江漢大學智能制造學院 李 鵬 蔡利民 王 莉

針對高校PLC課程教學在實驗教學及實踐應用方面存在的問題，提出了將新型QTouch組態(tài)技術(shù)與PLC技術(shù)相結(jié)合的教學模式，設(shè)計了一項基于QTouch的交通燈試驗教學項目。通過QTouch組態(tài)軟件設(shè)計人機交互界面，編寫時序邏輯控制及數(shù)據(jù)記錄等功能，搭建PLC外圍硬件接線，并進行人機交互界面測試與指示燈狀態(tài)測試。實驗教學表明，該實驗很好解決好了PLC的可視化問題，提升教學效果，增強了學生的學習興趣，也提升了QTouch組態(tài)技術(shù)在實驗教學中的實踐應用。

隨著計算機技術(shù)快速發(fā)展，高校實驗教學過程中對于軟件要求越來越高，為了體現(xiàn)實驗教學的直觀性、實踐性，讓學生能夠直觀的實踐實驗對象的動態(tài)變化，新型的實驗過程需要可視化，提升學生體驗實驗過程的直觀性，將組態(tài)技術(shù)引入實驗教學，是一種新的實驗教學模式與探索。

PLC技術(shù)是本科高校及高職學校的一門重要專業(yè)課程，也是一門綜合性和實踐性很強的專業(yè)課，目前高校在PLC實驗教學過程中大多采用PLC自帶的編程軟件進行內(nèi)存單元數(shù)據(jù)監(jiān)視功能，在數(shù)據(jù)的顯示、軟件調(diào)試方面不夠智能化，使得學生在實驗操作過程中感覺方法的枯燥及乏味，實驗教學質(zhì)量不高。隨著組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，解決了此類問題，組態(tài)軟件具備動畫構(gòu)造、對象關(guān)聯(lián)、曲線分析等優(yōu)點，能夠根據(jù)對象要求設(shè)計模擬現(xiàn)場動畫。實驗學生能直觀的體驗實驗過程，查閱設(shè)備內(nèi)存單元數(shù)據(jù)變化過程，提升學生對實驗過程的直觀性的理解，加深學生對課程的興趣度，提升教學質(zhì)量。

本文以QTouch組態(tài)技術(shù)與PLC控制技術(shù)相互結(jié)合，設(shè)計一項基于QTouch的智能交通系統(tǒng)控制實驗項目，該實驗設(shè)計了人機交互界面、搭建了硬件調(diào)試環(huán)境，完成了實驗平臺測試，實現(xiàn)了一個綜合性應用型實驗教學實踐過程，從單一知識應用到多種技術(shù)組合的實驗方式，極大的提升了學生的實踐動手能力，加大了學生對軟硬件聯(lián)合調(diào)試技術(shù)，也提升PLC實驗教學優(yōu)勢。

1 QTouch組態(tài)技術(shù)簡介

QTouch組態(tài)軟件是一種跨平臺的組態(tài)軟件、該軟件具有跨平臺和統(tǒng)一工作平臺特性，可以跨越多個操作系統(tǒng)，如unix、linux、windows等。QTouch組態(tài)集成了設(shè)備通信、圖形界面、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邏輯處理等四大自動化應用，軟件建立了與多種型號的PLC、傳感器、單片機及智能儀表的驅(qū)動連接。提供多種的通信方式，可提供二次開發(fā)環(huán)境條件，該組態(tài)軟件針對高校自動化、測控等專業(yè)的實驗教學，能夠有力的提升該專業(yè)的綜合能力，在現(xiàn)場過程控制領(lǐng)域也有很好的應用前景。

2 實驗系統(tǒng)總體設(shè)計

實驗項目設(shè)計，實驗采用三菱的FX2N系列PLC作為邏輯控制器，QTouch組態(tài)技術(shù)作為軟件開發(fā)平臺。其總體框圖設(shè)計如圖1所示，主要包括上位機監(jiān)控界面設(shè)計、PLC控制及LED交通燈顯示。

（1）上位機監(jiān)控界面設(shè)計，采用QTouch組態(tài)技術(shù)來設(shè)計可視化交通燈界面，按功能分為不同的子界面；利用QTouch自帶的cEditor和JS腳本編程環(huán)境進行邏輯編程及動畫運動編程；數(shù)據(jù)最后存儲于數(shù)據(jù)庫中。

（2）PLC作為核心邏輯控制器，主要功能是橋連上下位機數(shù)據(jù)信息，運行邏輯控制，完成LED交通燈時序控制，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳下達功能。

（3）LED交通燈，搭建交通燈模擬路口，利用LED的通滅狀態(tài)反應當前PLC輸出口狀態(tài)量，易于人眼觀察交通時序變化。

實驗界面接系統(tǒng)搭建，學生能夠?qū)嶋H動手操作軟件、搭建環(huán)境、建立軟硬件間驅(qū)動、調(diào)試程序等實踐操作過程，通過實驗提升學生對專業(yè)課程的認識。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2.1 實驗系統(tǒng)外部硬件接線圖

系統(tǒng)主控制器主要采用三菱FX2N-64MR型號的PLC，其接線圖如圖2所示。

（1）輸入口，系統(tǒng)設(shè)置了啟動、停止、自動、手動控制等開關(guān)；系統(tǒng)處于手動操作時，系統(tǒng)按照路口開關(guān)命令控制燈序。自動模式下，通過軟件時序邏輯控制路口燈序，硬件接線如圖2-2所示，系統(tǒng)急停開關(guān)為常閉按鈕SB0-1控制。

（2）輸出口，系統(tǒng)根據(jù)十字路口的特點，設(shè)置了六個燈狀態(tài)的控制，采用PLC的輸出口Y0-Y6來進行輸出，為路口燈的控制信號。

（3）報警設(shè)置，采用蜂鳴器來完成該項功能，本系統(tǒng)在邏輯控制中，存在車輛位置重疊或者闖紅燈事件產(chǎn)生，系統(tǒng)進行車輛位置檢測后，產(chǎn)出報警信號。

2.2 實驗系統(tǒng)控制時序設(shè)計

本試驗系統(tǒng)中，交通時序邏輯設(shè)計為紅燈30s，黃燈3s，綠燈27s，主程序設(shè)計如圖3所示。程序開始，系統(tǒng)初始化，完成系統(tǒng)參數(shù)配置，檢測控制模式按序執(zhí)行控制邏輯。

圖2 PLC硬件接線圖

圖3 系統(tǒng)主流程圖

系統(tǒng)啟動進入自檢，初始化南北紅，東西綠啟動，計時開始，當南北紅計時20s后，啟動紅燈10s倒計時，東西綠燈也進行倒計時7s計數(shù)，東西綠倒計時完成后，啟動東西黃燈3s倒計時，當3s倒計時結(jié)束后，剛好同南北紅燈10s倒計時同時結(jié)束，此時系統(tǒng)檢測是否有結(jié)束命令，沒有時程序繼續(xù)進行南北綠，東西紅啟動。

3 QTouch監(jiān)控軟件的設(shè)計

本此實驗教學軟件采用QTouch組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)，實驗設(shè)計功能主要包括：QTouch交通燈組態(tài)界面設(shè)計、腳本邏輯功能編程、軟件測試等。學生實驗需要完成的就是界面設(shè)計、建立驅(qū)動連接、對象關(guān)聯(lián)，腳本邏輯編寫等實際操作。

3.1 QTouch組態(tài)軟件的設(shè)計

本實驗主要組態(tài)界面有：系統(tǒng)功能選擇界面，交通燈模擬運行界面，系統(tǒng)參數(shù)修改界面，實時及歷史數(shù)據(jù)曲線監(jiān)測界面等界面設(shè)計。

QTouch工程管理界面如圖4所示，分布有工作區(qū)、工具欄、狀態(tài)欄及顯示區(qū)等。軟件功能主要有實時數(shù)據(jù)庫、設(shè)備的選型、實時/歷史曲線、腳本程序及驅(qū)動監(jiān)視等功能模塊。QTouch編程環(huán)境支持c語言及c++語言程序語句邏輯編程。

3.2 QTouch與PLC的通訊連接

實驗過程中，進入QTouch項目組，點擊通訊設(shè)備，建立FX2nP串口驅(qū)動，配置驅(qū)動及串口參數(shù)（三菱PLC串口通訊參數(shù)9600,7,1,無），完成驅(qū)動建立如圖5所示。下一步就是參數(shù)關(guān)聯(lián)，進入實時數(shù)據(jù)庫，點擊增加變量，選擇FX2nP設(shè)備驅(qū)動關(guān)聯(lián)，可以關(guān)聯(lián)PLC內(nèi)存單元，完成數(shù)據(jù)配置及通訊。

3.3 智能交通運行界面

交通燈運行交互界面如圖6所示，主要組態(tài)了模擬交通路況，模擬車輛，模擬交通燈等。完成了東西南北道路模擬、車道上的車輛、行人及信號燈等對象進行組態(tài)。設(shè)置自動及手動運行啟動控制按鈕，手動控制面板及車流量計等功能。

4 調(diào)試結(jié)果與分析

圖4 QTouch工程管理設(shè)計界面

圖5 QTouch與PLC通訊配置

圖6 十字路交通燈模擬運行界面

實驗系統(tǒng)調(diào)試，在調(diào)試過程中采用逐級調(diào)試與模擬實驗調(diào)節(jié)，通過不斷的修改系統(tǒng)的控制參數(shù)，完善其控制效果。系統(tǒng)的硬件測試主要包括測試PLC的輸入、輸出，QTouch組態(tài)界面軟件功能的測試。

QTouch人機界面測試結(jié)果如圖6所示，系統(tǒng)處于自動運行模式，交通燈時序按預定時序進行變化；汽車運行按規(guī)則穿行，南北向綠燈，汽車通行，東西向車輛等待，南北向紅燈，汽車等待，東西向綠燈，汽車通行，車輛通行方向設(shè)計了模擬的車流量計；PLC執(zhí)行的輸出I/O按照系統(tǒng)預定時序進行輸出，QTouch組態(tài)界面顯示對象狀態(tài)值。通過實驗測試，本系統(tǒng)實現(xiàn)了預設(shè)功能要求。

總結(jié)：本文設(shè)計了QTouch的組態(tài)軟件與PLC的實驗教學內(nèi)容，采用QTouch的可視化、動畫特效、腳本語言等友好的人機交互設(shè)計功能，完成了PLC的邏輯控制，模擬燈狀態(tài)輸出，實現(xiàn)了實驗設(shè)計的內(nèi)容。本文采用組態(tài)界面顯示，減少了外部硬件設(shè)備的電路，節(jié)約硬件成本，豐富了PLC的實驗教學方案。

通過QTouch技術(shù)的實驗教學，極大的提升了學生對PLC課程的學習興趣，并且掌握了對QTouch組態(tài)技術(shù)的應用技巧，拓展了學生的學習知識界面，提升了PLC技術(shù)的實踐教學能力，具有一定的教學意義，并且該軟件具備二次開發(fā)性能，可用于PLC教學中的多種設(shè)備試驗的教學任務。