基于组态软件的PLC实验室系统建设研究

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720055

摘要：PLC（可编程逻辑控制）属于电气工程专修课程之一，其操作性较强，要搭配适合的实验设施方可保证实验室教学质量。结合PLC目标特征，实验设施的采购需许多资金，且后续设施维养成本较大。本文构建了一个基于组态软件的PLC实验室系统，只要少许资金就能解决以上难题，并结合自动送料小车案例深入分析了系统性能和效率。

关键词：PLC；实验室；组态软件；性能

1 系统架构

基于组态软件的PLC实验室系统的上位机控制层是由计算机和应用软件组成；现场控制层是由PLC及其监控目标组成，其中监控目标是根据组态软件仿真模拟。

1.1 硬件系统

任一系统都是由计算机、西门子PLC构成，两者之间的通信是通过RS232/485转换器实现，其硬件连线和系统架构图如下图所示。

系统架构图

1.2 软件环境

该系统采用组态王6.5应用软件，一般是由界面开发、运行、工程管理和浏览器四部分构成。软件具备如下几个特征：

（1）用户界面优化，易掌握，易操作；

（2）实时监控，可反映相对复杂的工业现场控制情况，同时分析现场生产的即时数据或走势曲线，支持时间性或事件性的报表输出和打印，还具备对于报警信息的记忆功能以及脚本二次开发功能；

（3）具有各种硬件设施的驱动程序，比如变频装置、智能仪表、PLC等等。

2 案例分析

文章结合自动送料小车案例，详细分析了系统的实现和运行。

2.1 系统控制需求

在系统运行初期，小车放置在甲处，后限位开关处于关闭状态。在启动系统之后，小车开始行驶，后限位开关开启；到乙处后，前限位开关又被关闭；乙处上方漏斗开启进行装料；小车装满后，漏斗关闭；小车向反方向行驶，前限位开关开启；到甲处之后，后限位开关关闭，小车进行卸货处理；如此循環往复。

在启用系统停止功能之后，送料小车不会立即停住，只有在工作周期性结束之后，才会停止于初始状态。

2.2 组态软件的运用

组态软件的运用是模拟仿真PLC送料小车，主要实现以下几点：

（1）实现通信，在组态王中设置设施状态，实现上下位机的信息传递；

（2）设计良好的组态人机界面；

（3）脚本编程、动画效果，该系统的脚本编程是保证界面与初始状态、变量、PLC等信息交换，动画效果包括送料小车行驶情况、限位开关状态、装卸料过程。

该系统的目标控制过程相对简单且有律可循，采取顺序编程方式比较合理。

2.3 系统整体运行分析

PLC运行程序之后，在组态软件环境下，送料小车可根据程序及时做出反应，计算准确、分析精准。用户界面显示了送料小车的工作情况，画质清楚，延迟性较低。系统具体功能有：

（1）信号传递实时、准确。通过向PLC发出输入信号，启动、暂停系统以及开启或关闭限位开关；向PLC发出输出信号，完成驱动小车前进、倒退和车门开启、关闭等动作指令。

（2）控制目标状态情况真实，可直接显示PLC程序运行。小车在程序运行情况下，可根据要求和进度做出指定动作，直观反映PLC控制目标。系统调试人员可根据小车形式情况了解程序运行状态。

2.4 系统延伸功能和性能改进

（1）系统延伸功能。在保证系统变量一定的前提下，改变监控需求编写程序，被控目标送料小车根据新程序完成预期动作，系统正常工作，效果一致。由此可见，系统运行仅仅受到使用者算法影响，并不受仿真部件的作用，实现了预期的运行效果。

（2）性能改进。和传统实验教学相比，基于组态软件的PLC实验室系统运用在教学方面性能有以下几点改进：①模拟效果良好；②编程时间更短；③后续维护和保养成本少；④安全稳定性相对较高；⑤应用范围更广泛；⑥环境影响小灯。

除了送料小车之外，还设计和实现了12个控制仿真模拟系统，应用于实践效果显著。

3 结语

总而言之，基于组态软件的PLC实验室系统模拟仿真PLC控制目标，一方面降低了学校采购大量实验设施的成本费用，且后续维护和保养费用较低，另一方面提高了PLC实验教学的多元性和丰富性，加强教学质量和效率。除此之外，该系统还可运用在PLC科研工作中，某种程度提升师生的理论学习和操作能力。而将这种模式运用到生产制造过程之中，将大大提高系统编程效率，符合现代化生产需求。

参考文献：

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作者简介：姚奇，导师：李明，农业机械化硕士。