高校PLC实训资源实时远程可视、可控共享平台的设计与实现

董娜 李庚

摘 要：PLC可编程控制技术相关专业课程是自动化、机电一体化等专业的核心课程，该课程的实训环节在整个课程中所占比例较大，实训设备与实训环境造价很高，各高校的PLC技术实验室的容量、设备数一般都比较有限，无法全面满足学生的实训需求。本文设计、实现了一种基于WINCC组态软件开发、PLC远程下载、视频画面远程网络共享、专用控制界面远程访问等技术，能够在信息化环境下，使PLC实训设备实现在线远程实时共享的解决方案。该平台可以通过网络在实训室外的PC极上对实训室内的PLC设备进行程序上载、下载，控制PLC设备的输入、输出、中间继电器状态以及数据存储器的数值，并且通过实时画面监视PLC实际控制系统的运行状态，实现PLC实训资源的使用效率最大化。同时也为需要实现远程多终端控制操作的工业控制情境提供了有价值的系统模型。

关键词：PLC;实训资源;远程;共享平台

【中图分类号】G【文献标识码】B

【文章编号】1008-1216（2018）03B-0036-02

近年来，随着国家经济、技术的发展，在各理工科类高校及高职院校中，实训室的建设不仅是各高校教学以及科研建设的基础，同时也是各理工科类高职院校发挥职业教育特色、培养高技能专业技术人才的基础与载体。随着一些高校开设自动化控制工程、机电一体化工程等与实际生产、工程紧密结合的专业，教育的定位更加注重培养具有卓越工程师素质的人才，高校对人才的实际技能培养与专业建设越来越凸显实训资源的重要性。

在机电一体化及自动化类专业为主的院校中，“PLC原理及应用”课程是一门专业基础课，各相关专业都开设了该课程，但PLC实训室的设备需求较为特殊，占地面积较大，多为实验台的形式，90平方米的实训室最多配备26套PLC实训台，从数量上最多满足一个教学班同时开展教学活动。作为专业基础课，几乎所有相关专业班级都需要开设此课程，这也就造成了PLC相关课程实训资源短缺的现象。在原有条件下，学院的解决方法往往是增加实训设备或减少实践课所占比例。增加实训资源会受到资金限制与实验场地的限制，PLC实验室的建设最主要的问题来源于场地方面的限制，一般来说针对大型設备的实训资源的扩建更加难以实现。一些资金紧张的高职院校往往采取减少各班级的实践课程时间作为解决问题的方法，但是这样学生就没有充分的实践，特别对一些培养高技能、应用型人才为主要办学指导思想的高职院校来说又难以完成人才培养的要求。

在上述情况下，提出一种基于组态技术的PLC课程实训资源共享平台建设方案，无疑是对上述问题的最好解决方法。目前各种信息化手段在教学中的应用，使原有的教学方法与方式发生了极大的改变，但对实验资源如何利用信息化手段进行资源共享还处于研究阶段。

本文阐述了如何利用PLC远程下载、PLC组态控制、PLC运行效果实时图像的远程传输等技术设计、实现一个可执行的PLC实训资源远程操作共享平台。该平台在现有PLC实训资源基础上，使PLC实训设备可以在非上课时间完成“PLC原理及应用”课程主要实验内容的控制程序远程下载、硬件运行效果实时传播、PLC输入开关信号远程控制等功能，解决实训设备少、实践课程时间不足的问题。

一、PLC远程程序上载、下载功能实现

PLC可编程控制器的生产厂家有很多，在市场上常见的PLC可编程控制器品牌有西门子、三菱、欧姆龙等，本文选取教材中常见的西门子200系列PLC进行共享平台设计。

将PLC200可编程控制器设备进行远程共享，首先需要解决将程序下载过程可以进行远程操作，即在与实训设备不直接相连的远端PC机上，通过网络传输将远端PC机上编译好的控制程序下载到PLC设备中。这一过程需要软、硬件的同时配合。目前国内外开发了很多类似的成熟系统，其硬件部分主要解决将RS-232或RS-485类型的接口转化为可适用于TCP/IP通信协议，使远端PC机可通过基于DLL+VB程序、虚拟串口程序以及Socket网络程序开发的用户界面实现将编写好的梯形图控制程序编译后通过互联网传输到目标PLC控制设备处完成程序下载功能。

使用GM400系列模块可以很好地解决这一需求，在使用时根据GM400模块接口完成与PLC及外网路由器间的连接。在连接时，将网线插座用标准网线与外网路由器连接，DB9/RS232接口由PLC标准串行线缆与PLC控制设备连接。VCC与GND直接由PLC供电端口引出电源线供电即可。上位软件需安装与GM400配套的管理软件与基于TCP/IP通信协议转化的虚拟串口程序。经过远端PC机虚拟串口选择与PLC控制设备连接串口选择后即可开始进行PLC梯形图控制程序远程下载、调试了。

二、PLC实训设备I/O端口、中间变量、运行参数远程监控、修改

PLC控制设备往往在进行实际控制过程中针对设备启、停、运行位置、动作取消、系统复位、模拟量采集、其他控制栈数据保存、处理、中间变量修改等控制环节需求需对PLC控制设备的I/O端点、数据存储器、中间继电器状态进行实施检测、修改、判断等操作。其中有些操作可以通过编写程序根据实际运行情况进行处理，有些则必须通过手动按键或外围硬件触碰行程开关等形式达到改变控制系统运行状态的目的。但是在采用远程PLC实训资源共享平台实现PLC实训设备远程共享的情况下，因对PLC实训设备的使用地点往往不在实训室内，所以使用者无法直接接触设备，更无法对设备连接的外围设备进行操作，所以本文使用WINCC组态软件设计了一套与PLC课程实训内容外围硬件电路一致的可在远端PC机上达到与在实地一样的控制效果的操作界面。

现在以自动化控制中常用的楼宇恒压变频给排水实训项目为例，使用WINCC组态软件设计开发了可用于PLC实训资源共享平台的组态控制界面。其具体设计实现过程如下。

（一）项目控制要求分析

（1）在蓄水池水位高于限定位置时，启动开关闭合变频器启动，反之变频器停止。

（2）在蓄水池水位低于限位时，变频器自动停止，并报错。

（3）利用PLC自带PID闭环控制达到恒压，且能在组态界面修改PID参数。

（二）设备变量定义及I/O分配

因PLC200系列中的CPU224XP产品除带有开关量输入输出端口，还自带2路模拟量输入与一路模拟量输出端口，同时自身具有PID功能可以通过编程来进行PID参数设定，本例中PLC200利用WINCC组态软件中的PID控件实现恒压控制。

（1）I/O分配

参考I/O分配表。

（2） 变量定义

变量定义见下表。

组态界面中变量定义

（三）组态控制界面网络发布

设计完成的组态控制界面必须以网页的形式在互联网上进行发布才可以让用户在任意地点通过网络进行访问、操作，达到实训设备共享的目的。WINCC组态软件自带控制界面网络发布功能。

本文中设计开发的楼宇恒压变频给排水组态界面可发布为网络界面，实训室内PLC设备配备的控制PC主机则可以作为Web服务器供远端共享PC设备访问。

三、实时运行画面传输

目前市场上网络摄像机的清晰度与价格已被越来越多的人所认可，利用网络摄像机与WINCC组态软件自带的摄像机画面集成功能可以轻易实现该摄像机实时监控画面与组态界面的集成，使画面以画中画的形式存在于组态界面中，达到对PLC实训设备运行状态实时监控的目的。

综上所述，本文主要设计实现了一种针对PLC实验设备数量有限、使用范围较广、扩建受外部条件制约等问题的PLC课程实训资源远程共享平台;对其他与PLC课程实训资源目前所面临相同问题的实训资源共享也具有借鉴意义。

参考文献：

殷永生，温林，张斌.谈谈PLC教学中的几点经验[J].科技信息，2011，（8）.