基于组态软件的电气控制实验平台的设计与实现

2017-12-29杨胜利

山东工业技术 2017年24期

杨胜利

摘要：本文围绕组态软件的电气控制实验平台的设计和实现展开论述，采用实际系统设计案例分析的方法，对组态软件系统下的电气控制实验平台的组成部分，包括数据采集、现场总线、数据传输、数据处理分析、设备运行监控、远程控制等进行论证。提出现代智能控制技术基础上的电气控制平台经过数据控制模块的设计思路，力求实现对现场设备的控制，符合相关设备运行的工艺要求。

关键词：电气控制；实验平台；组态软件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.133

电气控制综合实验平台，利用到多个学科领域的基础技术和知识，如电气自动化、计算机学科、PLC变频控制等。是一项综合性和实用性较高的实验。从传统的单一设备实验转变为以机床电气控制为主的机床电气控制。内部包含继电器、接触器硬件接线等，改变了固定实验内容的功能单一的缺陷。通过引入工控行业中的可编程序控制器PLC，传感检测等设备，为学习人员构建了仿真的工控系统平台。

1 实验台原理以及结构

（1）实验台的结构中，包含了控制系统的理论模型，其中系统输入和控制部分采用了系统元件加以构成。控制部分分为开环和闭环系统两类。

设备的电气控制系统包括了执行机构、逻辑控制以及输入设备三部分。对于实际的生产机械和设备的运行情况，采用闭环控制的方法，对于现场信号加以输送，包含了开关、按钮、继电器、接触器等，装置有传感器等。逻辑控制部分包含了数据转换、处理功能，针对输入信号加以控制，转换后的控制信号将执行机构加以控制，通过PLC编程实现了继电器和接触器线路之间的搭建，能够直接使用电磁阀、变频器、直流控制器等进行驱动负载。

（2）基于组态软件的实验台，控制系统较为复杂，先利用仿真软件对控制系统的各种运行状态加以方针，根据实际情况制定出控制方案，例如MCGS等仿真软件都是较为常见的且经过验证的最佳的控制方案[1]。

根据电气控制系统的原理，构建好实验台之后，将实验系统加以分组，一组为执行部分，包括接触器、变频器，一组是按钮、开关、指示灯等，一组是控制部分，包括PLC、接触器系统等。控制的对象包含了显示器、电机、机床动力头等等。

基于组态软件的电气控制实验，装置主要包括三个组成部分：

第一是电气控制，以继电器、接触器为主要构成，首先要选择接触器、继电器等电器元件，然后进行接线盒布线，经过调试后完成了基本的继电器和接触器的逻辑控制线路。电动机的降压启动、正反转、顺序启动等各自有不同的控制要求，总的来说要执行机床的往复运动。

第二是基于PLC和变频器的电机控制，通过计算机中的PLC编程软件，完成程序的设计后，构建器软件、硬件之间的连接，通过电机相关量的检测装置，包括电流表、编码器等，对电气的运行实行闭环控制和监控。

第三是利用组态软件，如MCGS等，使用PLC应用技术完成电气控制的仿真，其中的触点、开关、接触器线圈等的逻辑关系均要进行仿真的控制。仿真的画面中，要对显示控制面板进行真实的仿真，例如使用不同的颜色进行导线、继电器线圈等的区别，连接器PLC和组态软件，动态显示开关、接触器的器件的画面等等，实现PLC的控制功能。然后经过实验平台的基本机构原型的搭建，得到了系统的扩张和开放性的运作模式，在这个过程中，为了使得功能模块和执行部件能够更好的实现功能，还可以增加电气元件[2]。

2 设计实例分析

以某项电气控制综合实验平台的仿真设计为例，该实验平台，组成部分包括了PLC、变频器、执行元件以及控制面板、电路接线面板等等。PLC为欧姆龙公司的系列产品，具有模拟量输出输入的功能，能够进行4点开关量的I/0输出输入。变频器为欧姆龙公司的开环矢量控制型变频器。可以实现无传感器矢量控制的强大转矩要求。另外，为了能够实现与可编程控制器PLC等上位机的连接，还搭载了RS485等软件，配备了串行通信接口、标准USB端口，以完成通信系统的设计。利用上位机与USB端口进行通信，并实现变频器与选件之间的通信。

经过对电气元件的位置的设计，采用网孔板形式的电路接线面板，为学习者提供的设计控制空间较大，包含了各种按钮以及实验台上的控制面板的指示灯，多种颜色额指示灯指向的是操作指示和操作，通过执行元件工作台，能够对三相异步电机、步进电机、伺服电机等机床动力装置进行运行[3]。

采用欧姆龙公司的编程软件，PLC程序设计的系统较为复杂，因此利用组态软件MCGS能够更好地对PLC应用技术和电气控制技术进行仿真。

3 基于組态软件的电气控制实验平台的装置特点

（1）采用基于组态软件的电气控制实验平台的方式，具有很强的实践性。学习者能够在实验平台上获得真实的电气运行模型的操作技术的练习机会。而且能够直观地看到电机、机械动力滑台以及模拟机床动力滑台的运转过程，加大对电器、电气元件的认识，亲自进行组装和接线，在操作中获得对各类自动化装置结构和工作原理的知识。

在实际操作中，学习者能够大大提高解决实际问题的能力，提高自身的动手能力，对电机控制原理熟悉后，完成线路的绘制的连接工作，观察电机的运行情况[4]。

（2）通过基于组态软件的电气控制实验平台的设计，学生能够对不同实验要求进行分析，涉猎到广泛的电机实验内容，对于电机控制系统的功能有所了解。经过在电机实验平台上的操作之后，学习者增强了电气控制系统的技术素养，提高了创新能力，可以将实验装置中的控制系统的设计和方针，应用到工程实践中去。

4 结语

经过成功设计电气控制综合实验平台，现代化电气控制综合技术实力将大大提高。学习者均能在实验台上自主设计并且调试出PLC应用程序，组建电气控制线路。通过实际的控制效果的直观感受，学习者得到了教学和科研的最佳平台。

参考文献：

[1]王均珂.多热源热水工程能源监控管理系统及运行策略研究[D].山东科技大学，2015.

[2]刘宏达，徐颖，王科俊等.电气控制综合实验平台设计与探索[J].实验技术与管理，2016，33（05）：69-73，77.

[3]刘宏达，张国堃，张文义等.基于翻转课堂模式的电气控制综合实验课程设计[J].实验技术与管理，2017，34（03）：165-169.