【正文】 基于組態(tài)軟件的 PLC 教學實驗系統(tǒng)方案的提出為強化實踐性的教學環(huán)節(jié)提供了一條新的途徑。同傳統(tǒng)的實驗方法相比，基于組態(tài)軟件的 PLC 控制系統(tǒng)仿真實現(xiàn)的優(yōu)點在于：實驗經(jīng)費少、實驗設備簡單、實驗條件容易滿足、安全系數(shù)高、實驗現(xiàn)象直觀、提高學生學習興趣等。同時 ， 也為研究組態(tài)軟件與實際系統(tǒng)的結(jié)合提供了非常有價值的參考。 (a) 32 （ b) 圖 下移燈的相關(guān)對象屬性設置 (a)下移燈的顏色設置 (b)下移燈的變量設置 33 激活 WinCC 并運行 PLC 測試組態(tài)畫面 圖 截取的是機械臂抓起工件上升至上限位的動態(tài)圖 。由于個人水平所限，只能做到當機械手在四個角落的動態(tài)展示。其 I/O 地址分配如表 所示 ， PLC 程序如圖 所示。 （ a) (b) 26 (c) (d) 圖 反應罐控制系統(tǒng)運行效果圖 (a)閥門 Y1 開啟，液位上升至中限 (b)閥門 Y2開啟，液位上升至上限 (c)液位上升至上限，電機運轉(zhuǎn) 5 秒 (d)電機停止運轉(zhuǎn)，閥門 Y3 開始下料 27 搬運機械手監(jiān)控系統(tǒng) 編寫 PLC 控制程序 將機械手的原點 (即原始位置 )定為左位、上位、放松狀態(tài)。 24 (a) （ b） 圖 閥門 Y1 的相關(guān)對象屬性設置 (a) 閥門 Y1 的相關(guān)對面顏色設置 (b)閥門 Y1 的變量屬性設置 25 組態(tài)畫面的測試 從自動模式下的仿真動畫，我們可以明顯的看到反應罐在不同時刻的工作狀態(tài)，紅色表示該閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，綠色表示開啟，電機工作狀態(tài)為藍色。 I/O 地址分配如表 所示， PLC 控制程序如圖 所示。 （ 5） 如果是自動擋，轉(zhuǎn)動 5 s 后電動攪拌機 M 停止，右下角 Y3 閥門開閥，液體從上限下降至中限最后到下限，反應罐液體排空，開始新的周期。 （ 3） 液體到達中限后，右上角閥 門 Y2 開閥，液體從中限上漲至上限，然后 Y2 閥門 “閉閥 ” 。 19 (a) (b) 圖 刀具庫選刀實驗運行系統(tǒng)圖 (a) 選擇 3 號刀效果圖 (b) 選擇 6 號刀效果圖 20 反應罐自動控制系統(tǒng) 編寫 PLC 程序 反應罐控制系統(tǒng)的控制要求有以下幾點 （ 1） 初始狀態(tài)所有的閥門都被 “閉閥 ” 狀態(tài) ， 電動攪拌機為 “停止 ” 狀態(tài)，反應罐罐體內(nèi)為空。 18 (a) (b) (c) 圖 與 1 號刀具相關(guān)對 象相關(guān)屬性設置 (a) 1 號刀具 I/O 域設置 (b) 1 號刀相關(guān)對象 X 屬性設置 (c) 1 號刀具相關(guān)對象顏色屬性設置 激活 WinCC 并運行 PLC 測試組態(tài)畫面 將 PLC 程序下載到 PLC 并將刀具庫實驗模塊連接好，點擊 WinCC 的運行按鈕并將PLC 的開關(guān)撥到 RUN 位置。對與 1 號刀具有關(guān)的對象設置如圖 所示。在 PLC 的控制程序中將刀具的編號存儲在 VW0 中， VW0 就是傳遞參數(shù)的變量。 圖 刀具庫實驗選刀組態(tài)畫面 對畫面添加動態(tài) 對畫面添加動態(tài)首先要做兩點分析：第一點是對動態(tài)要求的分析，它決定了我們要對畫面中的圖形組態(tài)什么樣的動態(tài)；第二點是對 PLC 控制程序的分析，它決定組態(tài)動態(tài)時所要連接的是那個變量。同時需要一個返回到主畫面的按鈕，因為此試驗系統(tǒng)每做完一個實驗都要返回到主畫面再進行其它實驗。所以 I/O 地址分配如表 所示， PLC 控制程序如圖 所示。 （ 2） 右擊剛剛建立的 OPC 通道單元 OPC Groups，選擇系統(tǒng)參數(shù)，在彈出的對話框中單擊 \\LOCAl前面的＋，系統(tǒng)會自動搜索出本地所有的 OPC 服務器 ， 單擊，然后單擊瀏覽服務器，在彈出的對話框中單擊下一步，這時會彈出S7200OPC 服務器項目，單擊 前面的 +，單擊彈出的 MicroWin 前面的+，之后在單擊彈出的 PLC1 會在窗 口右邊出現(xiàn) OPC 服務器的全部變量，選擇所需要的變量單擊窗口下面的添加條目，如果沒有建立 OPC 變量的邏輯連接會彈出一個對話框，單擊是系統(tǒng)會自動建立連接并命名為 S7200_OPCServer，單擊確定完成 OPC 客戶端的創(chuàng)建 [15]。只要將 OPC 服務器中的項目添加到 WinCC 的變量管理器中便可在組態(tài)中使用了[14] 。當連接正常時，它會給出提示好以及時間標識。首先要在 PC Access 中建立與 PLC 內(nèi)存地址相對應的項目 [13] ，即將實驗過程中所用到的全部變量地址編入 PC Access 中。所有參數(shù)的設置要與 Micro/ 中的設置相同。在其左邊的樹形圖中鼠標右擊MicroWin(COM1)圖標，新建 PLC 并命名為 PLC1。這時我們需要 S7200 PC Access 這個橋梁連接 WinCC 變量管理器的變量和 PLC 的變量，因為 PC Access 是西門子公司專門為 S7200PLC 開發(fā)的 OPC 服務器，所以通過 PC Access S7200PLC 就可以與任何 OPC客戶端（包括以 WinCC 為 OPC 的客戶端）通信。但是 WinCC 中并沒集成 PPI 協(xié)議，也就是說 WinCC不能直接監(jiān)控 S7200 系列 PLC 組成的控制系統(tǒng)。其中 S7200PLC 安裝在實驗箱上，它的 I/O 端口通過導線連接到試驗箱上的輸入輸出插孔，這樣在實驗過程中只要用連接導線連接 PLC 的輸入輸出插孔和相應實驗的輸入輸出插孔就可以完成實驗硬件設備的連接。動畫運行模塊的是對教學實驗系統(tǒng)進行界面上的仿真，一方面以圖形方式直觀顯示在計算機屏幕上，另一方面按照組態(tài)要求和指令將控制數(shù)據(jù)送給通信模塊和數(shù)據(jù)緩沖模塊，對執(zhí)行機構(gòu)實施控制或調(diào)整控制參數(shù) [11]。在組態(tài)軟件的設計中，當報警的時候就需要有聲音的輸出 ，聲音模塊的作用就在于此。數(shù)據(jù)緩沖模塊主要是用于存儲和運行系統(tǒng)的程序，包括組態(tài)軟件的程序和 PLC的程序。 基于組態(tài)軟件的 PLC 實驗教學系統(tǒng)的仿真控件結(jié)構(gòu)包括以下幾個模塊：通信模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊、 命令控制模塊、聲音模塊、畫面圖形模塊和動畫運行模塊，如圖 所示。 外界的 控制信號 和反饋信號通過輸入繼電器 X 進入 PLC 內(nèi)部。目前比較風行的是虛擬現(xiàn)實仿真軟件，比如虛擬現(xiàn)實仿真平臺（ VRPlatform） [10]. 12 基于 組態(tài)軟件 的仿真系統(tǒng)實現(xiàn)的原理，在于 PLC 內(nèi)部各種 繼電器的狀態(tài)與組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的鏈接以及該數(shù)據(jù)與計算機界面上圖形對象的鏈接。 1984 年出現(xiàn)了第一個以數(shù)據(jù)庫為核心的仿真 軟件系統(tǒng) ，此后又出現(xiàn)采用人工智能技術(shù)（專家系統(tǒng)）的仿真軟件系統(tǒng)。仿真 軟件 是從 50 年代中期開始發(fā)展起來的。 仿真平臺技術(shù) 仿真軟件（ Simulation Software），專門用于仿真的計算機軟件。通用組態(tài) 軟件 主要特點： （ 1） 延續(xù)性和可擴充性。 uScada 也向第三方提供 軟件 源代碼 進行二次開發(fā)，但是源碼需收費。 uScada 包括常用的組態(tài) 軟件 功能，如畫面組態(tài)，動畫效果，通訊組態(tài)，設備組態(tài)，變量組態(tài)，實時報警，控制，歷史報表，歷史曲線，實時曲線，棒圖，歷史事件查詢、腳 本 控制，網(wǎng)絡等功能，可以滿足一般的小型自動化監(jiān)控系統(tǒng)的要求。 （ 9） MCGS： 由北京昆侖通態(tài)自動化 軟件 科技有限公司開發(fā)，分為通用版、嵌入版和網(wǎng)絡版，其中嵌入版和網(wǎng)絡版是在通用版的基礎開發(fā)來的，在市場上主要是搭配硬件銷售。 （ 8） ForceControl(力控 )：北京三維力控公司的 ForceControl(力控 )也是國內(nèi)較早就已經(jīng)出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。 產(chǎn)品線豐富： 64 位 /32 位 HMI/SCADA， Historian， OPC/UA 產(chǎn)品，生產(chǎn)智能和MES/EMS 軟件 。 技術(shù)領先：原生 64 位應用、基于微軟 .NET Framework ，基于 WPF/WCF。 多維度集成：除過程數(shù)據(jù)外，支持視頻、地理信息、管理數(shù)據(jù)、 IT/Web 信息集成 。 GENESIS64 作為基于 .NET 64bit 平臺全新設計的產(chǎn)品，為客戶提供一個 360 三維操作視景。在 HMI/SCADA產(chǎn)品和管理可視化開發(fā)領域 一直處于世界領先水平 ， ICONICS 同時也是微軟的金牌合作伙伴，其產(chǎn)品是建立在開放的工業(yè)標準之上的。特色之處在于完全基于 XML，又集成了 VBA 兼容的 腳本語言 及類似 STEP7指令表的軟邏輯功能。 10 （ 5） Movicon： 是意大利自動化 軟件 供應商 PROGEA 公司開發(fā)。 通用的應用程序，適合所有工業(yè)領域的解決方案；多語言支持，全球通用 ； 可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行 組態(tài) ；可基于 Web 持續(xù)延展，采用開放性標準，集成簡便；集成的 Historian 系統(tǒng)作為 IT 和商務集成的平臺；可用選件和附加件進行擴展 ； “全集成自動化 ” 的組成部分，適用 于所有工業(yè)和技術(shù)領域的解決方案。 Siemens 的 WinCC 也是一套完備的組態(tài) 開發(fā)環(huán)境 ， Simens 提供 類 C 語言 的 腳本 ，包括一個調(diào)試環(huán)境。 （ 4） WinCC： 西門子自動化與驅(qū)動集團 (Aamp。 Citech 具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是 工控 用戶。 （ 3） Citech： 悉雅特集團（ Citect）是世界領先的提供工業(yè)自動化系統(tǒng)、設施自動化系 統(tǒng)、實時智能信息和新一代 MES 的獨立供應商。根據(jù)該協(xié)議，合資公司業(yè)務將按照其起初來源和比例各自歸還給其母公司，該協(xié)議并使股東雙方得以將重點放在其各自現(xiàn)有業(yè)務，謀求在其各自專長的核心業(yè)內(nèi)的發(fā)展。 2021 年， GE Fanuc 公司又從 愛默生 集團手中，將 intell