基于MCGS組態(tài)技術(shù)的PLC實踐教學改革

摘要：針對目前PLC實踐教學中存在的問題，如設備投入不足、學生學習興趣不高等，提出將MCGS組態(tài)軟件與PLC控制技術(shù)相結(jié)合來設計監(jiān)控系統(tǒng)，并以混料簡易控制為例，講解組態(tài)控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程。實踐證明，該上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以模擬現(xiàn)場自動設備系統(tǒng)的工藝流程，可以與PLC實施信息交互，可以實時監(jiān)控PLC工作。此改革既可緩解高校PLC實踐教學設備投入不足的困難，又可提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生PLC控制系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力。
關(guān)鍵詞：MCGS；監(jiān)控系統(tǒng)；PLC；組態(tài)軟件

可編程控制器技術(shù)(PLC技術(shù))是自動化專業(yè)的核心課程之一，是一門知識覆蓋面廣、涉及內(nèi)容多、更新發(fā)展快、強調(diào)理論而又偏重實踐應用的課程，與生產(chǎn)實際和工程應用結(jié)合緊密且應用廣泛。因此深化對PLC實踐教學的改革顯得更為重要。

1 組態(tài)軟件概述
組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件，譯自英文SCADA，即Supervisorv Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應用領(lǐng)域很廣，可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。
MCGS(Monitor and Control Generated System，通用臨控系統(tǒng))，由北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司開發(fā)，是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Micmsoft(各種32位Windows平行上)運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案。

2 PLC實踐教學中存在的問題
PLC控制應用技術(shù)是實踐性非常強的一門課程，如何利用已有的資源，理論聯(lián)系實際，使學生能最大限度地深入學習是該門課程教學中需要解決的問題。目前科學技術(shù)日新月異，企業(yè)生產(chǎn)設備和工藝流程都在不斷更新?lián)Q代，為了讓學生能夠盡快適應企業(yè)需求，要求我們的實驗內(nèi)容要不斷更新，進而要求實驗設備要不斷更新。由于受到面積、價格等諸多客觀條件的限制，很難在實驗室配置數(shù)量較多的PLC和較全面的工業(yè)控制對象，也很難實現(xiàn)沒備的不斷更新，因而制約了實驗的數(shù)量和質(zhì)量，普遍存存實驗設備不足、經(jīng)費不足、實驗內(nèi)容單調(diào)等問題。如何利用現(xiàn)有資源最大限度的滿足實踐教學需求顯得尤為重要。

3 MCGS組態(tài)技術(shù)用于PLC實踐教學
采用組態(tài)軟件與PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合，進行二次開發(fā)，對PLC控制系統(tǒng)進行動畫組態(tài)、硬件組態(tài)和控制組態(tài)，通過計算機平臺全真模擬PLC自動化控制的教學實踐過程。即利用MCGS組態(tài)來仿真模擬PLC系統(tǒng)的輸入、輸出設備?；蛘咭部梢哉f利用MCGS來組態(tài)設計PLC的控制對象。進行PLC教學時，教師可以利用組態(tài)軟件很容易地實現(xiàn)文字錄入、圖形繪制、動畫連接、程序編寫、視頻輸出等功能。利用組態(tài)軟件仿真模擬PLC的控制對象能解決無實際控制對象或由于經(jīng)費不足購置困難的問題。利用有限的成本，多樣化的程序來豐富學生的實驗內(nèi)容，能有效提高學生的學習興趣、編程技巧和動手能力，大大豐富了PLC實驗課的教學效果和學生的工程實踐經(jīng)驗，達到了全方位教學的目的。將MCGS應用于PLC教學是一種新的探索和嘗試。
筆者將以在化工、機械等行業(yè)的生產(chǎn)過程中應用廣泛的混料簡易控制實例，講解組態(tài)控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程。
3．1 系統(tǒng)控制要求
初始狀態(tài)容器是空的，電磁閥Y1，Y2，Y3，Y4和攪拌機均為OFF，液面?zhèn)鞲衅鱈1，L2，L3均為OFF。按下啟動按鈕，開始下列操作：電磁閥Y1閉合，開始注入液體A，至液面高度為L3時，停止注入液體A，同時開啟電磁閥Y2，注入液體B，當液面高度為L2時，停止注入液體B，同時開啟電磁閥Y3，注入液體C，當液面高度為L1時，停止注入液體C。開啟攪拌機M，攪拌混合時間為10 s。停止攪拌后．開啟Y4放出混合液體，至液體高度降為L3后，再經(jīng)5 s停止放出。
3．2 實施步驟
3．2．1 系統(tǒng)總體設計
了解系統(tǒng)設計要求，了解系統(tǒng)工藝過程，進行需求分析，確定組態(tài)軟件與PLC的輸入輸出點。本系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，系統(tǒng)I／O分配如表1所示。

3．2．2 程序設計
根據(jù)系統(tǒng)控制要求，系統(tǒng)程序設計如圖1所示。

3．2．3 窗口畫面制作
在MCGS用戶窗口巾新建一個多種液體混合監(jiān)控窗口。在窗口中，插入相關(guān)元件，并對其中有動畫效果的圖元進行屬性設置，如電磁閥的打開與關(guān)閉、攪拌器扇葉的轉(zhuǎn)動、液體的上升與下降等。制作的畫面如圖2所示。

3．2．4 建立數(shù)據(jù)對象
在MCGS組態(tài)運行環(huán)境下，單擊“實時數(shù)據(jù)庫”，按“新增對象”按鈕，根據(jù)系統(tǒng)要求增加數(shù)據(jù)變量。選中新建變量，按“對象屬性”按鈕或雙擊選中變量，則打開對象屬性設置窗口。按系統(tǒng)要求指定名稱類型，更改用戶定義的名稱。本系統(tǒng)最終實時數(shù)據(jù)庫如圖3所示。

3．2．5 系統(tǒng)調(diào)試
上位機PC和下位機PLC之間通過COM1口進行通信連接，采用串行通信的異步方式，半雙工，偶校驗，波特率9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。當上下位機連接成功后，通過串口采集混料罐液位數(shù)據(jù)，使PLC對混料閥門進行控制，就能通過串口改變上位機畫面中閥門和相應文字的顏色，以實現(xiàn)對混料灌控制系統(tǒng)的監(jiān)測。反之，也可以通過上位機參數(shù)的改變，把相應的值寫入到PLC的中間繼電器中，實現(xiàn)對混料罐系統(tǒng)液位值的控制。串口父設備的屬性設置如圖4所示，子設備屬性設置如圖5所示。
3．3 運行效果
實踐證明，該上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以模擬現(xiàn)場自動設備系統(tǒng)的工藝流程，可以與PLC實施信息交互，可以實時監(jiān)控plc工作，人機界面良好，便于操作，系統(tǒng)安全可靠，具有較高的應用價值。

4 教改效應
1)可以解決實驗內(nèi)容單調(diào)的問題
利用組態(tài)軟件包中的工具，通過硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)組態(tài)、畫態(tài)軟件的強大數(shù)據(jù)處理和圖像表現(xiàn)能力，既可緩解高校PLC實踐教學設備投入不足的困難，又可提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生PLC控制系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力，是PLC實踐教學方式的一種探索、一種改革、一種進步。