1 引言
PLC廣泛應用于工業(yè)自動化控制領域,具有使用方便、編程簡單、可靠性高、穩(wěn)定性強的特點。因此, PLC技術及應用課程一直是高等院校自動化專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。而作為一種應用性非常強的技術,課程的實踐是非常重要的部分。傳統(tǒng)的實踐教學采用的是實驗箱或實驗臺,但其實質都一樣,即用指示燈模擬被控對象的動作,實驗者根據指示燈的變化判斷系統(tǒng)執(zhí)行的正確與否。這樣的實驗現象單調,沒有直觀的感覺,學生興趣低,導致實踐效果差。但如果采用實際對象的模型進行調試,不僅建設困難,也將大大增加實驗實訓設備的成本,也由于硬件對象固定,難以開設出具有靈活性、創(chuàng)新性和綜合性的現代特色實驗。
如果考慮使用軟件構件一個PLC的實驗實訓平臺,使之能動態(tài)仿真PLC控制對象的動作,則能大大提高設備的利用率,靈活有效地開發(fā)更多的實驗項目,同時達到綜合運用自動控制設備及軟件的目的,并能提高學生的學習興趣,提高教學效果,豐富學生的工程經驗。
2 MCGS組態(tài)軟件
2.1 軟件介紹
MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于bbbbbbs 平臺的,用于快速構造和生成桌面計算機PLC可視化界面監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng),可運行于Microsoft bbbbbbs95以上的操作系統(tǒng)。MCGS是為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)測領域服務的通用計算機系統(tǒng)軟件,具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點,為用戶建立全新的過程測控系統(tǒng)提供了一整套解決方案,是目前國內比較優(yōu)秀的過程控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件。它能滿足圖形顯示、參數設置、故障診斷、報警分析、技術統(tǒng)計、歷史趨勢分析等各種需求,還可對運行流程作動畫模擬,使顯示更直觀,操作更容易。
MCGS組態(tài)軟件由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立,又緊密相關。
2.2 MCGS組態(tài)軟件組成
MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行
策略五部分構成,每一部分分別進行組態(tài)操作,完成不同的工作,具有不同的特性。
主控窗口:是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口,負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態(tài)操作包括:定義工程的名稱,編制工程菜單,設計封面圖形,確定自動啟動的窗口,設定動畫刷新周期,指定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等。
設備窗口:是連接和驅動外部設備的工作環(huán)境。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備,注冊設備驅動程序,定義連接與驅動設備用的數據變量。
用戶窗口:本窗口主要用于設置工程中的人機交互界面,諸如:生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數據與曲線圖表等。
實時數據庫:是工程各個部分的數據交換與處理中心,它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量,作為數據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。
運行策略:本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序(if…then腳本程序),選用各種功能構件,如:數據提取、定時器、配方操作、多媒體輸出等。
3 PLC仿真實訓系統(tǒng)硬件的構建
系統(tǒng)由計算機構成的上位機代替原來的控制對象模擬指示燈系統(tǒng),PLC作為下位機完成控制功能。在計算機上編寫程序,根據PLC控制程序要求在電腦上顯示控制對象的動作。上位機MCGS組態(tài)軟件通過計算機的RS232接口與PLC之間進行通訊,通過建立通道,監(jiān)控PLC相關器件的動作,并傳輸到組態(tài)軟件,從而作出相關的反應,例如電機的旋轉,電機運行,控制對象的移動,燈光指示,電壓、電流等模擬量值的顯示。很顯然,由此構成的系統(tǒng),不僅能完成原實驗箱或試驗臺的功能,而且更直觀,功能更豐富。系統(tǒng)構成如圖2所示。
4 仿真實訓系統(tǒng)軟件設計
軟件設計的流程是根據系統(tǒng)要求,開發(fā)相應的監(jiān)控界面,設置數據變量,編寫程序,設置硬件驅動并進行通道連接。由此可以根據需求完成多個PLC控制系統(tǒng)的模擬仿真界面的開發(fā)。下面以常用的送料小車自動往返PLC控制系統(tǒng)為例介紹其開發(fā)過程。
4.1 自動送料小車PLC控制要求
送料小車在A、B兩地之間往返:
(1) 在任意一點,小車能正向或反向起動運行;
(2) 在任意一點,小車能停止;
(3) 工作過程為:小車原位為A點,按下起動按鈕,小車從A點運行至B點,壓下行程開關SQ1,小車停止,料斗門打開給小車加料;經過5S后關閉料斗門,小車后退返回至A點,壓下SQ2,打開小車底門卸料。5S后結束完成一個周期并循環(huán)。
4.2 MCGS仿真畫面構建
根據小車動作要求,在工程中建立小車運行監(jiān)控界面?？梢允褂?/FONT>MCGS元件庫中自帶的指示燈、小車、按鈕等元件虛擬送料小車、啟停按鈕和限位開關,用畫圖工具創(chuàng)建兩端的限位開關。為了更直觀,再兩端加上延時計時指示。虛擬界面如圖3所示。
4.3 變量定義和分配
根據PLC控制系統(tǒng)的編程元件定義對應的MCGS數據庫對象,小車控制系統(tǒng)實時數據庫對象如圖4。
4.4 動畫組態(tài)
動畫組態(tài)是將界面上的構件與對應的數據變量相連接,并設置一定的關系,使對應的變量值發(fā)生變化時,該構件的顏色、大小或位置等發(fā)生變化,以模擬實際對象的現場動作。以下是小車前進的動畫設置。
當小車前進,水平移動量連續(xù)發(fā)生變化時,畫面上顯示的效果是小車勻速前進。
4.5 設備驅動
進行設備驅動設置的目的是將組態(tài)工程中的數據變量與實際的PLC設備的編程變量名稱對應連接起來,這樣,當上位機或PLC內部的器件數據或狀態(tài)發(fā)生改變時,另一方也隨之變化。并根據PLC程序達到控制的目的。
設備驅動的設置:在設備窗口中選擇串口通訊父設備為選定與設備相匹配的設備構件,并進行屬性的設置。選定西門子S7-200PPI為通訊子設備,進行屬性設置,父設備與西門子子設備的屬性設置如圖6。
因為輸入繼電器只能讀,不能寫,所以設置了讀寫通道M0~M3,對應X1~X4。在PLC程序中對于所有起接通作用的輸入繼電器應并聯相應的輔助繼電器,對于起斷開作用的輸入繼電器必須串聯相應的輔助繼電器。
4.6 策略組態(tài)
為了使控制系統(tǒng)運行時,工程界面上的小車能模擬實際小車的運行,不需編寫運行腳本。腳本的編寫在策略中完成。策略也可以實現不同窗口的打開、關閉,報警信息的瀏覽等功能。以下是送料小車自動往返控制系統(tǒng)的部分腳本,主要功能是實現小車的前進、后退及兩端停止。
IF 前進=1 THEN
水平移動量=水平移動量+1
ENDIF
IF 右限位=1 THEN
前進=0
水平移動量=水平移動量
ENDIF
IF 后退=1 THEN
水平移動量=水平移動量-1
ENDIF
IF 左限位=1 THEN
后退=0
水平移動量=水平移動量
ENDIF
4.7 PLC控制程序設計
小車自動往返控制系統(tǒng)的程序編寫比較簡單,可以用梯形圖編寫,也可以采用順序控制功能圖設計,在此以梯形圖設計。程序設計時編程變量必須與設備驅動中子設備連接通道相對應,這樣當PLC程序執(zhí)行使某些量發(fā)生變化時,能通過通道傳遞給組態(tài)工程,使對應的實時數據庫變量發(fā)生變化,反應在工程界面上即是按鈕、指示燈的變化或小車的移動。
將程序下載至PLC后,根據系統(tǒng)要求,操作啟動、停止按鈕,左、右限位開關,即可在MCGS運行界面上看到小車的運行及限位開關的動作,在界面上設置的定時器可顯示定時時間和定時狀態(tài)。同樣在MCGS界面上除了監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)外,也可以通過設置的按鈕開關進行控制。
5 結束語
MCGS是一款實用的通用軟件,在工業(yè)監(jiān)控中使用非常普遍。使用MCGS組態(tài)軟件,可以很方便地開發(fā)機械手控制系統(tǒng)、交通燈控制系統(tǒng)等其它PLC虛擬仿真實訓系統(tǒng),開發(fā)的虛擬仿真系統(tǒng)不僅能直觀形象地表現控制系統(tǒng)的動作,提高學生學習的興趣和學習效果,更能有效地解決各院校實訓設備建設資金投入大,設備升級困難的問題。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
