鄭榮斌

[摘? ? ? ? ? ?要]? PLC實(shí)訓(xùn)的目的是促進(jìn)學(xué)生掌握綜合開發(fā)PLC系統(tǒng)技術(shù)，提升職業(yè)素養(yǎng)。MCGS是先進(jìn)性組態(tài)軟件系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)可高效構(gòu)造生成監(jiān)控系統(tǒng)，執(zhí)行采集處理數(shù)據(jù)等任務(wù)。分析了PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)當(dāng)前的困境及MCGS在PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值，探討其應(yīng)用方法，并結(jié)合案例進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐分析。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué);MCGS;系統(tǒng)設(shè)計(jì);中職院校

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）46-0150-02

中職院校以培養(yǎng)專業(yè)性人才為目標(biāo)，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開展優(yōu)質(zhì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)是鍛煉學(xué)生實(shí)際編程能力的重要環(huán)節(jié)。在既往PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教學(xué)成效遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期。MCGS應(yīng)用可促進(jìn)PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)效性開展，輔助學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中鍛煉編程能力，主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程。MCGS可聯(lián)合相關(guān)硬件設(shè)備使用，應(yīng)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)PLC可視化教學(xué)，對(duì)增強(qiáng)學(xué)生PLC實(shí)操能力有積極意義。

一、PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)困境

中職院校側(cè)重于培養(yǎng)技能型人才，實(shí)訓(xùn)課是技能訓(xùn)練的實(shí)效性課程。PLC是當(dāng)前常用控制系統(tǒng)，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為可有效抗干擾，操作流程簡化，具有更強(qiáng)的靈活性與更高的性價(jià)比，調(diào)試過程可在短期內(nèi)完成，相對(duì)于同類系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)編程技術(shù)難度較低。上述應(yīng)用優(yōu)勢(shì)使PLC實(shí)訓(xùn)成為中職教育的重要內(nèi)容。在傳統(tǒng)PLC實(shí)訓(xùn)中，只有PLC運(yùn)行結(jié)果為可觀察狀態(tài)，學(xué)生無法監(jiān)測(cè)分析中間變量，在PLC實(shí)訓(xùn)中理性認(rèn)知不足，趨于形式化，影響綜合開發(fā)能力培養(yǎng)。因訓(xùn)練缺少直觀性，學(xué)生積極性難以被調(diào)動(dòng)[1]。實(shí)訓(xùn)教學(xué)與理論教學(xué)相比對(duì)設(shè)備支持需求度更高。實(shí)訓(xùn)課設(shè)備體積龐大，需要與科技發(fā)展同步更新方能體現(xiàn)實(shí)訓(xùn)意義，但技術(shù)更新較快，而設(shè)備成本較高，學(xué)校難以保證及時(shí)更新教學(xué)設(shè)備，實(shí)訓(xùn)室硬件設(shè)施配備存在局限性[2]。

二、PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中MCGS的應(yīng)用方法

在設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)時(shí)需要分別設(shè)計(jì)軟件與硬件系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)針對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行成本控制，保證系統(tǒng)具有應(yīng)用可靠性，同時(shí)具有可拓展性?；谏鲜鲈瓌t，先選擇適配的PLC機(jī)型，然后選擇輸入設(shè)備與輸出設(shè)備，對(duì)接線圖等重要圖樣進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，最后結(jié)合實(shí)際需求設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)調(diào)控性能進(jìn)行監(jiān)控，提升軟件系統(tǒng)可操作性，保證其可讀性。在設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)步驟如下：（1）整合功能要求，明確系統(tǒng)工作流程，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制過程分析，制定基本設(shè)計(jì)方案。（2）針對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行輸入輸出分析，進(jìn)行參數(shù)量化，還應(yīng)確定工作電壓輸出功率，分析系統(tǒng)在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)中的響應(yīng)效率，并根據(jù)上述信息選擇合適的PLC機(jī)械類型。（3）選擇合適的I/O設(shè)備，對(duì)相應(yīng)地址分配表進(jìn)行詳述。（4）根據(jù)系統(tǒng)，分析電氣應(yīng)用要求，規(guī)劃電氣系統(tǒng)線路圖。（5）設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序，并在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行調(diào)試與設(shè)計(jì)優(yōu)化。（6）完成設(shè)計(jì)，進(jìn)行總體安裝，并進(jìn)行綜合調(diào)試與試運(yùn)行，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)無誤[3]。

三、案例分析

應(yīng)用MCGS可進(jìn)行多類型PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文以自動(dòng)化液體混合攪拌系統(tǒng)為例，分析聯(lián)合MCGS技術(shù)的PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)方法。

（一）PLC監(jiān)控界面

監(jiān)控界面是PLC設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)比較基礎(chǔ)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，為保證后續(xù)系統(tǒng)高效率運(yùn)行，必須對(duì)該系統(tǒng)界面進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)。以MCGS組態(tài)平臺(tái)為操作平臺(tái)，創(chuàng)建用戶窗口，對(duì)其進(jìn)行命名。窗口創(chuàng)建并命名完成后，選擇“動(dòng)畫組態(tài)”功能后頁面中呈現(xiàn)動(dòng)畫制作窗口，在此窗口中使用平臺(tái)工具設(shè)計(jì)監(jiān)控界面。

（二）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的主要作用是存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，以便于后續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象及其屬性進(jìn)行定義。利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，在應(yīng)用時(shí)支持可視化處理數(shù)據(jù)與交換數(shù)據(jù)。在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)應(yīng)保證數(shù)據(jù)庫的合理性，有科學(xué)的運(yùn)算機(jī)制和數(shù)據(jù)采集范圍。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理功能主要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)各部分提供公用數(shù)據(jù)。在進(jìn)行液體混合攪拌自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)置液位傳感器3個(gè)、攪拌電動(dòng)機(jī)1個(gè)、液體閥門2個(gè)、混合液體閥門1個(gè)，并設(shè)計(jì)數(shù)值型物料罐液位。上述數(shù)據(jù)庫中除物料罐液位外，其余均設(shè)置為開關(guān)型數(shù)據(jù)對(duì)象。

（三）動(dòng)畫連接

在設(shè)計(jì)圖形動(dòng)畫時(shí)，需要確定圖形對(duì)象，并使其連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)對(duì)象和圖形對(duì)象之間合理連接。連接完成后，應(yīng)進(jìn)行動(dòng)畫屬性設(shè)定。針對(duì)圖形進(jìn)行動(dòng)畫連接時(shí)，即為數(shù)據(jù)庫變量、圖形對(duì)象構(gòu)建對(duì)應(yīng)關(guān)系。動(dòng)畫連接后，可視化頁面中可隨著變量值變化改變圖形對(duì)象，使其呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)動(dòng)畫效果。軟件操控者也可通過改變圖形對(duì)象的方式促使數(shù)據(jù)變量值發(fā)生變化。通過動(dòng)畫連接，可保證圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫變量維持對(duì)應(yīng)變化關(guān)系。在MCGS組態(tài)中，可選擇不同動(dòng)畫連接形式。此種動(dòng)畫連接支持復(fù)雜效果構(gòu)建，例如通過單個(gè)圖形對(duì)象對(duì)多個(gè)連接進(jìn)行定義，適應(yīng)動(dòng)畫顯示的實(shí)際要求。通過動(dòng)畫顯示可隨時(shí)對(duì)設(shè)備儀表進(jìn)行狀態(tài)觀察。人機(jī)界面中分析閃爍狀態(tài)與顏色提示等可評(píng)估設(shè)備狀態(tài)。在運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)對(duì)象對(duì)圖形對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，獲取其外觀數(shù)據(jù)和狀態(tài)特征數(shù)據(jù)，利用采集值驅(qū)動(dòng)原理呈現(xiàn)圖形動(dòng)畫效果。

（四）PLC系統(tǒng)的MCGS連接

聯(lián)合組態(tài)軟件二次開發(fā)PLC系統(tǒng)，應(yīng)以適用場(chǎng)合為基礎(chǔ)，選擇PLC類型，選用合適的I/O接口，選用適用接線板、線纜等，綜合設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)。傳統(tǒng)編程以硬繼電器為主，而利用PLC編程可實(shí)現(xiàn)軟繼電器設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)編程中通常使用梯形圖等語言。在梯形圖語言中，多個(gè)梯級(jí)構(gòu)成梯形圖，在梯形圖兩側(cè)各設(shè)有1條豎線，分別代表1條假想邏輯電源。在PLC系統(tǒng)中，常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)不限次。梯級(jí)運(yùn)算完成后，后續(xù)梯級(jí)可及時(shí)應(yīng)用該運(yùn)算結(jié)果。MCGS組態(tài)設(shè)置以繪制圖形、設(shè)計(jì)動(dòng)畫、創(chuàng)建數(shù)據(jù)對(duì)象、為PLC運(yùn)行策略環(huán)節(jié)提供策略構(gòu)建、調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)和連接等方式實(shí)現(xiàn)。MCGS系統(tǒng)中包含大量圖元、圖符，還有許多常用動(dòng)畫構(gòu)件，應(yīng)用這些元素可實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)圖形繪制。動(dòng)畫設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是為數(shù)據(jù)賦予特定動(dòng)畫屬性，使PLC系統(tǒng)中可呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)界面。MCGS包含多樣化數(shù)據(jù)類型，根據(jù)監(jiān)控預(yù)期為數(shù)據(jù)變量設(shè)置不同格式，利用屬性設(shè)置功能，使數(shù)據(jù)對(duì)象連接不同界面圖元。MCGS中的運(yùn)行策略支持設(shè)計(jì)界面相關(guān)性動(dòng)畫程序編寫，也可應(yīng)用運(yùn)行策略設(shè)計(jì)相關(guān)控制程序處理數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中設(shè)有定時(shí)器構(gòu)建，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定時(shí)操控。MCGS系統(tǒng)中設(shè)有設(shè)備驅(qū)動(dòng)窗口，窗口設(shè)置成功后PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)可向電腦中傳輸，在此過程中應(yīng)確保通信協(xié)議正確，精準(zhǔn)設(shè)置PLC信息，同時(shí)需要保證PLC存儲(chǔ)器和MCGS數(shù)據(jù)對(duì)象正確連接。

（五）模擬程序調(diào)試

執(zhí)行此環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)選擇可操作性強(qiáng)的模式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)模擬。運(yùn)行程序時(shí)需要一定的環(huán)境條件，在模擬程序調(diào)試時(shí)可進(jìn)行硬件模擬或軟件模擬。硬件模擬即借助硬件設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行模擬，通過接線方式在PLC系統(tǒng)中輸入信號(hào)。硬件模擬的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是可即時(shí)獲得反饋，測(cè)試效率較高。軟件模擬即單獨(dú)編寫模擬程序，應(yīng)用于PLC系統(tǒng)，發(fā)出模擬現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，對(duì)程序可行性進(jìn)行檢測(cè)，指導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)試。軟件調(diào)試的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是操作簡單易行，其缺陷是信號(hào)反饋延遲，調(diào)試耗時(shí)較長。系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試顯示，上位機(jī)PC連接下位機(jī)PLC后，二者信息實(shí)時(shí)交互運(yùn)行良好，系統(tǒng)畫面監(jiān)控正常，可對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行仿真模擬，應(yīng)用效果較好。教學(xué)實(shí)踐顯示，在PLC實(shí)訓(xùn)中融合組態(tài)軟件可輔助突破PLC教學(xué)瓶頸，緩解實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備壓力，減少設(shè)備更新要求，有效節(jié)省資金，使教學(xué)內(nèi)容更新更具時(shí)效性。常規(guī)實(shí)訓(xùn)中部分實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目較抽象，但在PLC仿真實(shí)訓(xùn)中項(xiàng)目可進(jìn)行直觀化訓(xùn)練，利用監(jiān)控畫面可對(duì)工控流程的模擬再現(xiàn)情況進(jìn)行觀察，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)計(jì)劃更易開展，對(duì)師生雙方更具實(shí)用性。PLC實(shí)訓(xùn)可進(jìn)行機(jī)電一體化訓(xùn)練、電氣自動(dòng)化訓(xùn)練，是中職的重要專業(yè)課。該類課程對(duì)實(shí)訓(xùn)的需求較高，要求教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)，保證教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系社會(huì)實(shí)踐，傳統(tǒng)教學(xué)具有局限性，PLC仿真實(shí)訓(xùn)可促進(jìn)學(xué)科交叉教學(xué)，完善實(shí)訓(xùn)模式，提升實(shí)訓(xùn)效果。

綜上所述，傳統(tǒng)PLC實(shí)訓(xùn)難以保證高仿真訓(xùn)練，實(shí)訓(xùn)效果不佳。應(yīng)用MCGS技術(shù)拓展PLC系統(tǒng)組態(tài)，可利用仿真技術(shù)促進(jìn)PLC系統(tǒng)教學(xué)，在模擬狀態(tài)下進(jìn)行PLC可視化教學(xué)。在MCGS支持下的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)可仿真模擬PLC系統(tǒng)運(yùn)行過程，支持可視化調(diào)試，為學(xué)生提供更接近于實(shí)操的設(shè)計(jì)和操作訓(xùn)練，訓(xùn)練效果更直觀，同時(shí)降低對(duì)硬件設(shè)施的要求，降低教學(xué)成本。在實(shí)際應(yīng)用中，此種實(shí)訓(xùn)設(shè)備耗損更低，實(shí)訓(xùn)效果更好，應(yīng)用價(jià)值較高。

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編輯 郭小琴