“组态控制技术”项目化课程开发与研究

杨敏跃 徐奔

摘 要：文章分析并研究了目前在自动化、电气专业的“组态控制技术”课程中，所进行授课的案例不能更好地让学生深刻理解和学习这门课程的问题，提出利用MCGS組态软件，在借鉴软件公司案例的基础上结合专业的具体特征，从生产实例出发，选取与实际生产有关的案例进行开发，为学好这门课程和技术提供有力保障。

关键词：组态控制技术；MCGS；课程开发

目前，随着工业自动化水平的不断发展和壮大，人们对工业自动化控制的要求越来越高，从而导致人们对能够控制和监控工业现场生产设备的监控软件要求也越来越高。为了能够更好地适应社会的发展，培养更全面的自动化人才，我国许多高校和高职学院的自动化专业纷纷开设“组态控制技术”这门课程，培养学生学习组态软件用以实现对自动生产过程监控的目的。

作为一门新兴的科目，目前市面的组态书籍、教材和应用实例都比较少，且质量也良莠不齐。有些书籍是软件公司自己编著，全书只有一个案例；有些书籍选择的案例严重偏离实际应用。这些现象导致学生在学习的时候，没有更贴合实例的案例让他们更为深刻地理解这门课程，所以对课程进行深化改革，开发更贴合生产实例的组态控制案例进行教学具有十分重要的现实意义。

1 课程开发的理论依据与研究方法

1.1 理论依据

著名教育心理学家布鲁纳的“发现学习”理论强调：学生的学习应是主动发现的过程，而不是被动地接受知识。开发项目化教学，创设问题情景，引发学生对知识本身产生兴趣，产生知识需要，产生需要学习的心理倾向，激发自主探究的学习动机。在教学过程中，学生是学习的积极的研究者，教师的作用是创设适合学生学习探究的情景，而不是提供现成的知识。该课题采用项目教学法进行教学，提高学生积极性。

1.2 研究方法

1.2.1 观察法

通过对近3年来学生学习情况的调查，发现所学的组态知识不能很好地与生产实际相结合，所以开发新的组态案例以适应新形势下的生产实际的需要。

1.2.2 探索研究法

在原有的组态案例的基础上，用实验的手段开发新型的组态案例和模型。

1.2.3 经验总结法

通过运用新的案例和新的评级体系，进行总结归纳分析，可以推广到其他学科进行生产实例的模拟运行。

2 课程开发的具体实施方案

开发的5个项目，主要是对自动化生产线上的供料、加工、装配、分拣、搬运这5个站的动作运行模式进行组态模拟开发。下面以分拣站为具体实例，来阐述开发的过程。

首先，根据教学大纲要求，设计一个自动化生产线分拣站的控制系统。该系统用西门子S7-200的PLC控制自动线上货物分拣单元的机械手系统运行，并能使用上位机的MCGS组态软件完成机械手系统的实时监控。

为了实现分拣站分拣货物的目的，系统的硬件组成包括西门子S7-200CPU226一台、PC机一台、PC/PPI电缆一根、气源装置和气动元件等。硬件输入设备由两部分组成，一个是按钮，启动和停止按钮各一个，接线方式为二线式，一根为信号线，一根为公共端，公共端接电源负极；另一个是传感器，由有料检测传感器、货到位传感器、推到位传感器组成，其中前两个为光电式接近开关，后一个为磁性开关，安装在推料气缸上，用于检测推料气缸活塞杆的位置，传感器均采用三线式接线方式，两根电源线分别接24 V直流电源的正、负极端子，信号线接出来与PLC的输入端子相连。硬件输出设备由三部分组成，一个是气缸和换向阀，气缸包括推料气缸、机械手升/降气缸、夹紧/放松气缸、旋转/返回气缸等，这些气缸采用二位五通单电控电磁换向阀进行控制，只有一个控制线圈，当电磁阀线圈通电触发后，气缸运行到工作点，当电磁阀线圈断电时，靠复位弹簧作用使气缸返回到原始位置，在接线方式上，气缸和换向阀都采用二线式接线，一端为控制控制，一端为公共端，公共端与电源负极相连，控制端与PLC的输出端子相连；另一个是机械手，由升降机构、夹紧机构、旋转机构和安装支架等部件组成，其中，机械手的升/降、夹紧/放松、旋转/返回等动作由相应的气缸动作驱动，气动机械手用于实现料块的搬运；第三部分是变频器和输送线设备，包括松下VF0系列BFV00042GK变频器、单相交流异步电机、传送带机构等。系统控制器使用的是西门子S7-200CPU226型PLC以及PC/PPI通信电缆，监控设备主要是安装有MCGS组态软件的计算机。

开发的软件是利用MCGS通用版6.2组态软件实现组态画面的构建，组态画面如图1所示。

由数据变量所编制的脚本程序如下：

IF YMY启动按钮 = 1 AND YMY复位按钮 = 0 THEN

YMY定时器启动 = 1

YMY定时器复位 = 0

ENDIF

IF YMY复位按钮 = 1 THEN

YMY定时器启动 = 0

YMY定时器复位 = 1

ENDIF

IF YMY下移 = 1 THEN

YMY垂直移动 = YMY垂直移动 + 1

ENDIF

IF YMY上移= 1 THEN

YMY垂直移动 = YMY垂直移动 - 1

ENDIF

IF YMY定时器启动 = 1 THEN

IF YMY计时时间 < 5 THEN

YMY下移 = 1

YMY工件1 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY计时时间 < 7 THEN

YMY夹紧 = 1

YMY下移 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY計时时间 < 12 THEN

YMY上移 = 1

YMY夹紧 = 0

YMY工件1 = 0

YMY工件2 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY计时时间 < 14 THEN

YMY旋转 = 1

YMY上移 = 0

YMY左臂 = 0

YMY右臂 = 1

YMY工件2 = 0

YMY工件3 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY计时时间 < 19 THEN

YMY下移 = 1

YMY旋转 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY计时时间 < 21 THEN

YMY放松 = 1

YMY下移 = 0

YMY工件3 = 0

YMY工件4 = 1

EXIT

ENDIF

IF YMY计时时间 < 26 THEN

YMY上移 = 1

YMY放松 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY计时时间 < 28 THEN

YMY返回 = 1

YMY上移 = 0

YMY右臂 = 0

YMY左臂 = 1

YMY工件4 = 0

EXIT

ENDIF

IF YMY计时时间 >= 28 THEN

YMY定时器复位 = 1

YMY返回 = 0

EXIT

ENDIF

ENDIF

IF YMY定时器启动 = 0 THEN

YMY左臂 = 1

ENDIF

3 结语

该项目能通过开发的5个项目，与已有的自动化生产线的五大操作站相匹配，增强学生对生产线每个工作站上的各种传感器模块的认识、工作站运行流程的认识，也能增强学生熟练运用组态软件对自动化生产线的硬件设备运行状态监控的能力。同时，该课题完成以后，也可以作为“自动化设备安装与调试”这门课的教学辅导软件。

[参考文献]

[1]李宁.组态控制技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2015.

[2]迟颖.工业组态控制技术课程实施教学做合一的研究与实践[J].中国教育技术装备，2016（12）：143-144.

[3]王海波，齐云秋.MCGS组态仿真设计在自动化类课程教学的应用[J].电子世界，2015（21）：46-48.

Abstract：This paper analyzes and studies the current cases of “Configuration Control Technology” in automation and electrical professions. The cases taught can not better enable students to deeply understand and learn the problems of this course， and propose to use MCGS configuration software. Based on the case of the software company， combined with the specific characteristics of the profession， starting from the production example， select the case related to the actual production for development， and provide a strong guarantee for learning this course and technology.

Key words：Configuration Control Technology； MCGS； course development