基于WinCC的电气控制技术课程辅助教学平台设计

梅奕　王慧芬

摘要：文章针对电气控制技术理论课程教学中存在的问题，利用WinCC组态软件设计了仿真辅助教学平台；具体介绍了该辅助教学平台仿真软件的构成，并使用ANSI-C脚本语言实现了电气控制线路画面的动态运行，阐述了画中画的实现方法。

关键词：WinCC组态软件；电气控制技术；辅助教学平台；仿真软件；理论教学

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0022-02

在《电气控制技术》课程教学中发现，学生不会灵活应用一些基本电气控制线路去设计电路，复杂的电气控制线路更是不能理解，只会死记硬背，产生这种现象的原因主要是学生对基本电气控制线路的原理不能够很好理解，因而我们想到采用组态软件来模拟电路工作过程，使电

气线路的来龙去脉一目了然，增加了学生的学习兴趣。

1 组态软件的特点

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，我们可以将它理解为“组态式监控软件”。组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态软件简单地说就是一种软件平台和开发环境。WinCC（Windows Control Center，视窗控制中心）是SIEMENS与Microsoft公司合作开发的、开放的过程可视化系统。是SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，该软件提供了良好的人机界面，具有强大的动态仿真功能，能够真实模拟实物的动态运行效果。同时还具有延续性和可扩充性的特点，可以不需做很多修改而方便地完成软件的更新和升级。除了在工业控制领域外，在科研和教学领域内也有着越来越广泛的应用。

2 WinCC在电气控制技术课程教学中的作用

《电气控制技术》这门课程是高职高专电气自动化技术、自动化生产过程控制、楼宇智能化等相关专业的一门实用性很强的专业基础课。但该课程往往是以理论教学为主、实践为辅，重理论、轻实践的教学模式来设计教学内容的，并且在多媒体教室无法进行实物演示，并且通过现有实验装置不能明显地看到线路的接通，因而在教学过程中，学生对于电气控制线路的工作原理以及继电器的动作顺序很难理解，老师也不容易把问题讲清楚。我们使用WinCC组态仿真软件动态模拟继电器各个部件的联动效果，把电气控制线路的工作过程用动态的效果模拟出来，让学生能够直观地理解电路的工作原理、直观地看到电气线路的控制方式，也使课程教学不再那么枯燥。

3 电气控制技术WinCC仿真系统构成

由于该仿真系统用于课堂教学，那么根据我院《电气控制技术》课程及课程相关实训——《中级维修电工考工实训》的教学需求将该仿真软件分为典型电气控制线路、复杂电气控制线路和机床电气控制线路三大部分。典型电气控制线路包括了最基本的电动机控制电路的应用，比如三相异步电动机的点动控制电路、长动控制电路、各种电动机正反转控制电路；复杂电气控制线路则包括了三相异步电动机各种常见的减压起动控制电路和电气制动控制电路；对于机床电气控制线路则依据学校的实验平台，设置了车床、摇臂钻床、万能铣床三种电气控制电路。复杂电气控制线路和机床电气控制线路包括电气原理图和实物动态模拟两个部分，在教学过程中，可以让学生在看到电气原理的同时，又看到实物的工作过程，从而极大地提高了学生的学习兴趣，并加深了对该控制过程的理解。

4 仿真教学平台的设计

利用WinCC组态软件模拟仿真多种电气线路控制对象，电气线路的工作状态、接触器的触点动态显示则通过组态软件画面组态来实现。图1所示为电动机自动往返控制电路，属于复杂电气控制线路，由电气原理图和小车自动往返运动的示意图组成。当小车运行到左侧挡块时，行程开关SQ1接通，小车开始向右侧行驶，电气线路中交流接触器KM1线圈通电变成绿色，接触器触点发生相应的变化，控制电路中线路变成绿色表示小车向右行驶时的电路接通状态，电机的风扇向右侧旋转。通过组态画面的动态显示可以清楚地演示电气线路的工作过程。

4.1 图形移动

图形移动是仿真系统平台设计的一个重点内容，主要包括水平（或垂直）移动和旋转两个方面，例如按钮的移动就同时包含了这两项；按钮头采用水平移动，“位置X”的设置使用动态连接中的“动态对话框”，表达式直接和变量进行连接，数据类型采用“布尔型”，表达式的结果分别为静态和动态像素值；按钮的触点采用旋转，对图形对象的“旋转角”进行动态连接，当按下按钮时，会呈现触点闭合和断开的动态效果，这里必须要注意的一点是WinCC中图形的旋转参考坐标，旋转参考坐标确定了图形旋转的基准点；而对于小车的平行移动，在对“位置X”进行动态连接时，表达式应该为变量加上小车图形位置X的静态初始值，如“car_X+1070”，这样才能让图形从初始静态的位置开始移动。

4.2 脚本语言

所有的过程可视化系统基本上都或多或少地提供一些脚本语言，WinCC提供了两种脚本语言：ANSI-C和VBScript。WinCC可以通过使用函数和动作使项目中的过程动态化，本系统采用ANSI-C语言来编写脚本程序。

WinCC中图形对象属性的鼠标动作中的动态设置，如果采用直接连接，最多只能同时完成三个参数的设置，所以对于有条件的参数设置或者多个参数的设置可以采用C动作编辑器来完成，如图2所示。图形中按钮的点动可以通过“事件—鼠标—按左键和释放左键”的设置来实现。

系统通过使用创建全局动作来完成图1中电机扇叶的旋转和小车的平行移动。我们使用了WinCC中提供的几个内部函数“GetTagBit”、“GetTagSDWord”和“SetTagBit”、“SetTagSDWord”来读取和设置变量的值，使用if函数进行图形运行界面的判断，以保证图形在规定的范围内移动，而不会出现画面跳转的现象。在完成程序编写后要进行触发器的设置，定时器采用周期设置可以使扇叶和小车按照固定频率旋转和移动。

4.3 画中画显示

对于较为复杂的电气控制线路，比如机床电气控制线路如图3所示，我们采用画中画的形式动态模拟现实机床电路的工作过程。

WinCC组态软件提供了丰富的画面组态功能。画中画的设置可以在绘制好的机床电气控制线路图上添加一个“画面窗口”，将该窗口的对象属性中的“显示”改成“否”，也就是说系统运行时该画面不显示，我们利用图3中右下角中的“摇臂钻床结构动态显示”按钮，通过鼠标动作的直接连接对话框，将“常数”“1”，赋值给“画面窗口”的“显示”属性，当点击该按钮时，就可以将该画面显示出来。对于画面窗口的其他属性，比如“边框”、“标题”、“移动”、“调整大小”等可以进行相应的设置，使画面更加丰富、使用更加方便。

5 结语

本文使用西门子WinCC组态软件设计了电气控制技术课程辅助教学仿真软件。随着各种教学手段的不断发展和完善，组态仿真技术越来越多地应用于理论课程的教学中。此外，仿真控制对象开发相对容易，具有很好的兼容性及可扩展性，随着后期软件的不断扩充完善，可以使教学内容更加多样化、趣味化，能够更好地达到教学目的。

参考文献

[1] 史博.组态仿真软件在高职PLC课程教学中的应用

[J].辽宁职高学报，2010，（6）.

[2] 许仙真，单长考.组态软件WinCC与S7_PLCSIM在PLC教学中的应用[J].常熟理工学院学报（自然科学），2012，（10）.

[3] 苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4] 姚立波.组态监控设计应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

作者简介：梅奕（1973-），女，江苏常州人，供职于常州信息职业技术学院电子与电气工程学院，硕士，研究方向：电气自动化技术；王慧芬（1977-），女，江苏常州人，常州信息职业技术学院电子与电气工程学院讲师，硕士，研究方向：电气自动化技术、系统集成等。

摘要：文章针对电气控制技术理论课程教学中存在的问题，利用WinCC组态软件设计了仿真辅助教学平台；具体介绍了该辅助教学平台仿真软件的构成，并使用ANSI-C脚本语言实现了电气控制线路画面的动态运行，阐述了画中画的实现方法。

关键词：WinCC组态软件；电气控制技术；辅助教学平台；仿真软件；理论教学

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0022-02

在《电气控制技术》课程教学中发现，学生不会灵活应用一些基本电气控制线路去设计电路，复杂的电气控制线路更是不能理解，只会死记硬背，产生这种现象的原因主要是学生对基本电气控制线路的原理不能够很好理解，因而我们想到采用组态软件来模拟电路工作过程，使电

气线路的来龙去脉一目了然，增加了学生的学习兴趣。

1 组态软件的特点

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，我们可以将它理解为“组态式监控软件”。组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态软件简单地说就是一种软件平台和开发环境。WinCC（Windows Control Center，视窗控制中心）是SIEMENS与Microsoft公司合作开发的、开放的过程可视化系统。是SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，该软件提供了良好的人机界面，具有强大的动态仿真功能，能够真实模拟实物的动态运行效果。同时还具有延续性和可扩充性的特点，可以不需做很多修改而方便地完成软件的更新和升级。除了在工业控制领域外，在科研和教学领域内也有着越来越广泛的应用。

2 WinCC在电气控制技术课程教学中的作用

《电气控制技术》这门课程是高职高专电气自动化技术、自动化生产过程控制、楼宇智能化等相关专业的一门实用性很强的专业基础课。但该课程往往是以理论教学为主、实践为辅，重理论、轻实践的教学模式来设计教学内容的，并且在多媒体教室无法进行实物演示，并且通过现有实验装置不能明显地看到线路的接通，因而在教学过程中，学生对于电气控制线路的工作原理以及继电器的动作顺序很难理解，老师也不容易把问题讲清楚。我们使用WinCC组态仿真软件动态模拟继电器各个部件的联动效果，把电气控制线路的工作过程用动态的效果模拟出来，让学生能够直观地理解电路的工作原理、直观地看到电气线路的控制方式，也使课程教学不再那么枯燥。

3 电气控制技术WinCC仿真系统构成

由于该仿真系统用于课堂教学，那么根据我院《电气控制技术》课程及课程相关实训——《中级维修电工考工实训》的教学需求将该仿真软件分为典型电气控制线路、复杂电气控制线路和机床电气控制线路三大部分。典型电气控制线路包括了最基本的电动机控制电路的应用，比如三相异步电动机的点动控制电路、长动控制电路、各种电动机正反转控制电路；复杂电气控制线路则包括了三相异步电动机各种常见的减压起动控制电路和电气制动控制电路；对于机床电气控制线路则依据学校的实验平台，设置了车床、摇臂钻床、万能铣床三种电气控制电路。复杂电气控制线路和机床电气控制线路包括电气原理图和实物动态模拟两个部分，在教学过程中，可以让学生在看到电气原理的同时，又看到实物的工作过程，从而极大地提高了学生的学习兴趣，并加深了对该控制过程的理解。

4 仿真教学平台的设计

利用WinCC组态软件模拟仿真多种电气线路控制对象，电气线路的工作状态、接触器的触点动态显示则通过组态软件画面组态来实现。图1所示为电动机自动往返控制电路，属于复杂电气控制线路，由电气原理图和小车自动往返运动的示意图组成。当小车运行到左侧挡块时，行程开关SQ1接通，小车开始向右侧行驶，电气线路中交流接触器KM1线圈通电变成绿色，接触器触点发生相应的变化，控制电路中线路变成绿色表示小车向右行驶时的电路接通状态，电机的风扇向右侧旋转。通过组态画面的动态显示可以清楚地演示电气线路的工作过程。

4.1 图形移动

图形移动是仿真系统平台设计的一个重点内容，主要包括水平（或垂直）移动和旋转两个方面，例如按钮的移动就同时包含了这两项；按钮头采用水平移动，“位置X”的设置使用动态连接中的“动态对话框”，表达式直接和变量进行连接，数据类型采用“布尔型”，表达式的结果分别为静态和动态像素值；按钮的触点采用旋转，对图形对象的“旋转角”进行动态连接，当按下按钮时，会呈现触点闭合和断开的动态效果，这里必须要注意的一点是WinCC中图形的旋转参考坐标，旋转参考坐标确定了图形旋转的基准点；而对于小车的平行移动，在对“位置X”进行动态连接时，表达式应该为变量加上小车图形位置X的静态初始值，如“car_X+1070”，这样才能让图形从初始静态的位置开始移动。

4.2 脚本语言

所有的过程可视化系统基本上都或多或少地提供一些脚本语言，WinCC提供了两种脚本语言：ANSI-C和VBScript。WinCC可以通过使用函数和动作使项目中的过程动态化，本系统采用ANSI-C语言来编写脚本程序。

WinCC中图形对象属性的鼠标动作中的动态设置，如果采用直接连接，最多只能同时完成三个参数的设置，所以对于有条件的参数设置或者多个参数的设置可以采用C动作编辑器来完成，如图2所示。图形中按钮的点动可以通过“事件—鼠标—按左键和释放左键”的设置来实现。

系统通过使用创建全局动作来完成图1中电机扇叶的旋转和小车的平行移动。我们使用了WinCC中提供的几个内部函数“GetTagBit”、“GetTagSDWord”和“SetTagBit”、“SetTagSDWord”来读取和设置变量的值，使用if函数进行图形运行界面的判断，以保证图形在规定的范围内移动，而不会出现画面跳转的现象。在完成程序编写后要进行触发器的设置，定时器采用周期设置可以使扇叶和小车按照固定频率旋转和移动。

4.3 画中画显示

对于较为复杂的电气控制线路，比如机床电气控制线路如图3所示，我们采用画中画的形式动态模拟现实机床电路的工作过程。

WinCC组态软件提供了丰富的画面组态功能。画中画的设置可以在绘制好的机床电气控制线路图上添加一个“画面窗口”，将该窗口的对象属性中的“显示”改成“否”，也就是说系统运行时该画面不显示，我们利用图3中右下角中的“摇臂钻床结构动态显示”按钮，通过鼠标动作的直接连接对话框，将“常数”“1”，赋值给“画面窗口”的“显示”属性，当点击该按钮时，就可以将该画面显示出来。对于画面窗口的其他属性，比如“边框”、“标题”、“移动”、“调整大小”等可以进行相应的设置，使画面更加丰富、使用更加方便。

5 结语

本文使用西门子WinCC组态软件设计了电气控制技术课程辅助教学仿真软件。随着各种教学手段的不断发展和完善，组态仿真技术越来越多地应用于理论课程的教学中。此外，仿真控制对象开发相对容易，具有很好的兼容性及可扩展性，随着后期软件的不断扩充完善，可以使教学内容更加多样化、趣味化，能够更好地达到教学目的。

参考文献

[1] 史博.组态仿真软件在高职PLC课程教学中的应用

[J].辽宁职高学报，2010，（6）.

[2] 许仙真，单长考.组态软件WinCC与S7_PLCSIM在PLC教学中的应用[J].常熟理工学院学报（自然科学），2012，（10）.

[3] 苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4] 姚立波.组态监控设计应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

作者简介：梅奕（1973-），女，江苏常州人，供职于常州信息职业技术学院电子与电气工程学院，硕士，研究方向：电气自动化技术；王慧芬（1977-），女，江苏常州人，常州信息职业技术学院电子与电气工程学院讲师，硕士，研究方向：电气自动化技术、系统集成等。

摘要：文章针对电气控制技术理论课程教学中存在的问题，利用WinCC组态软件设计了仿真辅助教学平台；具体介绍了该辅助教学平台仿真软件的构成，并使用ANSI-C脚本语言实现了电气控制线路画面的动态运行，阐述了画中画的实现方法。

关键词：WinCC组态软件；电气控制技术；辅助教学平台；仿真软件；理论教学

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0022-02

在《电气控制技术》课程教学中发现，学生不会灵活应用一些基本电气控制线路去设计电路，复杂的电气控制线路更是不能理解，只会死记硬背，产生这种现象的原因主要是学生对基本电气控制线路的原理不能够很好理解，因而我们想到采用组态软件来模拟电路工作过程，使电

气线路的来龙去脉一目了然，增加了学生的学习兴趣。

1 组态软件的特点

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，我们可以将它理解为“组态式监控软件”。组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态软件简单地说就是一种软件平台和开发环境。WinCC（Windows Control Center，视窗控制中心）是SIEMENS与Microsoft公司合作开发的、开放的过程可视化系统。是SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，该软件提供了良好的人机界面，具有强大的动态仿真功能，能够真实模拟实物的动态运行效果。同时还具有延续性和可扩充性的特点，可以不需做很多修改而方便地完成软件的更新和升级。除了在工业控制领域外，在科研和教学领域内也有着越来越广泛的应用。

2 WinCC在电气控制技术课程教学中的作用

《电气控制技术》这门课程是高职高专电气自动化技术、自动化生产过程控制、楼宇智能化等相关专业的一门实用性很强的专业基础课。但该课程往往是以理论教学为主、实践为辅，重理论、轻实践的教学模式来设计教学内容的，并且在多媒体教室无法进行实物演示，并且通过现有实验装置不能明显地看到线路的接通，因而在教学过程中，学生对于电气控制线路的工作原理以及继电器的动作顺序很难理解，老师也不容易把问题讲清楚。我们使用WinCC组态仿真软件动态模拟继电器各个部件的联动效果，把电气控制线路的工作过程用动态的效果模拟出来，让学生能够直观地理解电路的工作原理、直观地看到电气线路的控制方式，也使课程教学不再那么枯燥。

3 电气控制技术WinCC仿真系统构成

由于该仿真系统用于课堂教学，那么根据我院《电气控制技术》课程及课程相关实训——《中级维修电工考工实训》的教学需求将该仿真软件分为典型电气控制线路、复杂电气控制线路和机床电气控制线路三大部分。典型电气控制线路包括了最基本的电动机控制电路的应用，比如三相异步电动机的点动控制电路、长动控制电路、各种电动机正反转控制电路；复杂电气控制线路则包括了三相异步电动机各种常见的减压起动控制电路和电气制动控制电路；对于机床电气控制线路则依据学校的实验平台，设置了车床、摇臂钻床、万能铣床三种电气控制电路。复杂电气控制线路和机床电气控制线路包括电气原理图和实物动态模拟两个部分，在教学过程中，可以让学生在看到电气原理的同时，又看到实物的工作过程，从而极大地提高了学生的学习兴趣，并加深了对该控制过程的理解。

4 仿真教学平台的设计

利用WinCC组态软件模拟仿真多种电气线路控制对象，电气线路的工作状态、接触器的触点动态显示则通过组态软件画面组态来实现。图1所示为电动机自动往返控制电路，属于复杂电气控制线路，由电气原理图和小车自动往返运动的示意图组成。当小车运行到左侧挡块时，行程开关SQ1接通，小车开始向右侧行驶，电气线路中交流接触器KM1线圈通电变成绿色，接触器触点发生相应的变化，控制电路中线路变成绿色表示小车向右行驶时的电路接通状态，电机的风扇向右侧旋转。通过组态画面的动态显示可以清楚地演示电气线路的工作过程。

4.1 图形移动

图形移动是仿真系统平台设计的一个重点内容，主要包括水平（或垂直）移动和旋转两个方面，例如按钮的移动就同时包含了这两项；按钮头采用水平移动，“位置X”的设置使用动态连接中的“动态对话框”，表达式直接和变量进行连接，数据类型采用“布尔型”，表达式的结果分别为静态和动态像素值；按钮的触点采用旋转，对图形对象的“旋转角”进行动态连接，当按下按钮时，会呈现触点闭合和断开的动态效果，这里必须要注意的一点是WinCC中图形的旋转参考坐标，旋转参考坐标确定了图形旋转的基准点；而对于小车的平行移动，在对“位置X”进行动态连接时，表达式应该为变量加上小车图形位置X的静态初始值，如“car_X+1070”，这样才能让图形从初始静态的位置开始移动。

4.2 脚本语言

所有的过程可视化系统基本上都或多或少地提供一些脚本语言，WinCC提供了两种脚本语言：ANSI-C和VBScript。WinCC可以通过使用函数和动作使项目中的过程动态化，本系统采用ANSI-C语言来编写脚本程序。

WinCC中图形对象属性的鼠标动作中的动态设置，如果采用直接连接，最多只能同时完成三个参数的设置，所以对于有条件的参数设置或者多个参数的设置可以采用C动作编辑器来完成，如图2所示。图形中按钮的点动可以通过“事件—鼠标—按左键和释放左键”的设置来实现。

系统通过使用创建全局动作来完成图1中电机扇叶的旋转和小车的平行移动。我们使用了WinCC中提供的几个内部函数“GetTagBit”、“GetTagSDWord”和“SetTagBit”、“SetTagSDWord”来读取和设置变量的值，使用if函数进行图形运行界面的判断，以保证图形在规定的范围内移动，而不会出现画面跳转的现象。在完成程序编写后要进行触发器的设置，定时器采用周期设置可以使扇叶和小车按照固定频率旋转和移动。

4.3 画中画显示

对于较为复杂的电气控制线路，比如机床电气控制线路如图3所示，我们采用画中画的形式动态模拟现实机床电路的工作过程。

WinCC组态软件提供了丰富的画面组态功能。画中画的设置可以在绘制好的机床电气控制线路图上添加一个“画面窗口”，将该窗口的对象属性中的“显示”改成“否”，也就是说系统运行时该画面不显示，我们利用图3中右下角中的“摇臂钻床结构动态显示”按钮，通过鼠标动作的直接连接对话框，将“常数”“1”，赋值给“画面窗口”的“显示”属性，当点击该按钮时，就可以将该画面显示出来。对于画面窗口的其他属性，比如“边框”、“标题”、“移动”、“调整大小”等可以进行相应的设置，使画面更加丰富、使用更加方便。

5 结语

本文使用西门子WinCC组态软件设计了电气控制技术课程辅助教学仿真软件。随着各种教学手段的不断发展和完善，组态仿真技术越来越多地应用于理论课程的教学中。此外，仿真控制对象开发相对容易，具有很好的兼容性及可扩展性，随着后期软件的不断扩充完善，可以使教学内容更加多样化、趣味化，能够更好地达到教学目的。

参考文献

[1] 史博.组态仿真软件在高职PLC课程教学中的应用

[J].辽宁职高学报，2010，（6）.

[2] 许仙真，单长考.组态软件WinCC与S7_PLCSIM在PLC教学中的应用[J].常熟理工学院学报（自然科学），2012，（10）.

[3] 苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4] 姚立波.组态监控设计应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

作者简介：梅奕（1973-），女，江苏常州人，供职于常州信息职业技术学院电子与电气工程学院，硕士，研究方向：电气自动化技术；王慧芬（1977-），女，江苏常州人，常州信息职业技术学院电子与电气工程学院讲师，硕士，研究方向：电气自动化技术、系统集成等。