基于组态软件的机床控制线路仿真实训系统

董跃武 郭连升 董瑞情

摘 要：介绍了“机床线路安装与检修实训”仿真模拟系统的基本原理，从实用角度分析了该系统实现安装接线与故障检测功能的仿真模拟策略，对于“机床线路安装与检修实训”项目学员的实训及考核具有重要意义。

关键词：仿真模拟技术;机床线路;PLC;组态软件;仿真模拟操作

0 引言

“机床线路安装与检修实训”项目是学员在维修电工培训中较难掌握的内容，机床线路安装复杂，实践性非常强，要通过大量实训才能达到理想的学习效果。“基于PLC与组态软件的机床控制线路实训仿真系统”利用软件模拟实训装置，让学员利用软件即可实现基本控制线路和典型机床线路的安装接线及故障检测操作，在节约材料的同时可达到实训效果。

1 实训仿真系统原理

1.1    系统原理及硬件组成

本套实训仿真系统的硬件组成包括上位PC机、可编程序控制器（PLC）、输入控制按钮（开始按钮、复位按钮）、故障选择编码盘、双色指示灯（绿灯、红灯）和显示屏（时间、分数）等。系统总体设计方案如图1所示。

1.2    组态软件的特点及选用

实训仿真系统采用组态软件与PLC相结合的形式，即以PC机为平台，安装组态软件，开发一套仿真软件系统，再与PLC配合，实现机床控制线路仿真模拟接线及故障检测功能。

组态软件是数据采集与过程控制的专用软件，在自动控制系统监控层级的软件平台和开发环境下，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式），提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以极易实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。

组态软件具有使用简单，运行可靠，可提供数据采集设备的驱动程序和自动化应用系统所需的组件，图形设计工具强大等特点。目前，国际上较知名的监控组态软件有Fix、Intouch、Wincc、LabView、Citech等。

本方案选用的力控监控组态软件（ForceControl）是一个面向方案的HMI/SCADA平台软件。分布式实时多数据库系统，可提供访问工厂和企业系统数据的一个公共入口。内置TCP/IP协议的网络服务程序使用户可以充分利用Intranet或其网络资源。

2 仿真系统安装接线功能的模拟实现

利用仿真系统的“模拟接线”功能在仿真接线板上完成元器件之间的连接。模拟仿真接线板与实际的接线板完全对应，界面直观、简单、易操作。根据接线图，利用组态软件对每个接线点进行编号，对相同编号的接线点间的接线进行编程设定，使得鼠标连续点击两个相同编号的接线点时可显现连接线，即连接正确，此时学员可继续其他接线点的连接。当鼠标连续点击两个不同编号的接线点时不显现连接线，即连接错误，此时学员必须重新连接，若是考核则系统自动扣分。学员使用时，只需用鼠标点击元器件的接线点即可完成连接。

3 仿真系统故障检测功能的模拟实现

仿真系统故障检测功能的实现是利用組态软件中的绘图功能完成所需仿真的故障接线板、故障选择按钮和电池灯，并编程使它们之间建立特定的联系。首先，由教师设定各仿真故障接线板中的故障现象;然后，对各仿真故障接线板中的各个接线点和元器件进行编程，设定它们对应的所有故障条;最后，对可编程控制器进行硬件连接，并编程实现对硬件的控制。

作为下位机的可编程控制器，主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成，如图2所示。其程序的编写采用西门子可编程序控制器S7-200专用编程软件STEP 7 MicroWIN SP6完成。学员只需利用该编程软件编写相应的程序即可。

上位机PC通过安装组态软件与PLC建立联系，使得外部按钮可以控制故障选择。数据库是从I/O驱动程序中获取过程数据的，而数据库同时可以与多个I/O驱动程序进行通信，一个I/O驱动程序也可以连接一个或多个设备。下面介绍如何创建I/O设备。

（1）在Draw导航器中双击“实时数据库”项使其展开，选择“I/O设备驱动”项使其展开，选择“PLC”项双击使其展开，选择厂商名并双击，选择项目双击并按照创建I/O设备指示（图3）进行定义。

（2）单击“完成”按钮返回，在项目下面增加了一项“PLC001”，如果要对I/O设备“PLC001”的配置进行修改，双击项目“PLC001”，会再次出现PLC001的“I/O设备定义”对话框。若要删除I/O设备“PLC001”，用鼠标右键单击项目“PLC001”，在弹出的右键菜单中选择“删除”。创建名为“PLC001”的I/O设备后，建立数据连接，将已经创建的多个数据库点与PLC联系起来，使这些点的PV参数值能与I/O设备和PLC进行实时数据交换，由于数据库可以与多个I/O设备进行数据交换，所以必须指定哪些点与哪个I/O设备建立数据连接。

4 结语

机床培训中有的项目较抽象，单纯靠学员理解不容易掌握其中要领，“机床控制线路实训仿真系统”可化繁为简，形象、直观地模拟现场操作场景。学员通过本仿真模拟系统的学习，在不消耗材料的条件下，为学员短时间、高效率掌握各种机床控制线路的安装接线及故障检测能力开辟了一条学习的新途径，类似的模拟仿真软件作为重要的培训工具和手段必将得到越来越广泛的应用。

[参考文献]

[1] 刘华波.西门子S7-200 PLC编程及应用案例精选[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 李方园.人机界面设计与应用[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3] 穆亚辉.组态王软件实用技术[M].北京：黄河水利出版社，2012.

[4] 向晓汉.西门子S7-200 PLC完全精通教程[M].北京：化学工业出版社，2013.

收稿日期：2019-11-13

作者简介：董跃武（1978—），男，河北沧州人，工程师，研究方向：机电设备安装与自动控制。