（天津天獅學(xué)院，天津 301700）

0 引言

PLC被國(guó)內(nèi)外有關(guān)專家稱為“現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱”之首，已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置之一。由于PLC課程中部分原理內(nèi)容較為抽象，理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合就顯得尤為重要，因此實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)任務(wù)中占有較大比重。但限于資金、設(shè)備及場(chǎng)地等因素，實(shí)訓(xùn)設(shè)備偏少、陳舊、實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題不易維修等缺點(diǎn)存在于大部分院校PLC教學(xué)當(dāng)中，這使得PLC的教學(xué)存在較大的局限性。為解決上述問(wèn)題，我們將組態(tài)王控制軟件引入PLC課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，可以豐富實(shí)踐教學(xué)，是對(duì)現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備的良好補(bǔ)充，為學(xué)生面向企業(yè)就業(yè)，師生積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)打下良好基礎(chǔ)。

“組態(tài)王”是一種全中文人機(jī)界面軟件，該軟件采用框架結(jié)構(gòu)窗口，界面形象直觀且易學(xué)易用，它把與之通信的各設(shè)備都看成是外部設(shè)備，能方便地與PLC、變頻器、智能儀表等各類外部設(shè)備連接。鑒于組態(tài)王的以上優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到PLC課程當(dāng)中，研發(fā)完成基于組態(tài)軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，可以全面模擬現(xiàn)場(chǎng)情況，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所不能完成的項(xiàng)目，幫助學(xué)生更好的理解PLC與電氣設(shè)備的相關(guān)知識(shí)，并增強(qiáng)學(xué)生的興趣以及提高掌握效果，得到高效的教學(xué)作用。

1 組態(tài)王在PLC課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

以課程設(shè)計(jì)當(dāng)中一個(gè)案例來(lái)介紹運(yùn)用組態(tài)王監(jiān)控軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。本案例是應(yīng)用PLC來(lái)控制變頻器調(diào)速的典型案例，通過(guò)使用EM235模塊輸出模擬信號(hào)，用實(shí)時(shí)曲線監(jiān)控變頻器的調(diào)速過(guò)程，最后在組態(tài)王中顯示變頻器的頻率變化曲線及當(dāng)前的頻率變化值。項(xiàng)目需要運(yùn)用變頻器的參數(shù)設(shè)定、組態(tài)王監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)、PLC的模擬量輸出等相關(guān)知識(shí)與技術(shù)方法[1]。

1.1 實(shí)驗(yàn)原理及方案

該設(shè)計(jì)在沒(méi)用組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)之前，需要的硬件有PLC（西門子S7-200）、變頻器（松下VF0）、電動(dòng)機(jī)和計(jì)算機(jī)，還需要多組連線，每次啟動(dòng)還需要開(kāi)啟380V三相交流電電源帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，如果學(xué)生不小心連線有誤則會(huì)造成一定的設(shè)備損壞或危及人身安全。

本設(shè)計(jì)運(yùn)用西門子S7-200PLC實(shí)驗(yàn)?zāi)K，通過(guò)EM235模塊輸出模擬信號(hào)，形成實(shí)時(shí)曲線輸出給松下VF0變頻器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)調(diào)速的過(guò)程，其原理如圖1所示，該方案中，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式有兩種：①使用撥鈕或按鈕（本接線圖使用PLC的輸入點(diǎn)I0.0作為電機(jī)的啟?？刂泣c(diǎn)）；②通過(guò)組態(tài)畫面中的按鈕。在接線圖中可以看到PLC的輸出點(diǎn)Q0.0與變頻器的5端連接使變頻器用外控操作的輸入信號(hào)來(lái)進(jìn)行運(yùn)行和停止。PLC通過(guò)EM235模塊輸出模擬信號(hào)，模擬塊的V0、M0分別接在變頻器的2、3端，實(shí)現(xiàn)了將模擬信號(hào)輸出給變頻器，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速[2]。L+，M分別為PLC和EM235模塊提供電源，變頻器的L1，L2，L3分別接在三相電源的L1，L2，L3，U，V，W作為輸出接在電機(jī)上，電機(jī)自身為星接法。

圖1 PLC控制的變頻器調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理

1.2 組態(tài)監(jiān)控方案

基于PLC及組態(tài)監(jiān)控的變頻器調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述如下。

通過(guò)PLC編程軟件完成梯形圖的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)應(yīng)完成變量存儲(chǔ)器中數(shù)值的變化符合給定曲線的變化趨勢(shì)，并能通過(guò)模擬量模塊輸出到變頻器中，該部分程序的設(shè)計(jì)可用基本指令如定時(shí)器、比較等指令并結(jié)合部分功能指令如傳送指令、運(yùn)算指令等來(lái)完成。

變頻器的運(yùn)行在接線完成的基礎(chǔ)上，還需對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，本實(shí)驗(yàn)中主要使用P08和P09兩個(gè)參數(shù)對(duì)變頻器的控制方式及頻率值進(jìn)行設(shè)定，從而使變頻器由PLC的輸出控制啟停，并由梯形圖程序中變量存儲(chǔ)器中的數(shù)值作為頻率的輸入信號(hào)[3]。

組態(tài)監(jiān)控的設(shè)計(jì)中，通過(guò)組態(tài)王軟件的設(shè)置，使其畫面能對(duì)上述整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，如：用畫面中的按鈕作為啟停按鈕來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的啟停，畫面中也有相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)通過(guò)紅綠顏色的變化來(lái)顯示當(dāng)前電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，畫面中還可顯示頻率值的變化曲線及當(dāng)前頻率值，監(jiān)控畫面如圖2所示。

圖2 組態(tài)監(jiān)控畫面

2 監(jiān)控軟件應(yīng)用在 PLC 教學(xué)中取得的效果

將組態(tài)王應(yīng)用到該案例當(dāng)中，可以對(duì)上述整個(gè)運(yùn)行過(guò)程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，其具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）在沒(méi)有變頻器或電動(dòng)機(jī)的情況下仍然可以順利完成該實(shí)驗(yàn)，減少了硬件設(shè)備及連線。

（2）學(xué)生可以用電腦在宿舍等非實(shí)驗(yàn)室完成組態(tài)監(jiān)控部分的設(shè)計(jì)，使學(xué)生可以更方便的利用課外時(shí)間完成任務(wù)，也更節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室資源。

（3）對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備齊全的學(xué)校來(lái)說(shuō)，可以讓感興趣的學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，而對(duì)于興趣不濃厚或基礎(chǔ)較差的學(xué)生可以只完成結(jié)合組態(tài)監(jiān)控部分，這樣既節(jié)約資源，提高實(shí)驗(yàn)安全性，又達(dá)到了分層次教學(xué)的效果。

（4）該方法動(dòng)態(tài)的將傳統(tǒng)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)的融合在一起，豐富了教學(xué)手段，活躍了課堂氣氛，“理實(shí)一體”使枯燥的PLC知識(shí)更加形象生動(dòng)。通過(guò)畫面的監(jiān)控，學(xué)生能夠方便地觀察到程序執(zhí)行的動(dòng)畫過(guò)程，更好的加深了對(duì)知識(shí)的理解，比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，起到了事半功倍的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

監(jiān)控軟件應(yīng)用在PLC課程設(shè)計(jì)當(dāng)中不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和興趣，有利于學(xué)生更容易地掌握PLC課程的知識(shí)，起到了良好的教學(xué)效果，并且能增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生畢業(yè)后從事PLC技術(shù)方面的工作時(shí)能實(shí)現(xiàn)與工作崗位的無(wú)縫連接。因此，在PLC課程設(shè)計(jì)的教學(xué)中采用組態(tài)監(jiān)控技術(shù)是一種必然趨勢(shì)。