组态王在PLC课程改革中的应用

（天津天狮学院，天津 301700）

0 引言

PLC被国内外有关专家称为“现代工业自动化三大支柱”之首，已成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置之一。由于PLC课程中部分原理内容较为抽象，理论与实践的紧密结合就显得尤为重要，因此实践性教学环节在教学任务中占有较大比重。但限于资金、设备及场地等因素，实训设备偏少、陈旧、实验操作不当出现问题不易维修等缺点存在于大部分院校PLC教学当中，这使得PLC的教学存在较大的局限性。为解决上述问题，我们将组态王控制软件引入PLC课程设计环节中，可以丰富实践教学，是对现有教学设备的良好补充，为学生面向企业就业，师生积累工程实践经验打下良好基础。

“组态王”是一种全中文人机界面软件，该软件采用框架结构窗口，界面形象直观且易学易用，它把与之通信的各设备都看成是外部设备，能方便地与PLC、变频器、智能仪表等各类外部设备连接。鉴于组态王的以上优点，将其应用到PLC课程当中，研发完成基于组态软件的实验教学系统，可以全面模拟现场情况，实现传统实验所不能完成的项目，帮助学生更好的理解PLC与电气设备的相关知识，并增强学生的兴趣以及提高掌握效果，得到高效的教学作用。

1 组态王在PLC课程设计中的应用实例

以课程设计当中一个案例来介绍运用组态王监控软件进行设计的优点。本案例是应用PLC来控制变频器调速的典型案例，通过使用EM235模块输出模拟信号，用实时曲线监控变频器的调速过程，最后在组态王中显示变频器的频率变化曲线及当前的频率变化值。项目需要运用变频器的参数设定、组态王监控画面的设计、PLC的模拟量输出等相关知识与技术方法[1]。

1.1 实验原理及方案

该设计在没用组态监控设计之前，需要的硬件有PLC（西门子S7-200）、变频器（松下VF0）、电动机和计算机，还需要多组连线，每次启动还需要开启380V三相交流电电源带动电动机转动，如果学生不小心连线有误则会造成一定的设备损坏或危及人身安全。

本设计运用西门子S7-200PLC实验模块，通过EM235模块输出模拟信号，形成实时曲线输出给松下VF0变频器，从而实现对电机调速的过程，其原理如图1所示，该方案中，电动机的启动方式有两种：①使用拨钮或按钮（本接线图使用PLC的输入点I0.0作为电机的启停控制点）；②通过组态画面中的按钮。在接线图中可以看到PLC的输出点Q0.0与变频器的5端连接使变频器用外控操作的输入信号来进行运行和停止。PLC通过EM235模块输出模拟信号，模拟块的V0、M0分别接在变频器的2、3端，实现了将模拟信号输出给变频器，从而控制电动机的转速[2]。L+，M分别为PLC和EM235模块提供电源，变频器的L1，L2，L3分别接在三相电源的L1，L2，L3，U，V，W作为输出接在电机上，电机自身为星接法。

图1 PLC控制的变频器调速系统的电气原理

1.2 组态监控方案

基于PLC及组态监控的变频器调速系统的设计原理简述如下。

通过PLC编程软件完成梯形图的设计，该设计应完成变量存储器中数值的变化符合给定曲线的变化趋势，并能通过模拟量模块输出到变频器中，该部分程序的设计可用基本指令如定时器、比较等指令并结合部分功能指令如传送指令、运算指令等来完成。

变频器的运行在接线完成的基础上，还需对其参数进行设定，本实验中主要使用P08和P09两个参数对变频器的控制方式及频率值进行设定，从而使变频器由PLC的输出控制启停，并由梯形图程序中变量存储器中的数值作为频率的输入信号[3]。

组态监控的设计中，通过组态王软件的设置，使其画面能对上述整个过程实现监控，如：用画面中的按钮作为启停按钮来控制电动机的启停，画面中也有相应的电动机通过红绿颜色的变化来显示当前电机的运行状态。同时，画面中还可显示频率值的变化曲线及当前频率值，监控画面如图2所示。

图2 组态监控画面

2 监控软件应用在 PLC 教学中取得的效果

将组态王应用到该案例当中，可以对上述整个运行过程实现监控，其具有以下优点。

（1）在没有变频器或电动机的情况下仍然可以顺利完成该实验，减少了硬件设备及连线。

（2）学生可以用电脑在宿舍等非实验室完成组态监控部分的设计，使学生可以更方便的利用课外时间完成任务，也更节省了实验室资源。

（3）对于实验设备齐全的学校来说，可以让感兴趣的学生完成整个实验，而对于兴趣不浓厚或基础较差的学生可以只完成结合组态监控部分，这样既节约资源，提高实验安全性，又达到了分层次教学的效果。

（4）该方法动态的将传统理论教学与实验教学有机的融合在一起，丰富了教学手段，活跃了课堂气氛，“理实一体”使枯燥的PLC知识更加形象生动。通过画面的监控，学生能够方便地观察到程序执行的动画过程，更好的加深了对知识的理解，比单纯学习书本知识更容易接受，起到了事半功倍的效果。

3 结束语

监控软件应用在PLC课程设计当中不仅提高了学生学习的主动性和兴趣，有利于学生更容易地掌握PLC课程的知识，起到了良好的教学效果，并且能增加实践经验，学生毕业后从事PLC技术方面的工作时能实现与工作岗位的无缝连接。因此，在PLC课程设计的教学中采用组态监控技术是一种必然趋势。