前言

为了满足教学和研究的需要，针对当前实验条件的不足，设计了基于海湾DDC和力控组态软件的污水处理实验系统。

基于给排水系统的实际案例，目的是培养学生下位机的编程能力和上位机的组态设计能力。

该实验的重要性

与传统教学方式相比，基于实际案例的教学平台更能够提高学生的学习兴趣和编程能力，软硬件相结合的方式也能够更贴近实际应用和工作场景，从而实现学生对DDC和组态软件的全面理解和掌握，达到全方位教学的目的。

“组态技术”是天津中德应用技术大学新能源系电气自动化、智能控制技术、建筑智能化工程技术、新能源应用技术等专业的重要专业课程之一，实验教学是课程的重要组成部分。

在以往的教学中，由于缺少实验装置，学生在56课时的教学过程中均是在计算机上进行模拟操作，而没有实验条件进行组态软件和下位机硬件的连接，从而导致学生学完这门课之后，未能真正理解组态软件的应用方式。

“DDC控制系统设计与调试”亦是我系重要专业课程之一，传统DDC实验教学的一般思路是根据系统控制要求选择DDC的硬件配置，譬如有多少个开关输入量、模拟输入量、开关输出量、模拟输出量，然后设计并绘制出系统的工艺图和接线图。

这种教学方式缺乏直观性，学生不能体会到实验的变化过 程，因此对DDC的应用方式也只能是感性认识，被动接受，无法吸引学生的学习兴趣。

从实验教学意义上来说，如果可以把组态软件和DDC相结合，不但可以使学生充分体会组态软件的真正应用，而且可以用有限的设备、低廉的造价、 多样化的程序丰富学生的实验课内容 。

同时，模拟楼宇控制系统中的真实案例，搭建的实验平台能有效提高学生的兴趣、编程技巧和动手能力，大大丰富了实验课的教学效果，并能丰富学生的工程实践 经验，达到全方位教学的目的。

实验平台的搭建

将力控组态软件和DDC一起用于实验教学，可通过电脑实时监控实验的动态过程，使其具有直观性、灵活性和参与性。

1．1实验系统构成

实验平台的系统结构上位机配有力控Forcecontrol 6．1版本的组态软件和海湾DDC编程软件LonMaker3．1开发平台，下位机采用海湾HW－BA5208型DDC。

力控组态软件与DDC之间利用LonWorks网络进行通信，并监控DDC的I/O接口的状态，以变量值的形式传输到计算机上，供上位机使用及处理。

硬件平台的构建

以实际的污水处理控制系统项目为背景，进行 该硬件系统构建设计［4］。

2．1 主要硬件配置

核心控制器采用海湾HW－BA5208，HW-BA5208 DDC控制模块是智能楼宇控制系统的一种模块，它采用LONWORKS现场总线技术与外界进行通讯，具有网络布线简单、易于维护等特点。

它可完成对楼控系统及各种工业现场标准开关量信号的采集，并且对各种开关量设备进行控制。具有5路干触点输入端口，DI口配置可以自由选择;具有5路干触点输出端口，可提供无源常开和常闭触点，并对其进行不同方式的处理。

2．2控制原理说明

本项目设计的实验系统包括强电控制柜和弱电控制柜两部分。

左边为强电控制柜原理图，是排污泵电机的电气控制电路。

系统原理为 : 排污泵电机M手动、自动两种控制方式，由手/ 自动转换开关 SA 控 制切换，当 SA 在闭合位置时，按下启动按钮SB1时KM1线圈得电，其主触点闭合，可以启动排污泵，按下停止按钮SB0时KM1线圈失电，其主触点断开， 停止排污泵。

也就是说，SB1和SB0是手动状态下控制排污泵启停的按钮 ; 而当SA在断开位置时， SB1 和SB0 两个手动按钮即不起作用了，此时KM1线圈是否得电由继电器 K1的常开触点决定，而K1的常开触点是否闭合取决于DDC的DO1输出，也就是由DDC程序决定，所以此种状态下，我们视为排污泵的自动控制。

此外，L1 灯是一个照明灯，BJ 指示灯是排污泵故障报警灯。

右边为弱电控制柜原理图。DDC的五路DI分别采集的信号是 : 排污泵运行状态、排污泵热 故障、低液位液位开关、高液位液位开关、手/ 自动状态。

而三路DO输出分别控制 : 自动状态下排污泵启停、照明灯、报警灯。

通过实验平台的搭建，一方面，学生可以进行系统选型、安装、接线、调试等练习，另一方面，可构建完整的监控系统，以实验装置为对象，模拟现场控制设备，建立工程的概念。

软件环境

软件的工作主要包括DDC的编程和人机界面的设计。

其中 DDC的编程利用 LONMAKER编程环境，人机界面设计利用力控组态软件完成。

3．1 LONMAKER 编程环境

污水处理监控系统的编程环境采用LonMaker集成工具，LonMaker3．1 是Echelon公司提供的一个软件包，它可以用于设计、安装、操作和维护多厂商的、开放的、可互操作的LonWorks网络。

编程开始之前，首先将学生分组，讨论污水处理监控系统的控制流程，得出以下编程思路。

(1)手动状态下，由按钮控制排污泵启停;

(2)当出现热过载时，排污泵停止运行，同时报警灯亮起;

(3)在自动状态下，同时没有故障发生时，DDC根据污水池液位自动控制排污泵的启停，分以下几种情况:

①污水水位处于低液位以下时，排污泵不工作;

②污水水位上涨到低液位以上、高液位以下时，排污泵不工作;

③污水水位上涨到高液位时，排污泵启动;

④污水水位下降到高液位以下、低液位以上时，排污泵继续工作;

⑤污水水位下降到低液位以下时，排污泵停止。

力控组态软件设计

本系统选用的是力控Forcecontrol 6．1版本的组态软件。

力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法。

此外，力控监控组态软件能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。

应用组态软件实现对DDC控制的污水处理系统的监控，主要完成了以下几个工作:

(1)完成通信。在力控组态软件中加载设备驱动，完成上位机与下位机的设备连接;

(2)设计组态仿真画面;

(3)完成动画连接，进入力控运行环境，手/自动状态能够利用两个小圆灯的颜色变化显示出来 ; 料罐中的低液位、高液位能实现颜色变化 ; 排污泵的运行状态也通过颜色变化实现指示 。此外，工作指示灯在系统正常运行时显示为绿色，一旦出现热故障， 报警灯显示为红色并闪烁。

调试和运行

DDC下载运行程序后，排污泵能够根据程序随着液位开关的状态做出反映，动作准确无误，模拟热故障时排污泵停止，同时报警灯亮起。

此外，上位监控计算机上显示了手/ 自动状态、高低液位的状态、 排污泵的运行状态、指示灯的状态等信号，画面清晰，准确，实时性较好，能够很好地实现对下位机的监控作用。

结语

利用DDC和力控组态软件搭建的实验教学平 台，充分应用了“案例式”教学法，实现了以培养学生的能力为核心。

在这门课程的授课过程中，我们针对智能楼宇系统的典型案例进行教学，达到学习的内容更加贴近生产实际的目的。

高职教育的特点是学以致用，即学生所学内容要贴近生产实践。

“案例式”教学法，可以让学生知 道所学知识在社会中的实用性，通过把实际应用中的典型案例拿给学生进行教学，既丰富了教学内容， 也提高了学生的学习兴趣，更增加了学生对就业岗位的认识。

此外，在实训过程中，每个学习单元都包含了具体的工作任务。

在“任务驱动教学法”的引导下，学生通过硬件搭建、软件编程、组态设计等 3 项工作任务的实现，提升对智能楼宇系统的设计、编程、调试、运行的综合能力，并达到专业能力、方法能力、社会能力的综合培养目标。

参考文献

［1］ 牛云陞．楼宇智能化技术［M］．天津 : 天津大学出版社，2008.

［2］北京昆仑通态自动化软件科技有限公司．MCGS使用手册［M］．北京:昆仑通态公司，2005.

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［6］张晓海．任务驱动法在PLC教学中的实践［J］．实验技术与管理，2009，26( 11) : 131－132.

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