MCGS组态软件在PLC项目式教学中的应用

赖忠喜，张安洁，张占军

（台州职业技术学院 机电研究所，浙江 台州 318000）

MCGS组态软件是由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发的，是一种用于快速构造和生成监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种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，在自动化领域有着广泛的应用[6]。

项目教学法的教学过程是紧紧围绕一个或多个完整的项目展开的，因此教学项目的设计，是PLC课程教学成败的关键[7]。按照以课程内容为依托和以就业为导向的项目开发原则设计了星形/三角形电机启动、混合液体控制系统、交通灯控制系统、工业机械手控制系统和多线切割机控制系统等教学项目案例，这些项目案例大部分来自实际工程项目，再经过适当的教学加工而成。本文通过 “液体混合控制系统”这一项目教学案例来介绍MCGS组态软件在PLC教学中的应用。

1 系统PLC控制单元设计

1.1 系统控制要求

某化工生产厂的一个液体混合装置如图所示，任务上限位、下限位和中限位液位传感器被液体淹没时为1状态，阀门A、阀门B和阀门C为电磁阀，线圈通电时阀门打开，线圈断电时阀门关闭。其控制的具体工艺要求为：开始时容器为空，各阀门均关闭，各传感器均为0状态。按下起动按钮后，打开阀门A，液体A流入容器，当中限位开关变为ON时，关闭阀门A，打开阀门B，液体B流入容器。当上限位开关变为ON时，关闭阀门B，电机M开始运行，搅拌液体。60 s后停止搅拌，打开阀门C，放出混合液体，当液面下降至下限位开关之后再过5 s容器放空，关闭阀门C，打开阀门A，又开始下一个周期的操作。按下停止按钮，当前工作周期的操作结束后，才停止操作，返回并停留在初始状态。

图1 液体混合装置示意图Fig.1 diagram of the liquidmixture system

1.2 系统硬件电路设计

在本控制系统中，所需的开关量输入和输出点数各为5个和4个，选用德国西门子S7-200系列的CPU224作为控制单元来控制整个系统。PLC的外部接线图如图2所示，I/O地址分配表如表1所示。

图2 PLC外部接线图Fig.2 Externalwiring diagram of PLC

1.3 PLC梯形图程序设计

西门子PLC采用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9软件来进行编程，根据系统的控制要求和MCGS所定义的数据对象与相关通道的连接，采用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法编写该程序，具体程序如图3所示，之后将梯形图编译成功后直接下载到PLC中。

表1 液体混合控制系统的I/O地址分配表Tab.1 The I/O address allocation tab le of the liquid m ixture control system

2 MCGS监控系统设计

2.1 制作工程画面

在MCGS用户窗口中新建一个液体混合控制系统启动窗口。在窗口中，用MCGS提供的工具箱绘制储藏罐、电磁阀、液位传感器、搅拌器和启动停止按钮等器件，并对其中有动画效果的图元进行属性设置。绘制好的液体混合控制系统工程画面如图4所示。

很快，他的连队得到了补充，重新恢复了一个整编的连队建制。虽然有多人得到了提拔，只有他还是个上尉连长。他手下的兄弟们很为他不平，但他很满足，只要让他继续带着兄弟们杀鬼子，他什么都可以不要。为此，他不怕艰苦，以身作则，严格训练，把一个连队带出了猛虎般的气势。

2.2 设备组态和建立数据对象

在MCGS工作台的设备策略窗口页面中，确定串口父设备和子设备，子设备选西门子200-PPI。设置父设备属性参数与下位机PLC的通讯参数保持一致，即设置波特率为9600bps，数据位位数为8，停止位位数为1，数据奇偶校验方式采用偶校验。将子设备的属性窗口打开，根据实际所连接设备设置“设备地址”，“通讯等待时间”等参数。这里我们采用默认设置。

在MCGS工作台的实时数据库窗口页面中，定义本控制系统所需要的数据对象，将定义好的数据对象与所绘制图形的动画属性建立连接关系，作为动画的驱动源。同时在子设备的属性里中增加设备通道，然后将所定义的数据对象与通道进行连接，如表2所示。

2.3 运行策略组态

为了使电机、阀在工作时产生动画效果，必须在运行策略组态的循环策略中编写脚本程序来实现，根据系统的工艺流程和控制要求，编写的脚本程序如下：

IFA阀=1 THEN液位=液位+0.2

IFB阀=1 THEN液位=液位+0.2

IFC阀=1 THEN液位=液位-0.2

IFC阀=1 THEN液位1=液位1+0.2

IF液位=＞30 THEN液位传感器S1=1

ELSE 液位传感器S1=0

ENDIF

图3 液体混合控制系统的梯形图程序Fig.3 Ladder diagram procedure of the liquid mixture control system

表2 定义的数据对象与通道连接表Tab.2 The defined data object and channel connection table

图4 液体混合控制系统的仿真界面Fig.4 The simulation interface of the liquidmixture control system

IF液位=＞15 THEN液位传感器S2=1

ELSE 液位传感器S2=0

ENDIF

IF液位=＞5 THEN液位传感器S3=1

ELSE 液位传感器S3=0

ENDIF

IF搅拌电机M=1 THEN

‘搅拌机搅拌动画’

aa=aa+1

if aa=2 then

DJ=0

aa=0

ELSE

DJ=1

ENDIF

ENDIF

2.4 联机调试

利用 PLC与计算机专用的PC/PPI型RS232电缆，将PLC通过编程口与上位计算机串口连接，进行串行通讯。进入MCGS运行环境，显示液体混合搅拌监控系统画面，如图4所示，即可看到液体混合搅拌按照要求动态变化达到了预期的目标。而且MCGS的模拟运行界面和PLC的输入输出运行状态一致。

3 结束语

通过几年的教学实践证明，相对于传统的PLC课程教学方式，将MCGS组态软件仿真引入到PLC项目式教学中的教学方式不仅大大节省了PLC实训室建设和维护资金，提高了设备利用率和实训安全性，而且将实际工业现场的控制过程展现在课堂上，使广大学生更容易理解PLC的工作过程。基于MCGS组态软件的PLC项目式教学方式易于提高学生的学习兴趣，有利于培养学生的PLC综合应用能力和实践创新能力，为PLC教学提供了一条新的途径。

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[2]王惠莉.基于MCGS的仿真教学系统在PLC教学中的应用[J].实验技术与管理，2010，27（11）:274-276.WANG Hui-li.Application in PLC teaching with simulation practice teaching system using MCGS [J].Experimental Technology and Management，2010，27（11）:274-276.

[3]罗玉元.基于虚拟仿真技术的PLC实验教学方法研究[J].绍兴文理学院学报，2011，31（10）:97-102.LUO Yu-yuan.On PLC experimental teaching based on virtual simulation technology [J].Journal of shaoxing University（Natural Science），2011，31（10）:97-102.

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[5]张婕，李浙昆，吴涛.可编程控制器虚拟实验教学的研究[J].实验室研究与探索，2009，28（9）:77-79.ZHANG Jie，LIZhe-kun，WU Tao.Study of PLC's virtual experimental teaching[J].Research and Exploration in Laboratory，2009，28（9）:77-79.

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[7]赖忠喜，林君焕，陶东娅.Proteus和Keil软件在单片机项目式教学中的应用[J].电子设计工程，2012，21（6）:4-7.LAI Zhong-xi，LIN Jun-huan，TAO Dong-ya.Application of proteus and keil in MCU project teaching[J].Electronic Design Engineering，2012，21（6）:4-7.