PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vo.l 27 No. 5 M ay 2006
PLC进入运行状态,即进入计算机组态仿真过程,通过
鼠标操作界面上的图形对象就可以进行系统的仿真控
制。
基于组态软件的仿真系统,实现的原理在于PLC
内部各种继电器的状态与组态软件数据库中数据的链
接以及该数据与计算机界面上图形对象的链接。因
PLC控制系统实际输出控制时,是通过输出继电器Y
和输出模块去驱动外部执行机构的,外界的控制信号
和反馈信号通过输入继电器X进入PLC内部。而在
仿真运行状态时PLC的输出模块与外界是断开的,输
出(继电器Y的)信号通过通信线只与组态软件数据
库中的数据进行交换,而这些数据又与屏幕(界面)上
显示的图形对象有关联。当PLC输出继电器Y的各
点状态有变化时,改变了数据库中的数据值,继而使相
应的图形对象发生变化,产生我们所要求的模拟实际
对象动作的仿真效果。同时, PLC的输入信号也要与
数据库的数据进行关联,通过对屏幕上图形对象的鼠
标操作,改变与其链接的数据库中的数据,继而改变输
入信号。但需注意,根据PLC的工作原理,输入继电
器X的状态只能由外部的实际接线输入来改变,其它
方法不能改变它的状态值,所以不能通过真正的输入
继电器X与数据库的数据进行关联来输入控制信号,
而需借用一部分中间继电器R来表示输入继电器X,
将其与数据库的数据进行关联并接收输入的信号。因
此写入到PLC中程序必须是已经用中间继电器R代
替了输入继电器X的PLC控制程序。
组态软件仿真对象不仅可以接受多种由PLC发
出的如数字、模拟等控制信号,亦可向PLC反馈数
字、模拟等各种信号,与PLC进行各种状态数据的交
换,从而反映PLC运行与控制对象动作结果之间的
关系。
2 仿真系统开发过程的实例
以下是基于组态软件五层电梯PLC控制系统的
仿真系统开发过程。本系统采用日本松下公司FP0系
列的PLC及配套的编程软件FPWIN-GR,组态软件
采用北京三维科技公司推出的“力控”组态软件。
①分析系统,编写程序。对电梯控制系统进行分
析,明确系统的控制要求,确定PLC的I/O点数及PLC
型号,通过编程软件FPWIN-GR编写基于FP0的
PLC电梯控制程序;
②建立数据库。在微机上启动“力控”组态软件
的开发应用程序,建立一个“电梯仿真控制”的新工
程,在导航器的实时数据库中根据电梯控制系统输入
输出信号的数量建立相应的变量,并为每个变量起一
个名并确定相应的点类型;
③选择设备驱动程序,建立PLC内的点与数据
库变量的关联。组态软件可以与很多设备进行数据交
换,只要为其选择相应的设备驱动程序即可。在工程
中“实时数据库”的“I/O设备驱动”项下选择松下公
司的FP0系列PLC,并为其定义一个新的设备名称如
“松下FP0”,使数据库变量的每个点与该PLC设备内
的继电器点建立数据链接并确定相应的地址;
④创建仿真显示窗口。窗口的内容是显示仿真
对象的图形结构及被控过程,它以图形对象的变化或
运动过程反映PLC程序的运行结果,故设计图形画面
应尽可能逼真,给人以身临其境的感觉,并可以直观地
从屏幕上观察到PLC控制结果正确与否。创建图形
对象时可以采用系统工具箱中的一些已有图形,也
可以自己绘制、插入图形。绘制图形过程与标准的
W indows操作相同;
⑤制作动画链接。通过把绘制的图形对象与数
据库中的数据链接起来,从而使画面上每个图形对象
与PLC设备内I/O点的状态进行关联。这有两方面
的作用:一是把鼠标对各个图形对象的操作通过数据
库的数据变化,将其转化为对PLC的输入“信号”;二
是把PLC运算后的输出控制信号转变为画面上图形
对象的动作。一个图形对象给它加上链接就相当于赋
予它“生命”使其“活动”起来。动画链接的触发方法
和动作结果内容很多,链接的对话框如图2所示;
图2 动画链接对话框
Fig. 2 Dialoguewindow of animation link
⑥配置系统。制作动画链接完成后,把这个图形
文件加在系统启动设置项中,这样就完成了整个上位
机组态程序的设计;
⑦仿真系统的运行。用通信电缆连接PLC和计
算机,通过FPWIN-GR把已经编写完成的电梯控制
程序下载到PLC并使其运行(注意程序中已对每个
PLC输入点X用一个相应的中间继电器R来替代),
关闭FPWIN-GR。在“力控”工程管理器中打开工程
(下转第61页)
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基于组态软件的PLC控制系统仿真实现 袁云龙
《自动化仪表》第27卷第5期 2006年5月
基于组态软件的PLC控制系统仿真实现
Realization of PLC ControlSystem Based on Configuration Software
袁云龙
(宁波工程学院,宁波 315016)
摘 要:针对PLC控制系统存在现场调试难度大、组织投入大量人力物力、风险大等问题,提出了在计算机上实现基于组态软件的全
真模拟PLC控制对象的方法。给出了仿真系统的结构框图,分析了用组态软件虚拟PLC被检对象的仿真原理,并详细介绍了仿真系
统开发过程的实例。经分析,该仿真的实现为控制系统的现场调试提高了效率,节省了人力物力,降低了风险。
关键词:组态软件 PLC控制系统 仿真
中图分类号:TP273 文献标识码:A
Abstract:In view of the problems in commissioning ofPLC control systems, e. g. hard to tes,t mass labors andmaterials required, and high
risk, etc., amethod ofwholly smi ulating the controlled objects ofPLC on computerwith configuration software isproposed. The constitution of
smi ulation system was given, the smi ulation principle thatconfiguration softwarewasused to smi ulate PLCmeasured objectswas analyzed. The
examples in the process of developing smi ulation system were described. After analysis, the conclusion is that the smi ulation is realized to
enhance the efficiency, save the labors andmaterials, and reduce risks.
Keywords:Configuration software PLC control system Smi ulation
0 引言
可编程序控制器PLC是以微处理机为基础并综
合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科
技而发展起来的一种新型工业自动控制装置,是计算
机技术应用于控制领域的新产品,它与CAD/CAM、机
器人技术一起被称为当代工业自动化的三大支柱,以
高可靠性、易操作性、灵活性等优点在现代工业控制领
域得到广泛的应用。
PLC控制系统的开发周期一般要经过系统功能分
析、确定I/O点数, PLC选型, I/O地址分配,编写控制
程序,现场调试,编制技术文件等过程,其中编写控制
程序和现场调试将占用开发周期的大部分时间。程序
编写完成后,要对程序的可行性及控制功能正确与否
进行调试和必要的测试。
在现场调试阶段,PLC将与实际被控对象联调,控
制实际被控对象产生动作,以检验程序及整个系统运
行是否满足预定的控制要求。由于编制的PLC软件
可能不是十分完善,所以调试的一个主要内容,就是要
排除编程中的一些错误及考虑不周的程序缺陷。现场
调试过程中还需要组织大量人力物力,为系统的调试
提供各种保障,现场调试不成功时则需要反复修改测
试,所以采用这种传统方法对PLC控制系统的调试,
存在既繁琐又费时费力且具有一定风险的缺点。
组态软件是在工业自动化领域兴起的一种新型的
软件开发技术。开发人员不需要编制具体的指令和代
码,只要利用组态软件包中的工具,通过硬件组态(硬
件配置)、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所
需应用软件的开发工作。组态软件具有远程监控、数
据采集、数据分析、过程控制等强大功能,还具有二次
开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。
如果采用组态软件和PLC控制系统相结合,通过
计算机全真模拟被控对象,在计算机上对整个PLC控
制系统的功能进行模拟调试,在仿真状态中直观地对
PLC控制系统程序的错误和缺陷进行检测和修正,待
程序完全正确时,再进行现场实际联机调试,将大大提
高现场调试的效率,降低系统调试的费用和风险。
1 仿真系统的结构及工作原理
基于组态软件的PLC仿真系统组成的结构如图1
图1 仿真系统结构图
Fig. 1 Structure of simulation system
所示,微型计算机与下位机PLC通过RS2232串行接口
用通信电缆相联接,通过编程软件把已完成的控制程
序下载到PLC。在微型计算机中安装组态软件,并在
组态软件环境中运行已开发的一个工程软件,同时使
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《自动化仪表》第27卷第5期 2006年5月
图4 程序总流程图
Fig. 4 General flowchart of program
块化设计结构。程序主要由温度测量模块和数据通信
模块组成,图4给出了温度测量模块的总流程图。系
图5 温度测量子程序
Fig. 5 Sub2program of temperaturemeasurement
统上电后,主程序首先进行系统初始化,然后通过相应
的功能键设定测温周期,设定系统时间等。设置完成
后,按下开始测量键,进入温度测量子程序。图5所示
为温度测量子程序的流程图,它表示了各个测温点温度
数据的读取过程。测量到的16位温度数据,按高8位
在先,而低8位在后的顺序分别由MAX6675进行A/D
转换,转换后的数据由单片机进行温度计算、显示及按
传感器的测量通道进行数据保存,以便在测温结束后,
发送给PC机进行数据分析和处理。
5 结束语
本文基于MAX6675芯片研究和设计的烘炉温度
追踪仪,具有结构简单、测温精度高、抗干扰能力强、数
据存储容量大、适用范围广以及易于携带等优点。该
测量装置的研制,对查找烘炉故障,制定最佳烘干路
线,改造和优化工艺流程,提高热加工产品质量等方面
将发挥重要的作用。
参考文献
1 常健生.检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,2004.
2 何立民.单片机应用系统设计[M].北京:北京航天航空大学出
版社,1999.
哈尔滨市科技攻关项目(编号:2004AA1CG102)。
收稿日期:2005-08-18。
第一作者韩玉杰,男,1951年生,1978年毕业于东北林学院,获博士
学位,教授;主要研究领域为计算机控制和自动化测控技术。
(上接第58页)
“电梯仿真控制”,进入运行。通过鼠标操作图形界
面上电梯的各个按钮,观察电梯的运行情况。假设
上面组态过程中的设置没有错误,那么在仿真过程
中对电梯的“故障”调试,就是对电梯的PLC控制
程序的测试和修改。如果电梯运行完全正确,说明
PLC程序的运行和控制功能已经没有问题,即实现
了对PLC控制系统的仿真,接下去就可以进行实际
的现场安装调试。图3所示为“电梯仿真控制”系
统的界面。
图3 电梯仿真控制系统界面
Fig. 3 Interface of emulated elevator control system
3 结束语
通过上述分析可知,利用组态软件对PLC控制系
统程序进行仿真测试,可以非常逼真地观察到系统的
工作过程,发现控制程序的错误和缺陷,然后不断地对
程序进行修改和测试直到完全正确,而不需要到现场
驱动实际的执行机构,大大提高了效率,节省了成本,
降低了风险,特别是对大型PLC控制系统的调试仿
真,非常具有参考价值。
参考文献
1 周美兰,周 封,王岳宇.PLC电气控制与组态设计[M].北京:科
学出版社,2003.
2 周美兰.组态技术在PLC实验教学中的应用[J].自动化技术与
应用,2001:33-35.
3 常斗南主编.可编程控制器原理.应用.实验[M].北京:机械工
业出版社,2002.
4 史国生主编.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:化学工
业出版社,2004.
收稿日期:2005-10-17。
第一作者袁云龙,男, 1968年生,现为长安大学在读硕士研究生,讲
师;主要研究方向为机电一体化。
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基于MAX6675的烘炉温度追踪仪的研究及设计韩玉杰,等
