張學(xué)軍,劉海波,回文靜

(河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校電氣自動化系,河北滄州 061001)

組態(tài)技術(shù)在PLC實驗中的應(yīng)用

張學(xué)軍,劉海波,回文靜

(河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校電氣自動化系,河北滄州 061001)

針對PLC實驗存在的缺點,提出了將“組態(tài)王”軟件應(yīng)用于PLC實驗項目的方法,從而建立了一個基于組態(tài)技術(shù)的PLC實驗教學(xué)仿真系統(tǒng)。實踐證明利用組態(tài)技術(shù)配合實驗箱實驗,能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、編程技巧和動手能力,豐富了PLC實驗課的效果。

組態(tài)技術(shù);PLC;仿真

1 組態(tài)技術(shù)簡介

組態(tài)控制技術(shù)是一種計算機控制技術(shù),采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計算機系統(tǒng)在硬件設(shè)計上除采用工業(yè)PC機外,系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I/O接口設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備,基本不再需要單獨進行具體電路設(shè)計,有效提高了工控系統(tǒng)的可靠性[1]。

“組態(tài)王”是北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的一種運行于Windows NT/Windows2000/Windows XP中文平臺的全中文界面的組態(tài)軟件,是一個集成人機界面(HMI)系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)的工業(yè)上位監(jiān)控軟件,用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)?？膳c可編程控制器(PLC)、智能模塊、板卡智能儀表、遠程數(shù)據(jù)采集裝置(RTV)等多種外部設(shè)備進行通訊。

下位機采用的是日本三菱FX系列PLC,這是比較有代表性的微型PLC,除具有基本的指令表編程外還可以采用梯形圖編程和順序功能圖編程,而且在FX系列PLC中還設(shè)置了高速計數(shù)器。由于三菱PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、操作方便、描速度高、結(jié)構(gòu)緊湊,價格低廉以及具有模塊化和標(biāo)準化便于編程開發(fā)等諸多優(yōu)點,在工業(yè)自動化的三大支柱(PLC、機器人和CAD/CAM)中躍居首位[3]。

鑒于“組態(tài)王”軟件的應(yīng)用范圍和PLC控制對象的特點,就可以用“組態(tài)王”軟件來仿真PLC的控制對象,將組態(tài)技術(shù)應(yīng)用于PLC實驗課。

2 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

利用組態(tài)技術(shù)仿真PLC控制對象,就是在計算機上運行事先編寫的組態(tài)應(yīng)用程序,在計算機屏幕上觀察控制過程與結(jié)果?；诮M態(tài)軟件的PLC實驗仿真系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機微機配有“組態(tài)王”6.53軟件和三菱PLC編程軟件FXGPWIN,下位機采用三菱FX2n型的可編程控制器[2]。

用編程電纜將計算機的串口與PLC通信口進行連接,并將PLC編程軟件中的串行口設(shè)置中的硬件、“組態(tài)王”軟件中的串口COM1設(shè)置為RS232,并監(jiān)控PLC所有存儲器、控制器及I/O接口的狀態(tài),以變量值的形式傳輸?shù)接嬎銠C上,供上位機使用、處理。在組態(tài)軟件環(huán)境下運行已開發(fā)的實驗項目,同時使PLC進入運行狀態(tài),通過實驗箱上的按鈕或組態(tài)軟件運行界面上的圖形對象都可以控制實驗,利用計算機可視化界面仿真PLC運行過程。

圖1 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3 仿真系統(tǒng)實例

利用“組態(tài)王”軟件可以開發(fā)很多實驗項目,下面以十字路口交通燈的控制實驗為例來介紹一下“組態(tài)王”技術(shù)在PLC實驗中的應(yīng)用。

3.1 根據(jù)控制要求編寫梯形圖

表1 十字路口交通燈I/O分配表

十字路口交通燈的控制是PLC課程中一個很典型的實驗,控制要求為:當(dāng)按下啟動按鈕時,南北紅燈亮,25s后熄滅;在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮,并維持20s,然后閃亮3s后熄滅;在東西綠燈熄滅的同時東西黃燈亮并維持2s,然后東西黃燈熄滅;東西紅燈亮,同時南北紅燈熄滅,南北綠燈亮點亮,東西紅燈亮30s南北綠燈亮25s,然后南北綠燈閃亮3s后熄滅,此時南北黃燈亮,維持2s后熄滅,這時南北紅燈再亮,東西綠燈再亮……周而復(fù)始。此外南北和東西的綠燈不能同時點亮,否則報警燈點亮整個系統(tǒng)關(guān)閉,退出系統(tǒng)由停止按鈕控制。I/O分配表如表1所示,梯形圖如圖2所示。

3.2 定義外部設(shè)備

PLC作為外部設(shè)備要與“組態(tài)王”進行數(shù)據(jù)交換,就要建立PLC內(nèi)的點與“組態(tài)王”數(shù)據(jù)庫中變量的連接。只有定義了外部設(shè)備,“組態(tài)王”才能通過I/O的變量和它們交換數(shù)據(jù)?！敖M態(tài)王”才能通過驅(qū)動程序來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和指令的發(fā)送。與PLC相對應(yīng)的I/O設(shè)備的選擇如設(shè)置COM1的地址、通訊方式、設(shè)備的生產(chǎn)廠家、邏輯名稱,只要按照配置向?qū)У奶崾揪涂梢酝瓿稍O(shè)備的連接。

FX2n系列PLC串行口參數(shù)設(shè)置:波特率9600bps,位數(shù)據(jù)位7,停止位1,偶校驗,通信方式RS232,要與組態(tài)軟件中的串口COM1的設(shè)置一致。

圖2 十字路口交通燈梯形圖

3.3 建立數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分,實驗運行狀態(tài)要以動畫的形式反映在屏幕上,操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達至PLC,所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié),所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。在計算機上啟動組態(tài)軟件的開發(fā)應(yīng)用程序,建立一個“十字路口交通燈”的新工程在導(dǎo)航器的實時數(shù)據(jù)庫中根據(jù)十字路口交通燈控制系統(tǒng)輸入輸出信號的數(shù)量建立相應(yīng)的變量,設(shè)置它們的基本屬性,如變量類型、連接的設(shè)備、寄存器、數(shù)據(jù)類型、采集頻率。只要把I/O變量連結(jié)到前面定義的外部設(shè)備上,就可以和組態(tài)軟件開發(fā)的仿真系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)了。這樣借助計算機屏幕就可以監(jiān)控PLC的運行過程,給人以身臨其境的感覺。關(guān)鍵變量如表2所示。

表2 十字路口交通燈數(shù)據(jù)庫主要變量設(shè)置

3.4 繪制組態(tài)控制畫面創(chuàng)建動畫連接

根據(jù)PLC的控制對象在“組態(tài)王”的開發(fā)環(huán)境中繪制一個仿真的畫面,建立動畫連接:

如雙擊南北紅燈,則彈出指示燈動畫連接向?qū)υ捒?單擊右上角的“?”按鈕,彈出選擇變量名窗口,雙擊選擇對應(yīng)的“Y2(南北紅燈)”,然后在對話框的“顏色設(shè)置”中進行顏色設(shè)置。最后按下“確定”按鈕,完成Y2南北紅燈的動畫設(shè)置。進而用同樣的方法完成其它信號燈的設(shè)置。本設(shè)計中汽車流的動畫連接也運用同樣的方法。

3.5 運行調(diào)試

啟動“組態(tài)王”運行系統(tǒng),將PLC置于運行狀態(tài),當(dāng)按下實驗箱或畫面中的啟動按鈕時,組態(tài)軟件的運行系統(tǒng)畫面中的南北方向紅燈亮東西方向綠燈,表示東西方向車流的白色箭頭就會移動。按下停止按鈕PLC控制系統(tǒng)退出運行。圖3是仿真系統(tǒng)運行窗口示意圖。

圖3 十字路口交通燈組態(tài)仿真運行界面

4 結(jié)論

利用組態(tài)軟件建立的PLC實驗仿真系統(tǒng),可以解決用傳統(tǒng)的實物方法開設(shè)實驗課遇到的各種困難。既能節(jié)約大量的實驗經(jīng)費,縮短實驗時間,提高實驗的安全性[4][5],還能很好地調(diào)動學(xué)生的積極性,有效提高了學(xué)生的興趣、編程技巧和動手能力,豐富了PLC實驗課的教學(xué)效果,提高了學(xué)生綜合運用知識的能力,達到全方位教學(xué)的目的。

[1] 袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[2] 楊廣才,張丹.MCGS在PLC實驗系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報,2006,(1):59-60.

[3] 孫振強.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[4] 楊廣才,張丹.組態(tài)軟件在PLC實驗系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].蘇鹽科技,2006,(12):17-19.

[5] 周美蘭.組態(tài)技術(shù)在PLC實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2001(6):33-35.

(責(zé)任編輯:張鐵壁)

Application of Configuration Technology in PLC Experiment

ZHANG Xue-jun,LIU Hai-bo,HUI Wen-jing
(Department of Electrical Engineering,Hebei Engineering and Technical College,Cangzhou 061001,China)

According to the disadvantages in PLC experiment,it puts forward a method which uses Kingview in PLC experiment,which builds a experiment teaching simulation system based on Kingview technology.The practice proves that using Kingview technology with experiment box can effectively enhance students′interest,programming skills and practical ability,and enrich the effects of PLC experiment.

configuration technology;PLC;simulation

TM571.61

A

傳統(tǒng)的PLC實驗是在實驗箱上完成的,每個實驗學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)控制要求編寫梯形圖并輸入到PLC中,然后進行PLC硬件配置,接好線,在實驗箱的相關(guān)模擬區(qū)域上觀察最后輸出的運行結(jié)果。由于實驗采用模塊化設(shè)計,所有的被控對象均用發(fā)光二極管顯示。并且現(xiàn)行PLC的操作系統(tǒng)是建立在邏輯運算的基礎(chǔ)上,不具備系統(tǒng)管理能力,沒有良好的人機交互界面,可視性差。而且PLC主要是用于工業(yè)現(xiàn)場控制,無法直觀的觀察程序的執(zhí)行情況,PLC程序的驗證只有與被控對象結(jié)合才能觀察控制結(jié)果正確與否。如果將組態(tài)技術(shù)和PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合,對PLC的實驗狀態(tài)進行模擬,不僅可加深學(xué)生對PLC實驗本身及理論課程的理解、豐富了實驗內(nèi)容、明確本課程在生產(chǎn)實際中的重要性,而且在實驗過程中還能充分調(diào)動學(xué)生的積極性主動性提高他們分析問題解決問題的能力。

1008-3782(2010)04-0036-03

2010-05-06

張學(xué)軍(1969-),女,河北定州人,河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校實驗師。