基于MCGS组态技术的PLC实践教学改革

张芬

（西安航空职业技术学院 自动化工程系，陕西 西安 710089）

可编程控制器技术（PLC技术）是自动化专业的核心课程之一，是一门知识覆盖面广、涉及内容多、更新发展快、强调理论而又偏重实践应用的课程，与生产实际和工程应用结合紧密且应用广泛。因此深化对PLC实践教学的改革显得更为重要。

1 组态软件概述

组态软件，又称组态监控软件系统软件，译自英文SCADA，即Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

MCGS （Monitor and Control Generated System，通用监控系统），由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发，是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft（各种32位 Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案[4]。

2 PLC实践教学中存在的问题

PLC控制应用技术是实践性非常强的一门课程，如何利用已有的资源，理论联系实际，使学生能最大限度地深入学习是该门课程教学中需要解决的问题。目前科学技术日新月异，企业生产设备和工艺流程都在不断更新换代，为了让学生能够尽快适应企业需求，要求我们的实验内容要不断更新，进而要求实验设备要不断更新。由于受到面积、价格等诸多客观条件的限制，很难在实验室配置数量较多的PLC和较全面的工业控制对象，也很难实现设备的不断更新，因而制约了实验的数量和质量，普遍存在实验设备不足、经费不足、实验内容单调等问题。如何利用现有资源最大限度的满足实践教学需求显得尤为重要。

3 MCGS组态技术用于PLC实践教学

采用组态软件与PLC控制系统相结合，进行二次开发，对PLC控制系统进行动画组态、硬件组态和控制组态，通过计算机平台全真模拟PLC自动化控制的教学实践过程。即利用MCGS组态来仿真模拟PLC系统的输入、输出设备。或者也可以说利用MCGS来组态设计PLC的控制对象[5]。进行PLC教学时，教师可以利用组态软件很容易地实现文字录入、图形绘制、动画连接、程序编写、视频输出等功能。利用组态软件仿真模拟PLC的控制对象能解决无实际控制对象或由于经费不足购置困难的问题。利用有限的成本，多样化的程序来丰富学生的实验内容，能有效提高学生的学习兴趣、编程技巧和动手能力，大大丰富了PLC实验课的教学效果和学生的工程实践经验，达到了全方位教学的目的。将MCGS应用于PLC教学是一种新的探索和尝试。

笔者将以在化工、机械等行业的生产过程中应用广泛的混料简易控制实例，讲解组态控制系统的构造过程。

3.1 系统控制要求

初始状态容器是空的，电磁阀Y1，Y2，Y3，Y4和搅拌机均为OFF，液面传感器L1，L2，L3均为OFF。按下启动按钮，开始下列操作：电磁阀Y1闭合，开始注入液体A，至液面高度为L3时，停止注入液体A，同时开启电磁阀Y2，注入液体B，当液面高度为L2时，停止注入液体B，同时开启电磁阀Y3，注入液体C，当液面高度为L1时，停止注入液体C。开启搅拌机M，搅拌混合时间为10 s。停止搅拌后，开启Y4放出混合液体，至液体高度降为L3后，再经5 s停止放出[1]。

3.2 实施步骤

3.2.1 系统总体设计

了解系统设计要求，了解系统工艺过程，进行需求分析，确定组态软件与PLC的输入输出点。本系统选用西门子S7-200系列PLC，系统I/O分配[2]如表1所示。

表1 系统I/O分配表Tab.1 System I/O-distributed-list

3.2.2 程序设计

根据系统控制要求，系统程序设计如图1所示[6]。

图1 系统PLC程序Fig.1 System program of PLC

3.2.3 窗口画面制作

在MCGS用户窗口中新建一个多种液体混合监控窗口。在窗口中，插入相关元件，并对其中有动画效果的图元进行属性设置，如电磁阀的打开与关闭、搅拌器扇叶的转动、液体的上升与下降等。制作的画面如图2所示。

3.2.4 建立数据对象

在MCGS组态运行环境下，单击“实时数据库”，按“新增对象”按钮，根据系统要求增加数据变量。选中新建变量，按“对象属性”按钮或双击选中变量，则打开对象属性设置窗口。按系统要求指定名称类型，更改用户定义的名称。本系统最终实时数据库如图3所示。

3.2.5 系统调试

上位机PC和下位机PLC之间通过COM1口进行通信连接，采用串行通信的异步方式，半双工，偶校验，波特率9600，8位数据位，1位停止位[3]。当上下位机连接成功后，通过串口采集混料罐液位数据，使PLC对混料阀门进行控制，就能通过串口改变上位机画面中阀门和相应文字的颜色，以实现对混料灌控制系统的监测。反之，也可以通过上位机参数的改变，把相应的值写入到 PLC的中间继电器中，实现对混料罐系统液位值的控制。串口父设备的属性设置如图4所示，子设备属性设置如图5所示。

3.3 运行效果

实践证明，该上位机监控系统可以模拟现场自动设备系统的工艺流程，可以与PLC实施信息交互，可以实时监控plc工作，人机界面良好，便于操作，系统安全可靠，具有较高的应用价值。

4 教改效应

1）可以解决实验内容单调的问题

图2 系统监控界面Fig.2 GUI of system

图3 系统数据对象Fig.3 Data objects of system

图5 子设备参数设置Fig.5 Parameter settings of sub equipment

图4 通用串口父设备参数设置Fig.4 Parameter settings of common serial father’s equipment

利用组态软件包中的工具，通过硬件组态、数据组态、画面组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作，可以开发模拟更多、更直观的实验实训项目。

2）可以在节约资金的基础上，满足不断更新变化的教学需求

企业生产设备和工艺流程都在不断更新换代，当PLC控制对象不满足教学时，利用MCGS开发实验所需的监控界面取代价格昂贵的实物模型，可大大节省成本，画面直观，设计灵活，调试方便。

3）采用模拟情境教学，可以提高学生学习兴趣，最终达到提高教学效果的目的

用组态软件结合plc在线运行制成动画，模拟自动设备系统的现场工艺流程，让学生深刻领会控制的现场工艺要求和生产过程。提高了PLC课程的教学质量和教学效果，加深学生对实验本身及理论课程的理解，增强实践应用能力，并且使学生尽早地接触到了先进的科学知识和科研方法，开阔了视野，促使学生想象力、创造力得到了发挥，为培养高质量的人才提供有力的保证。

4）为教师科研提供了便利条件

该方法还可在教师科研中发挥巨大作用，能够节约大量的实验经费，又能缩短实验时间，提高实验的效率和安全性。

5 结束语

基于MCGS组态软件的PLC教学，充分体现了MCGS组态软件的强大数据处理和图像表现能力，既可缓解高校PLC实践教学设备投入不足的困难，又可提高学生的学习兴趣，培养学生PLC控制系统的综合开发能力，是PLC实践教学方式的一种探索、一种改革、一种进步。

[1]雷霞.基于MCGS和PLC自动混料系统的应用[J].仪器仪表用户，2008（3）：126-127.LEI Xia.The application of automatic mixture system based on MCGS and PLC[J].Instrumentation Customer，2008（3）：126-127.

[2]张玲.《PLC应用技术》教改探索与实践[J].中国现代教育装备，2006（10）:64-69.ZHANG Ling.《The application of PLC Technology》 exploration and practiceof teachingreform[J].Chinamodern education equipment，2006（10）:64-69.

[3]高丽萍，邓萍.基于MCGS的PLC虚拟控制系统研究[J].西华大学学报自然科学版，2006，25（1）:94-97.GAO Li-ping，DENG Ping.Virtual control system research of PLCBased onthe MCGS[J].Journalof Xihua University：Natural Science Edition，2006，25（1）:94-97.

[4]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS参考手册[S].2006.

[5]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS用户指南[S].2006.

[6]李俊秀，赵黎明.可编程控制器应用实训指导[M].北京：北京化学工业出版社，2006.