雷翔霄 徐立娟 王宏彥

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 長沙 410004）

基于Forcecontrol的全虛擬PLC仿真實驗平臺的開發(fā)

雷翔霄 徐立娟 王宏彥

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 長沙 410004）

利用Forcecontrol 6.0強大的圖形繪制、動畫操作、完善的I/O設(shè)備驅(qū)動等功能開發(fā)了基于三菱編程軟件GX與Forcecontro l的全虛擬PLC仿真實驗平臺，重點解決了GX與Forcecontro l之間的通信問題。通過Forcecontrol與GX構(gòu)成的虛擬仿真實驗平臺，可以直觀、逼真地顯示PLC動態(tài)控制過程，大大提高PLC實驗的教學(xué)水平與教學(xué)效果。

Forcecontrol；PLC；虛擬仿真實驗平臺；通信

PLC因其可靠性高、抗干擾性強、使用簡便、編程方便的特點，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，在開設(shè)有自動化、控制、機電等專業(yè)的全國各高等院校，均將PLC課程作為專業(yè)主干課程來開設(shè)。

要驗證PLC程序正確與否，只能用PLC來控制相應(yīng)的控制對象，以觀察控制結(jié)果是否正確。但PLC的控制對象一般都體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難在實驗室配備，這成為了PLC教學(xué)的一個關(guān)鍵難題。如果可以用計算機全真模擬被控對象，則可利用有限的設(shè)備及多樣化的程序加強實驗課教學(xué)，提高學(xué)生的實驗興趣，提高PLC課程的理論與實驗教學(xué)水平和教學(xué)效果，加深學(xué)生對PLC實驗的理解，明確本課程在生產(chǎn)實際中的重要性。

Forcecontrol組態(tài)軟件集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出等諸多功能于一身。我們可以借助Forcecontrol開發(fā)實驗所需要的監(jiān)控界面，形象生動地展現(xiàn)控制過程，以取代價格昂貴的實物模型。為實現(xiàn)虛擬的PLC與上位監(jiān)控系統(tǒng)Forcecontrol之間的通信，我們開發(fā)了全虛擬的三菱PLC仿真實驗平臺。現(xiàn)介紹以安裝了三菱GX Developer、GX Simulator以及Forcecontrol軟件的計算機為平臺開發(fā)全虛擬的集PLC控制與上位機監(jiān)控于一體的仿真實訓(xùn)平臺的過程。

全虛擬仿真實驗平臺的實現(xiàn)

全虛擬仿真實驗平臺實現(xiàn)的關(guān)鍵是保證Forcecontrol與三菱編程軟件GX之間的實時數(shù)據(jù)傳送。

仿真平臺總體方案設(shè)計 采用安裝好GX Simulator軟件的GX Developer作為PLC編程平臺，將編制好的程序在其中進行仿真，作為一個虛擬PLC控制器；在Forcecontrol當(dāng)中進行PLC控制對象的組態(tài)，作為虛擬的控制對象；虛擬PLC控制器與虛擬的控制對象之間通過通信連接進行數(shù)據(jù)交換，在Forcecontrol監(jiān)控界面中完成控制過程的展示。

虛擬PLC的創(chuàng)建與通信參數(shù)設(shè)置 由于三菱A系列PLC自帶串行連接模塊，可直接與帶有串行接口的設(shè)備通信，因此，在方案選擇時將它作為三菱PLC的通用虛擬控制模塊。在安裝有GX Simulator仿真調(diào)試軟件的GX Developer中完成梯形圖的編制并點擊“梯形圖邏輯測試啟動”菜單，在彈出串口通信機能的設(shè)置窗口中按照三菱公司提供的AnA（CPU）標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議進行GX Simulator的通信參數(shù)設(shè)置，如圖1所示。

圖1 GX Simulator通信設(shè)置界面圖

Forcecontrol與虛擬PLC的通信連接I／0 Forcecontrol的設(shè)備驅(qū)動負責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，使得Forcecontrol能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，并通過設(shè)計的監(jiān)控界面顯示外部設(shè)備的運行情況，實現(xiàn)對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。Forcecontrol與虛擬PLC的連接步驟如下：（1）在Forcecontrol組態(tài)軟件開發(fā)平臺上，雙擊“IO設(shè)備組態(tài)”進入設(shè)備組態(tài)；（2）在Iomanager中選擇MITSUBISHI（三菱）A系列（串口）并進行設(shè)備名稱、設(shè)備地址、使用串口、通信參數(shù)等進行設(shè)置；（3）在DbManager中進行數(shù)據(jù)點名設(shè)置并與PLC中的軟元件進行連接。這樣，F(xiàn)orcecontrol與PLC的通信連接就建立了。GXSimulator中可以調(diào)用I／0函數(shù)，用來對外部操作進行模擬，只要滿足條件，GX Simulator就可以自動讓內(nèi)部軟元件導(dǎo)通或斷開。

控制器對控制對象控制過程的實現(xiàn) 準(zhǔn)備一根兩端是母COM口的9芯串口線，將安裝有Forcecontrol及GX Simulator軟件的兩臺計算機的串口用線直接連接起來。在GX Simulator上運行已調(diào)試好的梯形圖控制程序，同時在Forcecontrol中點擊運行按鈕。此時，F(xiàn)orcecontrol的工程運行界面根據(jù)虛擬PLC的輸出運行而相應(yīng)變化，實現(xiàn)上位機對下位虛擬PLC的直接監(jiān)控和組態(tài)，形象、生動、直觀地展現(xiàn)整個控制過程。

基于Forcecontrol的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

圖2 監(jiān)控界面圖

組建系統(tǒng)工程 從Forcecontrol軟件進入組態(tài)界面，分析交通燈控制系統(tǒng)工程項目結(jié)構(gòu)，建立工程框架，從Forcecontrol“對象元件庫”中選取元件并置于窗口適當(dāng)位置。監(jiān)控界面如圖2所示。

制作動畫顯示界面 將實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與虛擬設(shè)備中的軟元件連接起來，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。

運行策略 為了更加逼真地顯示交通燈的實際工作狀況，本設(shè)計采用了腳本程序在運行策略中的循環(huán)策略來仿真交通燈的運行變化。

參數(shù)設(shè)置 按上文“Forcecontrol與虛擬 PLC的通信連接”所述步驟完成通訊參數(shù)的設(shè)置，建立設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量處理方式，完成設(shè)備屬性設(shè)置。

整體運行與綜合測試 在GX Simulator上運行已調(diào)試好的梯形圖控制程序，在PC機上進入Forcecontrol的運行環(huán)境。此時Forcecontrol的運行界面根據(jù)虛擬PLC的輸出運行而相應(yīng)變化，實現(xiàn)上位機對下位虛擬PLC的直接監(jiān)控和組態(tài)，從而形象、生動、直觀地展現(xiàn)整個控制過程。

上述用Forcecontrol與GX所開發(fā)的全虛擬PLC仿真試驗平臺，完全能夠?qū)崿F(xiàn)PLC所見即所得的控制效果。另外，基于Forcecontrol的全虛擬PLC仿真實驗平臺不但可以用于為學(xué)生開展PLC控制實驗，也可用于學(xué)生的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，而且還可作為實際工程的研究調(diào)試平臺。

[1]周美蘭.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計（第二版）[M].北京：科學(xué)出版社2009.

[2]GX Simulator Version6 Operating Manual[Z].Mitsubishi Electric Corporation，2005.

[3]日本三菱電機有限公司.GX與Mitsubishi連線輔助說明書[Z].2004.

[4]葉力，鄭萍.基于GX與MCGS的全虛擬PLC控制系統(tǒng)研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007，（12）.

[5]宋人杰，王強.組態(tài)軟件通訊接口在DCS仿真界面設(shè)計中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，（31）.

G712

A

1672-5727（2011）07-0166-02

雷翔霄（1974—），男，湖南洞口人，碩士，長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向為智能控制與智能檢測。