组态技术在机床实训装置中的应用
2022-06-09
摘要：组态控制T68镗床实训教学装置包括T68镗床运行控制线路、教学故障设定继电器、控制器、教学故障考评计算机、教学故障设定板、教学故障解除板和教学故障测试板等机构，可以实现T68镗床的教学和考评功能。本文针对组态控制T68镗床实训教学装置的功能和结构、系统控制器、组态监控系统、电气控制硬件配置等几个方面的设计进行重点剖析。
关键词： 组态技术 组态王 T68镗床 教学装置
中图分类号：TN702 文献标识码：B 文章编号：1007-9416（2016）01-0000-00
1项目开发背景
机床的维护与检修是维修电工职业技能培训的重要内容，也是高职高专自动化专业和机电一体化专业的大学生主要学习内容之一。通过对生产实际应用过程中经常出现的故障和维修过程中的难点进行分析，以工控软件组态王6.53作为主要开发工具，开发出具有实时监控、计算机设置故障、故障排除情况的自动检测、教学测评和显示记录等多种功能，并能实现多台设备网络控制的智能实训教学装置。以T68镗床为例，说明组态控制机床实训教学装置设计的具体内容。
2组态控制T68镗床实训教学装置的功能和结构
组态控制T68镗床实训教学装置特征在于：包括T68镗床运行控制线路、教学故障设定继电器、控制器、教学故障考评计算机、教学故障设定板、教学故障解除板和教学故障测试板，计算机与控制器进行实现数据交换，由控制器的输出驱动信号实现T68镗床故障的设定。结构示意图如图1所示。
功能描述：
（1）教学故障考评计算机既可以通过通信电缆连接控制器，由控制器采集随机故障信号驱动教学故障设定继电器实现随机故障设定，也可以将将故障消除指令传送给控制器，由控制器驱动连接教学故障设定继电器恢复T68镗床教学线路板正常运行；
（2）可以通过教学故障设定板连接控制器，由控制器采集故障信号驱动连接教学故障设定继电器实现手动故障设定；
（3）通过控制器采集教学故障解除板的操作信号进行故障的排除操作，控制器驱动连接教学故障设定继电器恢复T68镗床教学线路板正常运行；
（4）通过教学故障测试板对T68镗床教学线路运行进行检测，再通过教学故障考评计算机或教学故障解除板传送故障消除指令给控制器，由控制器驱动连接教学故障设定继电器恢复T68镗床教学线路板正常运行。教学故障解除板和教学故障测试板安装在一个控制台内；
（5）可以实现计算机自动故障设置和通过操作台上的手动故障设置按钮实现手动故障的设置；学生可以在计算机屏幕上进行排故障操作，也可在操作台上通过故障解除按钮进行排故障的操作；
（6）教师可以通过点击电脑屏幕上的故障设置按钮进行故障的随机设定，也可以在用鼠标直接点击电路图上的故障点进行特定故障的设定；
（7）操作台上进行故障设定只能通过手动故障设置按钮实现故障的随机设置；
（8）控制台上设有故障解除按钮，当电脑设定故障后，学生根据控制线路的实际运行情况对故障的现象进行分析，判断故障点，然后学生可以通过故障解除按钮进行“复位”操作，在T68镗床的控制台上进行故障排除的操作。如果判断正确，T68镗床回复正常运行状态；如果判断错误，则故障现象依然存在，学生可继续排故。计算机通过信息采集记录学生在控制台上的故障排除操作次数，以此为依据作为成绩评定的标准；
（9）当学生不需要进行排故操作，该装置可以正常运行T68镗床的控制线路。
3组态控制T68镗床实训教学装置的设计
3.1控制器的设计
组态控制T68镗床实训教学装置的控制器选用三菱FX2N系列可编程序控制器，型号为：“FX2N-48MR”，即：“三菱FX2N系列PLC，输入输出点数为48点，继电器输出形式的基本单元。其功能为：编写“T68镗床计算机故障设置及自动检测软件”并下载到PLC中实现对T68镗床排故障装置的工作运行状态的信号采集，并与安装有KingView6.3电脑通过专用通信电缆进行通信，在人机界面通过计算机故障设置及故障状态自动检测评分系统软件与PLC进行信息通信，驱动故障设定继电器实现故障随机设定或固定故障设定控制，跟踪并记录故障排除情况，进行检测自动评分；也可直接通过PLC控制面板通过PLC的故障设定程序驱动故障设定继电器实现手动随机故障设定，通过故障解除面板实现对 T68镗床排故检测操作，排故过程计算机可实现跟踪和记录，进行检测自动评分。组态控制T68镗床实训教学装置的控制器输入输出端子分配如表1所示。
在进行组态王的新工程的设计开发过程中，数据词典（数据库）建立是一个核心部分。组态王数据库中存放的是变量的当前值，变量包括系统变量和用户定义的变量。变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。 “T68排故实训考核系统”的数据库词典如图2所示。
“组态监控T68排故实训考核系统”的学生登陆界面如图3所示。首先，点击“考号”后的按钮和“密码”后的按钮，完成准考证号码和密码的输入；然后点击“进入考核系统”按钮，即可进入图4所示的考试界面。
“T68排故实训考核系统”的登陆界面的源程序代码如图4所示。
在考试监控界面下，考评员可以完成故障的设定，设定方法有两种：可以按下“设置故障”按钮10秒以上时间；还可以点击T68镗床电路图上红色的故障设置点来设定故障，设定完成后既可以按“确认”按钮。
学生的故障排除操作是根据T68镗床控制线路的实际运行情况对故障位置做出判断，然后点击图5中对应的故障设置点，以系统能否恢复正常运行作为判断的依据。若第一次判断错误，学生可继续进行排故，时间继续计时，判断好故障点后，可点击第二次交卷按钮，系统自动根据判断是否正确，给出评分，若第二次判断正确则为80分。以此类推，第三次判断正确则为60分，第四次判断正确则为30分，四次判断均不正确则为0分。
3.3电气控制硬件配置
“计算机组态控制T68镗床教学装置”的电气控制部分主要有两大部分组成，其一为T68镗床电气控制线路（可在原有的T68镗床电气控制线路上进行相应的电器改造），第二部分为随机故障设定及检测电气线路。整个装置的硬件布局结构示意图如图6所示。
4结语
“计算机组态控制T68镗床实训教学装置”的设计、开发和调试工作都已顺利完成，通过实际的调试运行验证了程序的正确性，效果良好。该教学装置开发的意义就在于通过组态王组态软件和可编程序控制器实现了对T68镗床的常见故障进行计算机设置，对学生排故的实际操作过程进行数字信号采集，利用计算机数据处理的强大功能对实际的操作情况进行监控和自动检测，并根据处理的结果对学生的操作情况进行评价，达到了耗资少、随机性强、可靠性高，教学效果显著的目的。
参考文献
[1]曾庆波，孙华，周卫宏.监控组态软件及其应用技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.
[2]严盈富，罗海平.监控组态软件与PLC入门.北京：人民邮电出版社，2006.
[3]薛迎成，何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用.北京：中国电力出版社，2007.
[4]北京亚控公司.组态王6.53使用手册：中国[P]，2010.
[5]吕以全，康大伟，郑玉洁，等.PLC与上位机应用组态王软件的通信设计.天津理工大学自动化与能源工程学院，1002-6886（2005）05-0043–02.
[6]艾红，厉虹，曹荣敏.PLC与组态软件的动画连接及命令语言设计.北京机械工业学院计算机及自动化系，2005，20（2）.
[7]郎术斌.基于PLC和组态王的热水锅炉控制系统.黑龙江科技学院自动化工程，2005，24（8）. 本文由wWw.DYlw.net提供，第一论 文 网专业代写论文和论文代写以及发表论文服务，欢迎光临dYLW.nET
收稿日期：2015-11-25
作者简介：刘建华（1976—），男，汉族，河南巩县人，职称：助讲/高级技师，学历：大学本科，研究方向：机电控制技术。
关键词： 组态技术 组态王 T68镗床 教学装置
中图分类号：TN702 文献标识码：B 文章编号：1007-9416（2016）01-0000-00
1项目开发背景
机床的维护与检修是维修电工职业技能培训的重要内容，也是高职高专自动化专业和机电一体化专业的大学生主要学习内容之一。通过对生产实际应用过程中经常出现的故障和维修过程中的难点进行分析，以工控软件组态王6.53作为主要开发工具，开发出具有实时监控、计算机设置故障、故障排除情况的自动检测、教学测评和显示记录等多种功能，并能实现多台设备网络控制的智能实训教学装置。以T68镗床为例，说明组态控制机床实训教学装置设计的具体内容。
2组态控制T68镗床实训教学装置的功能和结构
组态控制T68镗床实训教学装置特征在于：包括T68镗床运行控制线路、教学故障设定继电器、控制器、教学故障考评计算机、教学故障设定板、教学故障解除板和教学故障测试板，计算机与控制器进行实现数据交换，由控制器的输出驱动信号实现T68镗床故障的设定。结构示意图如图1所示。
功能描述：
（1）教学故障考评计算机既可以通过通信电缆连接控制器，由控制器采集随机故障信号驱动教学故障设定继电器实现随机故障设定，也可以将将故障消除指令传送给控制器，由控制器驱动连接教学故障设定继电器恢复T68镗床教学线路板正常运行；
（2）可以通过教学故障设定板连接控制器，由控制器采集故障信号驱动连接教学故障设定继电器实现手动故障设定；
（3）通过控制器采集教学故障解除板的操作信号进行故障的排除操作，控制器驱动连接教学故障设定继电器恢复T68镗床教学线路板正常运行；
（4）通过教学故障测试板对T68镗床教学线路运行进行检测，再通过教学故障考评计算机或教学故障解除板传送故障消除指令给控制器，由控制器驱动连接教学故障设定继电器恢复T68镗床教学线路板正常运行。教学故障解除板和教学故障测试板安装在一个控制台内；
（5）可以实现计算机自动故障设置和通过操作台上的手动故障设置按钮实现手动故障的设置；学生可以在计算机屏幕上进行排故障操作，也可在操作台上通过故障解除按钮进行排故障的操作；
（6）教师可以通过点击电脑屏幕上的故障设置按钮进行故障的随机设定，也可以在用鼠标直接点击电路图上的故障点进行特定故障的设定；
（7）操作台上进行故障设定只能通过手动故障设置按钮实现故障的随机设置；
（8）控制台上设有故障解除按钮，当电脑设定故障后，学生根据控制线路的实际运行情况对故障的现象进行分析，判断故障点，然后学生可以通过故障解除按钮进行“复位”操作，在T68镗床的控制台上进行故障排除的操作。如果判断正确，T68镗床回复正常运行状态；如果判断错误，则故障现象依然存在，学生可继续排故。计算机通过信息采集记录学生在控制台上的故障排除操作次数，以此为依据作为成绩评定的标准；
（9）当学生不需要进行排故操作，该装置可以正常运行T68镗床的控制线路。
3组态控制T68镗床实训教学装置的设计
3.1控制器的设计
组态控制T68镗床实训教学装置的控制器选用三菱FX2N系列可编程序控制器，型号为：“FX2N-48MR”，即：“三菱FX2N系列PLC，输入输出点数为48点，继电器输出形式的基本单元。其功能为：编写“T68镗床计算机故障设置及自动检测软件”并下载到PLC中实现对T68镗床排故障装置的工作运行状态的信号采集，并与安装有KingView6.3电脑通过专用通信电缆进行通信，在人机界面通过计算机故障设置及故障状态自动检测评分系统软件与PLC进行信息通信，驱动故障设定继电器实现故障随机设定或固定故障设定控制，跟踪并记录故障排除情况，进行检测自动评分；也可直接通过PLC控制面板通过PLC的故障设定程序驱动故障设定继电器实现手动随机故障设定，通过故障解除面板实现对 T68镗床排故检测操作，排故过程计算机可实现跟踪和记录，进行检测自动评分。组态控制T68镗床实训教学装置的控制器输入输出端子分配如表1所示。
在进行组态王的新工程的设计开发过程中，数据词典（数据库）建立是一个核心部分。组态王数据库中存放的是变量的当前值，变量包括系统变量和用户定义的变量。变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。 “T68排故实训考核系统”的数据库词典如图2所示。
“组态监控T68排故实训考核系统”的学生登陆界面如图3所示。首先，点击“考号”后的按钮和“密码”后的按钮，完成准考证号码和密码的输入；然后点击“进入考核系统”按钮，即可进入图4所示的考试界面。
“T68排故实训考核系统”的登陆界面的源程序代码如图4所示。
在考试监控界面下，考评员可以完成故障的设定，设定方法有两种：可以按下“设置故障”按钮10秒以上时间；还可以点击T68镗床电路图上红色的故障设置点来设定故障，设定完成后既可以按“确认”按钮。
学生的故障排除操作是根据T68镗床控制线路的实际运行情况对故障位置做出判断，然后点击图5中对应的故障设置点，以系统能否恢复正常运行作为判断的依据。若第一次判断错误，学生可继续进行排故，时间继续计时，判断好故障点后，可点击第二次交卷按钮，系统自动根据判断是否正确，给出评分，若第二次判断正确则为80分。以此类推，第三次判断正确则为60分，第四次判断正确则为30分，四次判断均不正确则为0分。
3.3电气控制硬件配置
“计算机组态控制T68镗床教学装置”的电气控制部分主要有两大部分组成，其一为T68镗床电气控制线路（可在原有的T68镗床电气控制线路上进行相应的电器改造），第二部分为随机故障设定及检测电气线路。整个装置的硬件布局结构示意图如图6所示。
4结语
“计算机组态控制T68镗床实训教学装置”的设计、开发和调试工作都已顺利完成，通过实际的调试运行验证了程序的正确性，效果良好。该教学装置开发的意义就在于通过组态王组态软件和可编程序控制器实现了对T68镗床的常见故障进行计算机设置，对学生排故的实际操作过程进行数字信号采集，利用计算机数据处理的强大功能对实际的操作情况进行监控和自动检测，并根据处理的结果对学生的操作情况进行评价，达到了耗资少、随机性强、可靠性高，教学效果显著的目的。
参考文献
[1]曾庆波，孙华，周卫宏.监控组态软件及其应用技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.
[2]严盈富，罗海平.监控组态软件与PLC入门.北京：人民邮电出版社，2006.
[3]薛迎成，何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用.北京：中国电力出版社，2007.
[4]北京亚控公司.组态王6.53使用手册：中国[P]，2010.
[5]吕以全，康大伟，郑玉洁，等.PLC与上位机应用组态王软件的通信设计.天津理工大学自动化与能源工程学院，1002-6886（2005）05-0043–02.
[6]艾红，厉虹，曹荣敏.PLC与组态软件的动画连接及命令语言设计.北京机械工业学院计算机及自动化系，2005，20（2）.
[7]郎术斌.基于PLC和组态王的热水锅炉控制系统.黑龙江科技学院自动化工程，2005，24（8）. 本文由wWw.DYlw.net提供，第一论 文 网专业代写论文和论文代写以及发表论文服务，欢迎光临dYLW.nET
收稿日期：2015-11-25
作者简介：刘建华（1976—），男，汉族，河南巩县人，职称：助讲/高级技师，学历：大学本科，研究方向：机电控制技术。