论文部分内容阅读
摘要：针对电气控制技术教学中存在的问题，分析其原因，并在此基础上采用MCGS组态软件进行辅助教学，通过生动形象的动画形式代替枯燥乏味的指令程序，以组态软件的可视化来弥补课程的抽象性，改善了教学效果，提升了课程教学质量，进而推进电气控制技术课程教学改革。
关键词：教学改革；教学方法；电气控制；MCGS
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0090-02
电气控制技术是农业电气化专业的必修课，具有系统的理论知识，更与实际生活密切相关，课程主要以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍电气控制的基本原理、线路及设计方法，并在此基础上引入可编程逻辑控制器PLC的概念，讲授PLC的基本原理、指令系统及在电气控制中的应用[1]。电气控制技术作为专业必修课，对于学生的专业素质培养具有重要意义，学生对该课程知识学习掌握的好坏将直接影响学生的专业素质培养。因此，随着教学环境的改变以及相关技术的发展，必须改变过去传统的教学方法和教育模式，以取得更好的教学效果。
一、电气控制技术教学中存在的问题
目前，电气控制技术教学多采用传统教学方法，无法形象表达控制过程，特别对于可编程逻辑控制器PLC教学内容理解带来较大的问题。PLC作为一种专门用于工业控制领域的电子装置，其相关知识具有一定的抽象性，同时其控制对象大多为体积庞大、价格昂贵的精密仪器，实验仪器很难满足教学实验的要求，这为课程教学和实践带来了较大的困难[2，3]。通过近几年的教学实践发现，课程教学中在介绍梯形图、指令系统、语句表等知识时，由于传统的教学方法和实验仪器不能清晰地表达控制效果，使得学生不能直观地学习相关知识，降低了学生的学习积极性，故取得的教学效果并不理想，这一传统教育的劣势可作为电气控制技术教学改革的切入点[4]。
二、MCGS组态软件
MCGS （Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统）是一套可对数据进行现场采集、实时监测、分析处理、可视化操控的操作系统，并可按照相应的通讯协议与作为下位机的控制器建立通讯，以多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案。目前，该组态软件已成功应用于多个自动化领域，其稳定性与可靠性均已得到证明。如果将MCGS组态软件应用于电气控制技术的教学改革中，将MCGS组态软件与PLC建立通讯，采用组态软件开发设计教学实验中所需的监控画面以代替体积庞大、价格昂贵的控制对象，组态软件的可视化可大大降低电气控制技术的抽象性，调动学生的学习积极性，这将在很大程度上改善教学效果。
三、MCGS组态软件的应用
本研究分别以交通灯、抢答器、物料传送机为例分析MCGS组态软件在电气控制技术中的应用。
1.交通灯的PLC控制及MCGS组态设计
首先分析交通灯的控制要求，以确定输入/输出点数，选择合适的PLC、通讯电缆。
（1）控制要求。交通灯的启停由选择开关控制，当按下选择开关接通交通灯，交通灯系统开始工作。
1）南北向红灯、东西向绿灯同时亮。南北向红灯亮并维持30S；东西向绿灯亮并维持20S。到20S时，东西向绿灯闪烁5S，闪烁周期为1S（亮0.5S，熄0.5S）。绿灯闪烁5S后，东西向黄灯开始闪烁5S。到5S时，东西向黄灯熄灭，东西向红灯亮；同时南北向红灯熄灭，南北向绿灯亮。
2）东西向红灯、南北向绿灯同时亮。东西向红灯亮并维持30S；南北向绿灯亮并维持20S。到20S时，南北向绿灯闪烁5S，闪烁周期为1S（亮0.5S，熄0.5S）。绿灯闪烁5S后，南北向黄灯开始闪烁5S。到5S时，南北向黄灯熄灭，南北向红灯亮；同时东西向红灯熄灭，东西向绿灯亮。
该交通灯系统按照上述控制要求循环工作，当选择开关断开时，交通灯熄灭。
由上述控制要求可确定该控制系统有2个输入点，6个输出点，故选用西门子S7-200系列的CPU 224作为控制器。
（2）软件设计。控制系统的软件设计分为PLC控制程序设计和MCGS组态设计两部分，其中PLC控制程序由编程软件编写梯形图完成，在完成梯形图的基础上进行交通灯的MCGS组态设计。
1）进入MCGS组态环境，新建工程“交通灯”，创建用户窗口，设置窗口名称及属性，定义变量，建立实时数据库。
2）进行画面设计、画面编辑、动画连接步骤，完成交通灯的组态画面，并在脚本程序中编写运行策略，最终完成交通灯的MCGS组态设计，如图1。
（3）运行调试。在完成PLC控制程序设计和MCGS组态设计的基础上，将PLC与组态软件建立通讯，进行运行调试。
1）选用PC/PPI编程电缆与CPU单元进行连接，将已完成的PLC控制程序下载至CPU单元中。
2）在MCGS组态环境中对已完成的交通灯组态设计进行工程下载并制作U盘综合功能包，并将U盘插入MCGS触摸屏中，建立通讯，实现触摸屏对该交通灯系统的实时监测。
3）选用RS485通讯电缆使得CPU单元与MCGS触摸屏建立通讯，通过PLC可以实现对交通灯组态画面的控制，同时组态画面可实时监测PLC的运行情况，运行情况满足控制要求，见图2。
2.抢答器MCGS组态设计
按照上述步骤，对抢答器进行MCGS组态设计。
（1）控制要求。
1）抢答器同时供4名选手，分别用4个按钮表示。
2）分别设置一个系统复位开关和抢答控制开关，均由裁判控制。
3）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由裁判设定。当裁判按下“裁判”按钮后，定时器进行减计时。
4）选手需在规定的时间内进行抢答，并在规定的时间内答题，倒计时显示器上显示抢答或答题倒计时，选手号显示器上显示抢到题的选手号。 5）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00；如果定时时间已到，抢到题的参赛组未能答出，本次答题无效，系统报警，定时显示器上显示00。
6）如果抢答未开始而参赛选手抢答，则系统报警并且选手号显示器上显示抢答的选手号。
7）当裁判按下“复位”按钮后，系统清零，一切恢复初始状态。
（2）软件设计。分析上述控制要求，进行抢答器的MCGS组态设计，如图3。
3.物料传送机MCGS组态设计
按照上述步骤，对物料传送机进行MCGS组态设计。
（1）控制要求。按下启动按钮后，电机启动，物料在传送带上传送，经过三级传送带后送至汽车，由汽车运走；按下停止按钮后，电机停止运行，物料在传送带停止。故障1代表电机1故障，此时电机1停止，而电机2和电机3继续运行；故障2代表电机2停止，此时电机1和电机2停止，电机3继续运行；故障3代表电机3故障，此时三台电机均停止。
（2）软件设计。分析上述控制要求，对物料传送机进行MCGS组态设计。
上述应用实例表明，将MCGS组态软件应用于电气控制技术的教学改革中，组态软件的可视化可大大降低电气控制技术的抽象性，可通过动画形式生动形象地显示电气控制过程，演示指令系统的动作功能，反映PLC控制程序的正确与否，减少了课堂的枯燥性，调动了学生们的学习积极性，改善了电气控制技术的教学效果，进而推进了电气控制技术的教学改革。
四、结束语
在电气控制技术教学中培养学生包括专业知识在内的综合素质是一个系统且长期的工程，需要从学生能力层次以及电气类专业的办学理念、目标、人才培养模式等方面全方位统筹考虑，只有这样，才能真正培养出适应信息时代的高素质科技创新型人才。
参考文献：
[1]邓滨.电机与电气控制技术教学方法探讨[J].芜湖职业技术学院学报，2010，12（1）：99-100.
[2]李斌，邹灿红.电气控制与PLC应用技术仿真教学应用研究[J].电气电子教学学报，2006，28（6）：58-60.
[3]周菲.电气控制与PLC技术教学改革分析[J].新课程：教师，2012，（8）：99-100.
[4]黄清宝，宋绍剑，彭宇宁，等.电气控制与PLC应用技术教学改革探析[J].装备制造技术，2010，（9）：207-208.
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：教学改革；教学方法；电气控制；MCGS
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0090-02
电气控制技术是农业电气化专业的必修课，具有系统的理论知识，更与实际生活密切相关，课程主要以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍电气控制的基本原理、线路及设计方法，并在此基础上引入可编程逻辑控制器PLC的概念，讲授PLC的基本原理、指令系统及在电气控制中的应用[1]。电气控制技术作为专业必修课，对于学生的专业素质培养具有重要意义，学生对该课程知识学习掌握的好坏将直接影响学生的专业素质培养。因此，随着教学环境的改变以及相关技术的发展，必须改变过去传统的教学方法和教育模式，以取得更好的教学效果。
一、电气控制技术教学中存在的问题
目前，电气控制技术教学多采用传统教学方法，无法形象表达控制过程，特别对于可编程逻辑控制器PLC教学内容理解带来较大的问题。PLC作为一种专门用于工业控制领域的电子装置，其相关知识具有一定的抽象性，同时其控制对象大多为体积庞大、价格昂贵的精密仪器，实验仪器很难满足教学实验的要求，这为课程教学和实践带来了较大的困难[2，3]。通过近几年的教学实践发现，课程教学中在介绍梯形图、指令系统、语句表等知识时，由于传统的教学方法和实验仪器不能清晰地表达控制效果，使得学生不能直观地学习相关知识，降低了学生的学习积极性，故取得的教学效果并不理想，这一传统教育的劣势可作为电气控制技术教学改革的切入点[4]。
二、MCGS组态软件
MCGS （Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统）是一套可对数据进行现场采集、实时监测、分析处理、可视化操控的操作系统，并可按照相应的通讯协议与作为下位机的控制器建立通讯，以多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案。目前，该组态软件已成功应用于多个自动化领域，其稳定性与可靠性均已得到证明。如果将MCGS组态软件应用于电气控制技术的教学改革中，将MCGS组态软件与PLC建立通讯，采用组态软件开发设计教学实验中所需的监控画面以代替体积庞大、价格昂贵的控制对象，组态软件的可视化可大大降低电气控制技术的抽象性，调动学生的学习积极性，这将在很大程度上改善教学效果。
三、MCGS组态软件的应用
本研究分别以交通灯、抢答器、物料传送机为例分析MCGS组态软件在电气控制技术中的应用。
1.交通灯的PLC控制及MCGS组态设计
首先分析交通灯的控制要求，以确定输入/输出点数，选择合适的PLC、通讯电缆。
（1）控制要求。交通灯的启停由选择开关控制，当按下选择开关接通交通灯，交通灯系统开始工作。
1）南北向红灯、东西向绿灯同时亮。南北向红灯亮并维持30S；东西向绿灯亮并维持20S。到20S时，东西向绿灯闪烁5S，闪烁周期为1S（亮0.5S，熄0.5S）。绿灯闪烁5S后，东西向黄灯开始闪烁5S。到5S时，东西向黄灯熄灭，东西向红灯亮；同时南北向红灯熄灭，南北向绿灯亮。
2）东西向红灯、南北向绿灯同时亮。东西向红灯亮并维持30S；南北向绿灯亮并维持20S。到20S时，南北向绿灯闪烁5S，闪烁周期为1S（亮0.5S，熄0.5S）。绿灯闪烁5S后，南北向黄灯开始闪烁5S。到5S时，南北向黄灯熄灭，南北向红灯亮；同时东西向红灯熄灭，东西向绿灯亮。
该交通灯系统按照上述控制要求循环工作，当选择开关断开时，交通灯熄灭。
由上述控制要求可确定该控制系统有2个输入点，6个输出点，故选用西门子S7-200系列的CPU 224作为控制器。
（2）软件设计。控制系统的软件设计分为PLC控制程序设计和MCGS组态设计两部分，其中PLC控制程序由编程软件编写梯形图完成，在完成梯形图的基础上进行交通灯的MCGS组态设计。
1）进入MCGS组态环境，新建工程“交通灯”，创建用户窗口，设置窗口名称及属性，定义变量，建立实时数据库。
2）进行画面设计、画面编辑、动画连接步骤，完成交通灯的组态画面，并在脚本程序中编写运行策略，最终完成交通灯的MCGS组态设计，如图1。
（3）运行调试。在完成PLC控制程序设计和MCGS组态设计的基础上，将PLC与组态软件建立通讯，进行运行调试。
1）选用PC/PPI编程电缆与CPU单元进行连接，将已完成的PLC控制程序下载至CPU单元中。
2）在MCGS组态环境中对已完成的交通灯组态设计进行工程下载并制作U盘综合功能包，并将U盘插入MCGS触摸屏中，建立通讯，实现触摸屏对该交通灯系统的实时监测。
3）选用RS485通讯电缆使得CPU单元与MCGS触摸屏建立通讯，通过PLC可以实现对交通灯组态画面的控制，同时组态画面可实时监测PLC的运行情况，运行情况满足控制要求，见图2。
2.抢答器MCGS组态设计
按照上述步骤，对抢答器进行MCGS组态设计。
（1）控制要求。
1）抢答器同时供4名选手，分别用4个按钮表示。
2）分别设置一个系统复位开关和抢答控制开关，均由裁判控制。
3）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由裁判设定。当裁判按下“裁判”按钮后，定时器进行减计时。
4）选手需在规定的时间内进行抢答，并在规定的时间内答题，倒计时显示器上显示抢答或答题倒计时，选手号显示器上显示抢到题的选手号。 5）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00；如果定时时间已到，抢到题的参赛组未能答出，本次答题无效，系统报警，定时显示器上显示00。
6）如果抢答未开始而参赛选手抢答，则系统报警并且选手号显示器上显示抢答的选手号。
7）当裁判按下“复位”按钮后，系统清零，一切恢复初始状态。
（2）软件设计。分析上述控制要求，进行抢答器的MCGS组态设计，如图3。
3.物料传送机MCGS组态设计
按照上述步骤，对物料传送机进行MCGS组态设计。
（1）控制要求。按下启动按钮后，电机启动，物料在传送带上传送，经过三级传送带后送至汽车，由汽车运走；按下停止按钮后，电机停止运行，物料在传送带停止。故障1代表电机1故障，此时电机1停止，而电机2和电机3继续运行；故障2代表电机2停止，此时电机1和电机2停止，电机3继续运行；故障3代表电机3故障，此时三台电机均停止。
（2）软件设计。分析上述控制要求，对物料传送机进行MCGS组态设计。
上述应用实例表明，将MCGS组态软件应用于电气控制技术的教学改革中，组态软件的可视化可大大降低电气控制技术的抽象性，可通过动画形式生动形象地显示电气控制过程，演示指令系统的动作功能，反映PLC控制程序的正确与否，减少了课堂的枯燥性，调动了学生们的学习积极性，改善了电气控制技术的教学效果，进而推进了电气控制技术的教学改革。
四、结束语
在电气控制技术教学中培养学生包括专业知识在内的综合素质是一个系统且长期的工程，需要从学生能力层次以及电气类专业的办学理念、目标、人才培养模式等方面全方位统筹考虑，只有这样，才能真正培养出适应信息时代的高素质科技创新型人才。
参考文献：
[1]邓滨.电机与电气控制技术教学方法探讨[J].芜湖职业技术学院学报，2010，12（1）：99-100.
[2]李斌，邹灿红.电气控制与PLC应用技术仿真教学应用研究[J].电气电子教学学报，2006，28（6）：58-60.
[3]周菲.电气控制与PLC技术教学改革分析[J].新课程：教师，2012，（8）：99-100.
[4]黄清宝，宋绍剑，彭宇宁，等.电气控制与PLC应用技术教学改革探析[J].装备制造技术，2010，（9）：207-208.
（责任编辑：刘丽娜）