中国观代欺唷装备 ２０１０年第３期（总第９ｌ期） 组态软件在电气控和与ＰＬＣ课程多媒体 教学中的应用 李强 李敬敬 山东理工职业学院 山东济宁２７２１０５ 摘要：针对电气控制与ＰＬＣ课程教学中存在的问题，提出采用组态软件制作课件，进行多媒体教学。文章分析了组态软件 实现仿真的原理，介绍了课件制作的步骤，最后给出了设计实例 结论是利用组态软件能够设计出具有仿真功能的多媒体 教学课件。 关键词：电气控制；ＰＬＣ；组态软件；仿真：多媒体 目前，各职业院校在电气自动化、机电一体化、 对计算机水平不高的非计算机专业教师可以根据教学 数控技术等专业普遍开设了电气控制与ＰＬＣ课程。该 需要利用组态软件组成符合各自教学风格的教学软 课程是一门应用性很强的专业课程，涉及常用电器 件。利用组态软件提供的功能很容易实现文字录入、 原理、继电器一接触器控制线路和ＰＬＣ原理等相关知 图形绘制、动画连接、程序编写、视频输出等功能。 识，存在教学内容多而且抽象、难于理解的问题。如 因此采用组态软件不仅能够方便地绘制电气原理图， 果采用传统教学方法，一方面教师要占用大量教学时 而且能够利用动画连接和命令语言编程实现电气控制 间画各种符号和电气原理图（梯形图），造成没有足 系统的仿真演示，满足多媒体课件制作需要。 够时间进行深入讲解，而且有些问题很难用言语表达 清楚。另一方面高职高专学生学习水平有限，基础知 二、组态软件实现仿真原理 识薄弱，理解和接受比较困难。而采用多媒体教学， 组态软件用于电气控制与ＰＬＣ课程多媒体教学的 不仅能够节省教学时间，提高学生的学习积极性，而 主要优势是能够方便地实现对电气控制系统的仿真。 且能够表现传统教学无法表现的内容。 它是专门为工控开发的工具软件，能够通过上位机串 口对下位机（ＰＬＣ）进行监控，实现数据的交换。因 一、组态软件在多媒体课件制作中的应用 此利用组态软件制作的课件一方面能够仿真Ｐ Ｌ ｃ系统 多媒体教学的关键就是多媒体教学课件的制作。 输入设备，还可同时全真模拟输出设备和被控对象， 而多媒体课件通常采用ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ、Ａｕｔｈｏｒｗａｒｅ、 这是其它多媒体软件所不具有的功能，能够解决传统 Ｆ ｌ ａ Ｓ ｈ等软件制作。对于一般的课程，可以使用 实物实验的各种困难。另一方面还能在没有电器实物 ＰｏｗｅｒＰ０ｉｎｔ来制作，它简单实用，但是在动态仿真 的条件下只利用组态软件自身功能实现电气控制系统 方面就有欠缺。Ａｕｔｈｏｒｗａｒｅ￣ＩＦ１ａＳｈ可以做到动态仿 的仿真。通过电气控制系统仿真有利于学生理解电气 真，但对教师软件使用水平提出了更高要求。组态软 控制原理，提高实验和课堂教学质量。 件是一种工控软件，用户可以根据应用对象及控制任 电气控制电路一般分为主电路和控制电路。继 务的要求，以“搭积木式”的方式灵活配置、组合各 电器一接触器控制系统和ＰＬＣ控制系统主电路基本一 功能模块，构成用户应用软件。组态软件使用简便， 致，只是控制电路有所不同。按功能和作用的不同， 控制电路又分为输入部分、输出部分和控制部分（如 图ｌ所示）。其中控制部分能够对输入部分采集的信 收稿日期：２００９—１卜０８ ． 息进行逻辑判断、运算，并发出相应的调整指令给输 作者简介：李强，硕士，助理讲师。李敬敬，本科，助理 讲师。 出部分，而且是以一种循环的、闭环的方式工作。在 ６０ ２０１０年第３期（总第９１期） 传统的继电器、接触器控制中控制部分的逻辑主要由 继电器、接触器的辅助触点、线圈和导线组成硬接线 实现。由ＰＬＣ作为控制核心的系统控制部分主要由ＰＬｃ 执行软逻辑程序（主要是梯形图程序）实现。 图１控制电路组成 利用组态软件对控制系统进行仿真时，可以利用 图形动画连接为仿真系统提供输入信息，利用图形色 彩、外观和文字等形式变化反映输出状态的改变，利 用被控对象图形动画连接仿真被控对象的运行状态。 至于如何实现控制部分的逻辑功能，组态软件能够让 用户定义命令语言来驱动应用程序。命令语言通常包 括应用程序命令语言、事件命令语言和画面命令语言 等。语法类似于Ｃ语言，具备完备的词法、语法查错 功能和丰富的运算符、数学函数等。使用的数据变量 不同于一般程序语言定义的变量，可以来自于Ｉ／０设 备，也可以来自于组态软件内部。同时，组态软件具有 时间驱动能力和时间驱动能力，即在按一定的周期时 间对所有事件进行巡检扫描的同时，可以随时响应时 间的中断请求。这种工作方式与ＰＬＣ循环扫描工作原 理非常相似。因此利用组态软件命令语言实现各种逻 辑运算，再配以相应的画面动画连接对各数据变量实 时显示，在没有ＰＬＣ和相应的电气设备的情况也可以在 组态软件环境中实现电气控制过程的动态仿真模拟。 三、组态软件制作课件步骤 利用组态软件可以制作出满足教学需要的多媒体 课件。组态软件产品有很多，这里选用国产组态王软 件为例说明组态软件如何制作课件，特别是如何实现 电气控制仿真功能的步骤。 １．根据电气控制原理图，定义变量 定义变量时，需用注意以下几点； （１）变量类 型定义为内存离散型，因为主要用于逻辑运算，不需 要与其它设备交换数据。选择变量的初始开关状态， 默认状态是关；（２）变量名称与电气原理图中电气符 号尽量一致；（３）继电器接触器与所属触点定义成同 一变量，其开关初始状态由电器驱动部分状态决定； （４）根据需要定义辅助变量，用于实现一些特殊功 中国观代黼装备 能，如实现定时功能；（５）如果与ＰＬＣ交换数据，相应 输入变量类型应修改为Ｉ／０离散型，连接相应设备。 ２．画面设计与编辑 用于仿真的图形界面主要包括电气原理图、ＰＬＣ 接线图与梯形图和被控对象。根据需要组态王可以在 一个工程设计中建立一个或多个画面进行图形界面的 设计。课件图形界面主要由各种图形符号组成，其中 一些符号如常用电气符号、梯形图指令会在图中反复 使用。如果采用工具箱里的绘图工具直接绘制会耗费 大量重复劳动。如果采用图库中存放的已制作成型的 图素组合，则可以降低用户界面绘制的难度，提高工 作效率。但市场上流行的组态软件都是一些通用的组 态软件，所带图库中通常没有各种专用的图形符号。 用户可以把自己制作的图形（称为图库精灵）存放到 组态王图库。为此可新建低压电器库用于存放常见的 低压电气符号，梯形图库用于存放梯形图指令符号， 辅助图库用于存放设计中经常用到的其它图形符号。 为了能够动态仿真显示电气控制线路的工作状态，图 库精灵要能直观地反映电气控制系统的工作状态，从 而有利于学生对电气控制原理的理解。例如线圈失电 时线圈填充灰色，得电时填充红色。常闭触点正常显 示常闭图形，动作时显示断开状态图形。此外，为了 丰富界面还可以加入文本、视频、图片等内容。 ３．动画连接 凡是需要进行动态显示的图形对象均要设置动 画连接，使其能够根据变量变化产生一定的动作。作 为控制系统输入部分的图形对象包括按钮、开关和某 些继电器，它们在仿真状态下通常要接收人发出的命 令，为此可设置相应的按钮或控制面板，通过按钮操 作提供系统输入信息。其它图形对象只需与相应变量 建立动画连接即可。 ４．编写命令语言程序，实现逻辑运算 在仿真状态下电气控制系统的主电路和控制电路 都具有一定的逻辑关系。通过组态王应用程序命令语 言和事件命令语言能够很容易实现逻辑运算。在时间 响应要求不高的情况下，通过提高组态王运行的基准 频率和扫描周期，能够满足电气控制仿真需要。如果 需要实时相应，可以通过编写事件响应程序实现。控 制电路工作状况常以线圈通电或断电来反映，主电路 的工作状态主要以电动机的运转状态反映。因此后台 应用程序主要由线圈变量和电动机运转状态变量的逻 辑表达式组成。 ５．运行与调试 ６＇Ｊ 中国观代黼装备 ２０１０年第３期（总第９１期） 配置组态王运行系统，运行调试程序是否正确。 ＺＦ＝ＱＳ＆＆ＦＵ＆＆Ｑ２＆＆ＦＲ： 主要是通过操作相应输入命令按钮，观察电气控制系 对于触点指令，如果处于闭合状态，则相应的底 统各电器和ＰＬＣ梯形图软元件状态动作是否正确，电 色变为亮色。对于线圈指令，如果处于置位状态，则 动机的运转状态是否正常。 相应底色也变为亮色。同时由输出继电器驱动的外部 接触器线圈变为红色。 四、设计实例 下面是利用组态王实现的电动机单向运转控制 仿真课件。分别采用继电器一接触器控制和Ｐ Ｌ Ｃ控制 实现。由于变量定义、画面设计、动画连接都比较简 单，可以参考组态王软件使用手册。这里主要介绍下 运行画面和用户程序。 １．仿真继电器一接触器控制系统 由继电器一接触器控制实现的电动机单向运转控 制运行仿真画面，如图２所示。 图３ ＰＬＣ控制实现的电动机长动控制 运行界面包括主电路、ＰＬＣ接线图和梯形图 ，根 据需要可以分别置于不同页面显示，还可设计仿真被 控对象形象地显示控制结果。该例比较简单，所有图 形都绘制在了同一界面。 五、结束语 利用组态软件可以很方便地实现电气控制与ＰＬＣ 课程中继电器一接触器控制系统和ＰＬＣ控制系统的仿 真。再结合使用组态软件的文字、声音、视频、图片 图２继电器一接触器实现的电动机单向运转控制 等功能，就能够设计出功能完善的多媒体课件，应用 在组态王应用程序命令语言对话框运行时界面下 于教学和实验，无疑能够大大提高电气控制与ＰＬＣ课 输入如下逻辑表达式即可完成编程： 程的授课效率和教学质量。 ＫＭＩ＝ＦＲ＆＆ＳＢＩ＆＆（（ＳＢ２）ｌ ｌ（ＫＭ１））： ＺＦ＝ＱＳ＆＆ＦＵ＆＆ＫＭ１＆＆ＦＲ：／＊ＺＦ代表电动机 的转向木／闭合主电路开关ＱＳ，按下控制电路起动按钮 参考文献 ＳＢ２，ＫＭｌ接触器线圈填充为红色，对应常闭触点闭 ［１］杨广才，张丹．ＭＣＧＳ在ＰＬＣ实验系统中的应用［Ｊ］．淮阴工 学院学报，２００６，５ 合，电动机默认显示正转箭头。 ［２］霍俊仪，万东梅．电气控制与ＰＬｃ应用技术仿真教学探讨 ２．仿真ＰＬＣ控制系统 ［Ｊ］．中国科技信息，２００５，１２ 由Ｔｗｉｄｏ ＰＬＣ实现的电动机单向运转控制运行仿 ［３］李建伟，郭宏．监控组态软件的设计与开发［伽．北京：冶 真画面，如图３所示。同样可以采用组态王编写应用 金工业出版社，２００７ ［４］储云峰．施耐德电气可编程序控制器原理及应用［Ｍ］．北 程序命令语言： 京：机械工业出版社，２００７ 、 ０２＝（（ｉ０）ｆ ｆ（Ｏ２）＆＆（！Ｉ１）＆＆ＦＲ： ［５］袁秀英．组态控制技术［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００６ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ＆ＰＬＣ ｃｏｕｒｓｅ Ｌｉ Ｑｉａｎｇ，Ｌｉ Ｊｉｎｇｊｉｎｇ Ｓｈａｎ ｄｏｎｇ ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｎｉｎｇ，２７２１０５，Ｃｈｉｎａ Ａｂａｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ１ ｉｎｇ＆ＰＬＣ，ｔｈｉＳ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄｓ ｍａｋｉｎｇ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃｏｕｒｓｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｉｔ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｅｍｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅｒｏｒｉｅｓ， ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔｅｐｓ ｏｆ ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ，ａｎｄ ｈａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ａｔ ｌａｓｔ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｅｍｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｕｒｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ１ｉｎｇ：ＰＬＣ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ：ｅｍｕｌａｔｉｏｎ：ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｇ２
