QTouch组态技术在PLC教学项目中实践

江汉大学智能制造学院 李 鹏 蔡利民 王 莉

针对高校PLC课程教学在实验教学及实践应用方面存在的问题，提出了将新型QTouch组态技术与PLC技术相结合的教学模式，设计了一项基于QTouch的交通灯试验教学项目。通过QTouch组态软件设计人机交互界面，编写时序逻辑控制及数据记录等功能，搭建PLC外围硬件接线，并进行人机交互界面测试与指示灯状态测试。实验教学表明，该实验很好解决好了PLC的可视化问题，提升教学效果，增强了学生的学习兴趣，也提升了QTouch组态技术在实验教学中的实践应用。

随着计算机技术快速发展，高校实验教学过程中对于软件要求越来越高，为了体现实验教学的直观性、实践性，让学生能够直观的实践实验对象的动态变化，新型的实验过程需要可视化，提升学生体验实验过程的直观性，将组态技术引入实验教学，是一种新的实验教学模式与探索。

PLC技术是本科高校及高职学校的一门重要专业课程，也是一门综合性和实践性很强的专业课，目前高校在PLC实验教学过程中大多采用PLC自带的编程软件进行内存单元数据监视功能，在数据的显示、软件调试方面不够智能化，使得学生在实验操作过程中感觉方法的枯燥及乏味，实验教学质量不高。随着组态技术的发展，解决了此类问题，组态软件具备动画构造、对象关联、曲线分析等优点，能够根据对象要求设计模拟现场动画。实验学生能直观的体验实验过程，查阅设备内存单元数据变化过程，提升学生对实验过程的直观性的理解，加深学生对课程的兴趣度，提升教学质量。

本文以QTouch组态技术与PLC控制技术相互结合，设计一项基于QTouch的智能交通系统控制实验项目，该实验设计了人机交互界面、搭建了硬件调试环境，完成了实验平台测试，实现了一个综合性应用型实验教学实践过程，从单一知识应用到多种技术组合的实验方式，极大的提升了学生的实践动手能力，加大了学生对软硬件联合调试技术，也提升PLC实验教学优势。

1 QTouch组态技术简介

QTouch组态软件是一种跨平台的组态软件、该软件具有跨平台和统一工作平台特性，可以跨越多个操作系统，如unix、linux、windows等。QTouch组态集成了设备通信、图形界面、数据转换、逻辑处理等四大自动化应用，软件建立了与多种型号的PLC、传感器、单片机及智能仪表的驱动连接。提供多种的通信方式，可提供二次开发环境条件，该组态软件针对高校自动化、测控等专业的实验教学，能够有力的提升该专业的综合能力，在现场过程控制领域也有很好的应用前景。

2 实验系统总体设计

实验项目设计，实验采用三菱的FX2N系列PLC作为逻辑控制器，QTouch组态技术作为软件开发平台。其总体框图设计如图1所示，主要包括上位机监控界面设计、PLC控制及LED交通灯显示。

（1）上位机监控界面设计，采用QTouch组态技术来设计可视化交通灯界面，按功能分为不同的子界面；利用QTouch自带的cEditor和JS脚本编程环境进行逻辑编程及动画运动编程；数据最后存储于数据库中。

（2）PLC作为核心逻辑控制器，主要功能是桥连上下位机数据信息，运行逻辑控制，完成LED交通灯时序控制，实现现场数据的上传下达功能。

（3）LED交通灯，搭建交通灯模拟路口，利用LED的通灭状态反应当前PLC输出口状态量，易于人眼观察交通时序变化。

实验界面接系统搭建，学生能够实际动手操作软件、搭建环境、建立软硬件间驱动、调试程序等实践操作过程，通过实验提升学生对专业课程的认识。

图1 系统总体框图

2.1 实验系统外部硬件接线图

系统主控制器主要采用三菱FX2N-64MR型号的PLC，其接线图如图2所示。

（1）输入口，系统设置了启动、停止、自动、手动控制等开关；系统处于手动操作时，系统按照路口开关命令控制灯序。自动模式下，通过软件时序逻辑控制路口灯序，硬件接线如图2-2所示，系统急停开关为常闭按钮SB0-1控制。

（2）输出口，系统根据十字路口的特点，设置了六个灯状态的控制，采用PLC的输出口Y0-Y6来进行输出，为路口灯的控制信号。

（3）报警设置，采用蜂鸣器来完成该项功能，本系统在逻辑控制中，存在车辆位置重叠或者闯红灯事件产生，系统进行车辆位置检测后，产出报警信号。

2.2 实验系统控制时序设计

本试验系统中，交通时序逻辑设计为红灯30s，黄灯3s，绿灯27s，主程序设计如图3所示。程序开始，系统初始化，完成系统参数配置，检测控制模式按序执行控制逻辑。

图2 PLC硬件接线图

图3 系统主流程图

系统启动进入自检，初始化南北红，东西绿启动，计时开始，当南北红计时20s后，启动红灯10s倒计时，东西绿灯也进行倒计时7s计数，东西绿倒计时完成后，启动东西黄灯3s倒计时，当3s倒计时结束后，刚好同南北红灯10s倒计时同时结束，此时系统检测是否有结束命令，没有时程序继续进行南北绿，东西红启动。

3 QTouch监控软件的设计

本此实验教学软件采用QTouch组态技术实现，实验设计功能主要包括：QTouch交通灯组态界面设计、脚本逻辑功能编程、软件测试等。学生实验需要完成的就是界面设计、建立驱动连接、对象关联，脚本逻辑编写等实际操作。

3.1 QTouch组态软件的设计

本实验主要组态界面有：系统功能选择界面，交通灯模拟运行界面，系统参数修改界面，实时及历史数据曲线监测界面等界面设计。

QTouch工程管理界面如图4所示，分布有工作区、工具栏、状态栏及显示区等。软件功能主要有实时数据库、设备的选型、实时/历史曲线、脚本程序及驱动监视等功能模块。QTouch编程环境支持c语言及c++语言程序语句逻辑编程。

3.2 QTouch与PLC的通讯连接

实验过程中，进入QTouch项目组，点击通讯设备，建立FX2nP串口驱动，配置驱动及串口参数（三菱PLC串口通讯参数9600,7,1,无），完成驱动建立如图5所示。下一步就是参数关联，进入实时数据库，点击增加变量，选择FX2nP设备驱动关联，可以关联PLC内存单元，完成数据配置及通讯。

3.3 智能交通运行界面

交通灯运行交互界面如图6所示，主要组态了模拟交通路况，模拟车辆，模拟交通灯等。完成了东西南北道路模拟、车道上的车辆、行人及信号灯等对象进行组态。设置自动及手动运行启动控制按钮，手动控制面板及车流量计等功能。

4 调试结果与分析

图4 QTouch工程管理设计界面

图5 QTouch与PLC通讯配置

图6 十字路交通灯模拟运行界面

实验系统调试，在调试过程中采用逐级调试与模拟实验调节，通过不断的修改系统的控制参数，完善其控制效果。系统的硬件测试主要包括测试PLC的输入、输出，QTouch组态界面软件功能的测试。

QTouch人机界面测试结果如图6所示，系统处于自动运行模式，交通灯时序按预定时序进行变化；汽车运行按规则穿行，南北向绿灯，汽车通行，东西向车辆等待，南北向红灯，汽车等待，东西向绿灯，汽车通行，车辆通行方向设计了模拟的车流量计；PLC执行的输出I/O按照系统预定时序进行输出，QTouch组态界面显示对象状态值。通过实验测试，本系统实现了预设功能要求。

总结：本文设计了QTouch的组态软件与PLC的实验教学内容，采用QTouch的可视化、动画特效、脚本语言等友好的人机交互设计功能，完成了PLC的逻辑控制，模拟灯状态输出，实现了实验设计的内容。本文采用组态界面显示，减少了外部硬件设备的电路，节约硬件成本，丰富了PLC的实验教学方案。

通过QTouch技术的实验教学，极大的提升了学生对PLC课程的学习兴趣，并且掌握了对QTouch组态技术的应用技巧，拓展了学生的学习知识界面，提升了PLC技术的实践教学能力，具有一定的教学意义，并且该软件具备二次开发性能，可用于PLC教学中的多种设备试验的教学任务。