组态软件在PLC课程教学中的应用

李明海

【摘 要】本文对组态软件的功能进行了分析，以机械手控制系统为例，利用组态软件开发PLC课程教学所需要的动态模拟被控对象，以取代价格昂贵的实物模型，可大大节省成本，而且画面直观，调试方便，能有效提高学生的兴趣、编程技巧和动手能力，提升PLC课程的教学效果，并能提供学生工程实践经验，达到全方位教学的目的。

【关键词】PLC（可编程控制器）；组态软件；仿真

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2016）14-0100-03

一、引言

PLC即可编程控制器，具有体积小、抗干扰能力强、可靠性高等优点，已经成为工业及相关领域中发展最快、应用最广的工业控制装置。现代工业企业迫切需要PLC的专业技术人才。在这种需求形势下，PLC已成为机电一体化技术、自动化的专业核心课程之一，是一门实用性、工程性和综合性很强的专业课。

在实际工程中，PLC输出的负载一般都接有接触器、电磁阀、继电器。但是，在“PLC工业控制”课程教学中，我们的实验板只能使用发光二极管代替实物，并在实验板上观察最后输出的运行结果，而且实验台上能做的实验不多。这导致我们学生虽然学会了编程，但到了工业现场却不会接线。这种教学方式缺乏直观性，且实验方法单调枯燥，学生学习兴趣不高，实验效果不理想，极大影响了学生参与实践的积极性及动手能力。

为了缓解上述矛盾，PLC课程教学把组态软件使用到其中，利用组态软件仿真PLC的被控对象。组态软件可以接受PLC发出的控制信号，并按照组态软件中程序的算法以动画等形式在计算机屏幕上反映出PLC对被控对象的控制过程及结果。利用组态软件仿真模拟被控对象，就可以实现有限的设备多样化的设计，从而丰富学生的PLC课程内容。

二、组态王软件

亚控科技公司开发的组态软件——组态王，是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。软件由工程浏览器（Touch Explorer）、工程管理器（Proj Manager）和画面运行系统（Touch View）三部分组成。

工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画连接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。运行系统是工程运行画面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的相互交互。

三、机械手控制系统的设计

本文以西门子公司的S7-200 PLC为下位机，结合机械手控制系统的PLC控制实例，在机械手的PLC编程已完成的基础上介绍组态王软件完成对机械手仿真、监控和通信等的应用。

控制要求：如图1，按起动后，传送带A运行，直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行，直到按一下光电开关才完成一次循环。

1. 静态画面的制作

仿真画面需要的图像可以运用组态工程界面的画图工具自行按照控制对象制作，所需的指示灯、按钮、控制方式、选择开关等，可直接从组态软件的图库中选择相应的图形，图库中提供了多种工业设备的图形符号，为仿真画面的创建提供了方便。按照控制系统的要求，制作出了如图2所示画面。

2. 连接和定义外部硬件设备

连接和定义外部硬件是确定数据来源于I/O设备的过程，I/O设备的含义是指在控制系统中完成数据采集与控制过程的物理设备，如PLC、智能模块、板卡等。本项目中通过工程浏览器中用“设备配置向导”对话框，根据实际的硬件设备选择PLC，如图3所示，并进行相应的设置。

3. 实时数据库的建立

数据库是组态王软件最核心的部分，在机械手控制中担任和PLC中I/O设备的实时数据交换的重任。在系统运行时，机械手现场的工作状况要以动画的形式反映在显示屏上，操作者在计算机上发布的指令也要迅速送达工作现场，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。

数据库中数据变量由“数据词典”进入设置。数据词典数据变量总体可分为两种：一种是内存变量，另一种是I/O变量。内存变量是处理需要而设定的一种变量，在组态软件中自行存储，不参与PLC的I/O运行，但参与监控画面中的动作。而I/O变量是和外界硬件设备和PLC内部变量相关联的变量。图4是根据机械手I/O分配表和PLC内部变量建立在数据库中的I/O变量。

4. 定义动画连接

“动画连接”就是建立仿真监控画面中图素与数据库变量的对应关系，可以由表达式连接I/O接口。PLC中I/O变量变化，就会引起实时数据库中变量的变化，并在画面上反映出来，实现了机械手的实时监控和动态显示功能。图5是机械手下降垂直动作的设置画面。

5. 命令语言

组态王除了定义动画连接时支持连接表达式，还允许用户编写命令语言来扩展应用程序的功能，极大地增强了应用程序的可用性。

命令语言的格式类似C语言的格式，用户只要按照规范编写程序段即可。按照机械手工序的控制要求，编写命令语言可以完场上位机控制操作。例如下面是显示传送物体以及夹紧下降的部分程序。

if（＼＼本站点＼光电开关PS==1）

{ ＼＼本站点＼物体A显示=1；}

if（（＼＼本站点＼下降YV2==1）&&（＼＼本站点＼夹紧YV5==0））

{ if（＼＼本站点＼下降参数<10）

{ ＼＼本站点＼下降参数=＼＼本站点＼下降参数+1； }}

6. 运行系统

当完成以上的工作后，就可以与PLC联机试运行。将组态画面进入“切换到View”后，上位机切换到运行系统画面。按下PLC的启动按钮，就可以观察到机械手的每一步运行过程。图6所示为机械手右转后的画面。

四、结束语

组态软件结合PLC投入教学使用后，增加了课程的趣味性，形象生动地展示了实训室欠缺模型对象的控制过程仿真。教学实践证明，将组态软件应用于PLC实践教学中是切实可行的，并且能取得良好的教学效果。学生对PLC课程的兴趣明显提高， 有助于提高动手能力，创新思维得到充分发挥。比如上述机械手控制系统，学生可以增加搬运工件数量的统计功能，在组态界面加上搬运的工件实时统计数量，并动态地显示。

参考文献：

[1] 覃贵礼.组态软件控制技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[2] 马鑫金，葛年明，龚秋英.组态王在PLC控制系统中的应用[J].三江高教，2013，（3）：33-38.

[3] 时谦，李雪莲，管晓虎.基于组态王软件在PLC实验教学中的研究[J].现代商贸工业，2012，（22）：133-134.

（编辑：王春兰）