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中职PLC实训教学中MCGS组态技术的应用

2021-11-05 57 上传者：管理员

摘要：PLC实训的目的是促进学生掌握综合开发PLC系统技术，提升职业素养。MCGS是先进性组态软件系统，应用该系统可高效构造生成监控系统，执行采集处理数据等任务。分析了PLC实训教学当前的困境及MCGS在PLC实训教学中的应用价值，探讨其应用方法，并结合案例进行教学实践分析。

关键词：
MCGS组态技术
PLC实训教学
中职院校
人才培养
系统设计
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中职院校以培养专业性人才为目标，在理论学习的基础上开展优质实训教学是锻炼学生实际编程能力的重要环节。在既往PLC实训教学中，教学成效远未达到预期。MCGS应用可促进PLC实训教学实效性开展，辅助学生在实训中锻炼编程能力，主动参与学习过程。MCGS可联合相关硬件设备使用，应用该技术实现PLC可视化教学，对增强学生PLC实操能力有积极意义。

一、PLC实训教学困境

中职院校侧重于培养技能型人才，实训课是技能训练的实效性课程。PLC是当前常用控制系统，其应用优势为可有效抗干扰，操作流程简化，具有更强的灵活性与更高的性价比，调试过程可在短期内完成，相对于同类系统，PLC系统编程技术难度较低。上述应用优势使PLC实训成为中职教育的重要内容。在传统PLC实训中，只有PLC运行结果为可观察状态，学生无法监测分析中间变量，在PLC实训中理性认知不足，趋于形式化，影响综合开发能力培养。因训练缺少直观性，学生积极性难以被调动[1]。实训教学与理论教学相比对设备支持需求度更高。实训课设备体积庞大，需要与科技发展同步更新方能体现实训意义，但技术更新较快，而设备成本较高，学校难以保证及时更新教学设备，实训室硬件设施配备存在局限性[2]。

二、PLC实训教学中MCGS的应用方法

在设计PLC系统时需要分别设计软件与硬件系统。在设计硬件系统时，应针对硬件系统进行成本控制，保证系统具有应用可靠性，同时具有可拓展性。基于上述原则，先选择适配的PLC机型，然后选择输入设备与输出设备，对接线图等重要图样进行科学设计，最后结合实际需求设计硬件系统。设计软件系统时，应对系统调控性能进行监控，提升软件系统可操作性，保证其可读性。在设计PLC系统时，设计步骤如下：（1）整合功能要求，明确系统工作流程，对受控对象进行控制过程分析，制定基本设计方案。（2）针对控制对象进行输入输出分析，进行参数量化，还应确定工作电压输出功率，分析系统在运行现场中的响应效率，并根据上述信息选择合适的PLC机械类型。（3）选择合适的I/O设备，对相应地址分配表进行详述。（4）根据系统，分析电气应用要求，规划电气系统线路图。（5）设计系统程序，并在设计过程中进行调试与设计优化。（6）完成设计，进行总体安装，并进行综合调试与试运行，确保系统设计无误[3]。

三、案例分析

应用MCGS可进行多类型PLC系统设计，本文以自动化液体混合搅拌系统为例，分析联合MCGS技术的PLC监控系统设计开发方法。

（一）PLC监控界面

监控界面是PLC设计环节比较基础的实训内容，为保证后续系统高效率运行，必须对该系统界面进行规范化设计。以MCGS组态平台为操作平台，创建用户窗口，对其进行命名。窗口创建并命名完成后，选择“动画组态”功能后页面中呈现动画制作窗口，在此窗口中使用平台工具设计监控界面。

（二）创建数据库

系统数据库的主要作用是存储和处理数据，以便于后续对数据对象及其属性进行定义。利用动态数据库，在应用时支持可视化处理数据与交换数据。在创建数据库时应保证数据库的合理性，有科学的运算机制和数据采集范围。系统数据处理功能主要在实时数据库中实现，实时数据库为系统各部分提供公用数据。在进行液体混合搅拌自动化系统设计时，需要设置液位传感器3个、搅拌电动机1个、液体阀门2个、混合液体阀门1个，并设计数值型物料罐液位。上述数据库中除物料罐液位外，其余均设置为开关型数据对象。

（三）动画连接

在设计图形动画时，需要确定图形对象，并使其连接实时数据库，保证数据对象和图形对象之间合理连接。连接完成后，应进行动画属性设定。针对图形进行动画连接时，即为数据库变量、图形对象构建对应关系。动画连接后，可视化页面中可随着变量值变化改变图形对象，使其呈现动态动画效果。软件操控者也可通过改变图形对象的方式促使数据变量值发生变化。通过动画连接，可保证图形对象与数据库变量维持对应变化关系。在MCGS组态中，可选择不同动画连接形式。此种动画连接支持复杂效果构建，例如通过单个图形对象对多个连接进行定义，适应动画显示的实际要求。通过动画显示可随时对设备仪表进行状态观察。人机界面中分析闪烁状态与颜色提示等可评估设备状态。在运行系统时，数据对象对图形对象进行实时数据采集，获取其外观数据和状态特征数据，利用采集值驱动原理呈现图形动画效果。

（四）PLC系统的MCGS连接

联合组态软件二次开发PLC系统，应以适用场合为基础，选择PLC类型，选用合适的I/O接口，选用适用接线板、线缆等，综合设计PLC系统。传统编程以硬继电器为主，而利用PLC编程可实现软继电器设计。该系统编程中通常使用梯形图等语言。在梯形图语言中，多个梯级构成梯形图，在梯形图两侧各设有1条竖线，分别代表1条假想逻辑电源。在PLC系统中，常开触点和常闭触点不限次。梯级运算完成后，后续梯级可及时应用该运算结果。MCGS组态设置以绘制图形、设计动画、创建数据对象、为PLC运行策略环节提供策略构建、调用硬件驱动和连接等方式实现。MCGS系统中包含大量图元、图符，还有许多常用动画构件，应用这些元素可实现PLC系统图形绘制。

动画设计环节是为数据赋予特定动画属性，使PLC系统中可呈现动态界面。MCGS包含多样化数据类型，根据监控预期为数据变量设置不同格式，利用属性设置功能，使数据对象连接不同界面图元。MCGS中的运行策略支持设计界面相关性动画程序编写，也可应用运行策略设计相关控制程序处理数据。在该系统中设有定时器构建，可对现场进行定时操控。MCGS系统中设有设备驱动窗口，窗口设置成功后PLC系统数据可向电脑中传输，在此过程中应确保通信协议正确，精准设置PLC信息，同时需要保证PLC存储器和MCGS数据对象正确连接。

（五）模拟程序调试

执行此环节时，应选择可操作性强的模式进行现场状态模拟。运行程序时需要一定的环境条件，在模拟程序调试时可进行硬件模拟或软件模拟。硬件模拟即借助硬件设备对现场信号进行模拟，通过接线方式在PLC系统中输入信号。硬件模拟的应用优势是可即时获得反馈，测试效率较高。软件模拟即单独编写模拟程序，应用于PLC系统，发出模拟现场信号，对程序可行性进行检测，指导系统调试。软件调试的应用优势是操作简单易行，其缺陷是信号反馈延迟，调试耗时较长。系统运行测试显示，上位机PC连接下位机PLC后，二者信息实时交互运行良好，系统画面监控正常，可对实物模型进行仿真模拟，应用效果较好。

教学实践显示，在PLC实训中融合组态软件可辅助突破PLC教学瓶颈，缓解实训教学设备压力，减少设备更新要求，有效节省资金，使教学内容更新更具时效性。常规实训中部分实训项目较抽象，但在PLC仿真实训中项目可进行直观化训练，利用监控画面可对工控流程的模拟再现情况进行观察，激发学生学习兴趣，使教学计划更易开展，对师生双方更具实用性。PLC实训可进行机电一体化训练、电气自动化训练，是中职的重要专业课。该类课程对实训的需求较高，要求教学中加强实训，保证教学内容紧密联系社会实践，传统教学具有局限性，PLC仿真实训可促进学科交叉教学，完善实训模式，提升实训效果。

四、总结

综上所述，传统PLC实训难以保证高仿真训练，实训效果不佳。应用MCGS技术拓展PLC系统组态，可利用仿真技术促进PLC系统教学，在模拟状态下进行PLC可视化教学。在MCGS支持下的PLC实训教学可仿真模拟PLC系统运行过程，支持可视化调试，为学生提供更接近于实操的设计和操作训练，训练效果更直观，同时降低对硬件设施的要求，降低教学成本。在实际应用中，此种实训设备耗损更低，实训效果更好，应用价值较高。

参考文献:

[1]胡丹.MCGS在自动化生产线安装与调试课程中的应用[J].教育教学论坛,2020(42):349-350.

[2]冯军磊,王艳平.基于MCGS和PLCSim的虚拟教学实验平台的设计与实现[J].机电信息,2020(6):70-71.

[3]曹蕊蕊,黄辉.基于MCGS组态软件技术的PLC实践教学改革[J].科技风,2020(2):41,52.

文章来源：郑荣斌.浅析MCGS组态技术在中职PLC实训教学中的应用[J].现代职业教育,2021(46):150-151.