动学生的积极性,有效提高了学生的兴趣、编程技巧和动手能力,丰富了PLC实验课的教学效果,提高了学生综合运用知识的能力,达到全方位教学的目的。

[1] 袁秀英.组态控制技术[M].北京:电子工业出版社,2003.

[2] 杨广才,张丹.MCGS在PLC实验系统中的应用[J].淮阴工学院学报,2006,(1):59-60.

[3] 孙振强.可编程控制器原理及应用[M].北京:清华大学工业出版社,2005.

[4] 杨广才,张丹.组态软件在PLC实验系统中的应用[J].苏盐科技,2006,(12):17-19.

[5] 周美兰.组态技术在PLC实验教学中的应用[J].自动化技术与应用,2001(6):33-35.

(责任编辑:张铁壁)

Application of Configuration Technology in PLC Experiment

ZHANG Xue-jun,LIU Hai-bo,HUI Wen-jing
(Department of Electrical Engineering,Hebei Engineering and Technical College,Cangzhou 061001,China)

According to the disadvantages in PLC experiment,it puts forward a method which uses Kingview in PLC experiment,which builds a experiment teaching simulation system based on Kingview technology.The practice proves that using Kingview technology with experiment box can effectively enhance students′interest,programming skills and practical ability,and enrich the effects of PLC experiment.

configuration technology;PLC;simulation

TM571.61

A

传统的PLC实验是在实验箱上完成的,每个实验学生根据系统控制要求编写梯形图并输入到PLC中,然后进行PLC硬件配置,接好线,在实验箱的相关模拟区域上观察最后输出的运行结果。由于实验采用模块化设计,所有的被控对象均用发光二极管显示。并且现行PLC的操作系统是建立在逻辑运算的基础上,不具备系统管理能力,没有良好的人机交互界面,可视性差。而且PLC主要是用于工业现场控制,无法直观的观察程序的执行情况,PLC程序的验证只有与被控对象结合才能观察控制结果正确与否。如果将组态技术和PLC控制系统相结合,对PLC的实验状态进行模拟,不仅可加深学生对PLC实验本身及理论课程的理解、丰富了实验内容、明确本课程在生产实际中的重要性,而且在实验过程中还能充分调动学生的积极性主动性提高他们分析问题解决问题的能力。

1008-3782(2010)04-0036-03

2010-05-06

张学军(1969-),女,河北定州人,河北工程技术高等专科学校实验师。