熊 媛，鄒言云

（江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330039）

以PLC自動控制生產(chǎn)過程為基礎(chǔ)的實(shí)時仿真系統(tǒng)設(shè)計

熊 媛，鄒言云

（江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330039）

在現(xiàn)代三維物流的仿真模型系統(tǒng)設(shè)計中都采用了模擬自動化的生產(chǎn)運(yùn)行過程，但是，在仿真系統(tǒng)上設(shè)計的軟件都基本建立在PLC事實(shí)仿真模型來控制信號，運(yùn)用不同的軟件組向PLC中采集信號并可進(jìn)行控制等參數(shù)。通過程序的設(shè)計，將數(shù)據(jù)庫中參數(shù)進(jìn)行控制，便可完成對數(shù)據(jù)的采集工作，做到仿真的效果。文章主要分析了實(shí)時仿真系統(tǒng)的設(shè)計，在設(shè)計上重點(diǎn)研究PLC信號的采集和數(shù)據(jù)的收集，在仿真的過程的驗(yàn)證中達(dá)到了實(shí)時仿真的效果。

PLC；實(shí)時仿真；數(shù)據(jù)采集

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式逐漸被淘汰，現(xiàn)代的生產(chǎn)模式都采用自動化生產(chǎn)，自動化生產(chǎn)模式已成為國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的發(fā)展趨勢。但是，在自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中的設(shè)計較為復(fù)雜，必須引入一種對系統(tǒng)全面評估的方法，對系統(tǒng)的仿真效果全面設(shè)計，并且運(yùn)行復(fù)雜系統(tǒng)工具，廣泛地運(yùn)用到企業(yè)自動化生產(chǎn)的改造中來。

文章主要從PLC自動控制生產(chǎn)過程為基礎(chǔ)的實(shí)時仿真系統(tǒng)設(shè)計控制方面展開分析，深入了解仿真系統(tǒng)的控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況，構(gòu)建生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計出相應(yīng)的高評價的仿真系統(tǒng)，此種控制模型在運(yùn)行穩(wěn)定性、精度要求較好的地方較適用，且在分幅式的控制當(dāng)中，應(yīng)用效果更顯著。

PLC最早誕生于1969年的美國，盡管當(dāng)時PLC只有幾種簡單功能，但就當(dāng)時的生產(chǎn)技術(shù)水平來說，已經(jīng)在很大程度上提高了部分生產(chǎn)工作的效率。而在20世紀(jì)70年代，隨著微處理器的研發(fā)成功，并將其結(jié)合在PLC技術(shù)當(dāng)中，才完善了PLC的功能。

PLC技術(shù)在我國正式開始運(yùn)用是在20世紀(jì)70年代，后來也隨之產(chǎn)生了一系列的優(yōu)秀成果，如DKK就是由杭州機(jī)床電器廠所生產(chǎn)出來的。PLC技術(shù)編程應(yīng)用于氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計時，要根據(jù)實(shí)際情況認(rèn)真分析PLC技術(shù)控制的要求，程序按照PLC外部電路接線等進(jìn)行編制，嚴(yán)格按照相關(guān)格式規(guī)則對進(jìn)行氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)程序編寫。

1 實(shí)時仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在本次的實(shí)時仿真系統(tǒng)中主要采用數(shù)據(jù)采集、仿真引擎技術(shù)、決策系統(tǒng)、仿真模型、數(shù)據(jù)模型、仿真輸出以及各個設(shè)備間的通信等組成，在仿真引擎中主要對信息的參數(shù)進(jìn)行決策和修改等指令，生成后并離散在整個事件的安排；數(shù)據(jù)采集是在整個自動化的控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在給予加工，收集在各個設(shè)備和工作中的數(shù)據(jù)在進(jìn)行實(shí)時加工，將加工后的數(shù)據(jù)再保存到模型中來。在整個實(shí)時仿真控制系統(tǒng)的主要工作流程為：

（1）仿真引擎技術(shù)：在模型中所接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時參數(shù)，并且在工作中和設(shè)備上的實(shí)時信息進(jìn)行加工。

（2）數(shù)據(jù)采集：實(shí)時采集自動化控制中的數(shù)據(jù)并加工，包括對設(shè)備、零部件以及對生產(chǎn)中的時間進(jìn)行加工等，最后，將所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以防日后方便使用。

（3）實(shí)時仿真系統(tǒng)在設(shè)備的運(yùn)行后，對系統(tǒng)的運(yùn)行、暫?；蛘呤禽敵龅冗^程數(shù)據(jù)的仿真實(shí)體。

2 實(shí)時仿真模型數(shù)據(jù)處理

如圖1所示，在實(shí)時仿真模型數(shù)據(jù)處理中，主要是對PLC現(xiàn)場的控制、數(shù)據(jù)的采集和Flex sim模型中所運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)的調(diào)用。在PLC現(xiàn)場的控制、數(shù)據(jù)的采集和Flex sim模型的數(shù)據(jù)傳輸都是以數(shù)據(jù)庫為中介的調(diào)用模型

圖1 實(shí)時數(shù)據(jù)調(diào)用數(shù)據(jù)流程

在這三者的數(shù)據(jù)傳輸中都存在一一對應(yīng)的變量關(guān)系，在采集數(shù)據(jù)中，將PLC中所控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存到相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中；在調(diào)用數(shù)據(jù)時，在數(shù)據(jù)庫中尋找與Flex sim數(shù)據(jù)的變量值與相對應(yīng)的設(shè)備，并將Flex sim數(shù)據(jù)的變量值仿真實(shí)體模型的數(shù)據(jù)處理。

（1）PLC數(shù)據(jù)采集。PLC具有如下5個方面的優(yōu)點(diǎn)：①PLC主要是通過軟件來實(shí)現(xiàn)控制的，不但功能齊全且具備良好的靈活性，即使是控制對象不同也依然可以采用相同的硬件來進(jìn)行配置，控制場合的大多數(shù)要求基本上都可以滿足。②具有極強(qiáng)的干擾能力和良好的可靠性，不管是在任何工業(yè)環(huán)境之下都可以照常作業(yè)。此外，不管是軟件還是硬件，都采用了一系列措施（濾波、屏蔽、故障診斷以及光電隔離）。③PLC主要是使用梯形圖來進(jìn)行變成，較為簡便，語句表、流程圖二者可自行的轉(zhuǎn)換，操作使用都具備良好的便捷性。④PLC屬于模塊化結(jié)構(gòu)，用戶可自己配置模塊化結(jié)構(gòu)，不管擴(kuò)展還是維修都較為方便。⑤PLC安裝過程簡單且容易調(diào)試，只需要把I/O端進(jìn)行子連接即可完成了接線的任務(wù)，安裝時間較短。

以西門子的PLC技術(shù)、InTouch組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)，能夠有效提升全集成自動化系統(tǒng)水平，因此，在PLC的控制系統(tǒng)中可編程控制器具備良好的適應(yīng)性、強(qiáng)大的功能，且靈活性高，被廣泛運(yùn)用在自動化生產(chǎn)的領(lǐng)域中。

軟件系統(tǒng)設(shè)計兩大部分（觸摸屏組態(tài)和PLC編程）。觸摸屏組態(tài)主要是選用WinCC flexible 2007，可在STEP-7項(xiàng)目插入WinCC項(xiàng)目，便可進(jìn)行調(diào)試軟件以及相關(guān)模擬。在觸摸屏上，主要是清晰顯示各項(xiàng)機(jī)組的參數(shù)、組態(tài)工藝流程簡圖以及調(diào)節(jié)需要認(rèn)為設(shè)置的參數(shù)，各項(xiàng)參數(shù)在設(shè)置之后都會在于PLC的變量中進(jìn)行保存。除此之外，在觸摸屏中還可詳細(xì)記錄各個工藝參數(shù)數(shù)據(jù)并保存，通過對數(shù)據(jù)分析，可作為判定設(shè)備運(yùn)行狀況的依據(jù)，以便及時發(fā)現(xiàn)故障，及時進(jìn)行對應(yīng)處理。PLC在整個編程的過程當(dāng)中,主要使用西門子公司研發(fā)的編程軟件STEP-7，該編程軟件不但可以達(dá)到通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、完成各種硬件，還可用以編寫梯形圖程序以及實(shí)邏輯功能的控制。編寫梯形圖程序的作用除了把控制信號向外輸出之外，還用以處理開關(guān)量以及模擬量。

（2）Flex sim數(shù)據(jù)調(diào)用。Flex sim是美國公司Flex sim所開發(fā)，到現(xiàn)在是世界上第一個也是唯一一個能夠在圖形中C++IDE和編譯器所集成的仿真軟件。在Flex sim中將資料、圖像、語言等不同因素相結(jié)合中都可以與其他的軟件一起使用，并且還可以從Excel的表中讀取不同的額資料和對數(shù)據(jù)的輸出，在生產(chǎn)線中的數(shù)據(jù)直接讀取實(shí)時資料以及作業(yè)的分析功能。

3 結(jié)語

綜上所述，在PLC自動化控制生產(chǎn)過程的實(shí)時仿真系統(tǒng)設(shè)計，不僅減少了傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)過程系統(tǒng)的復(fù)雜操作流程，更提高了工作效率和工作速度。除此之外，PCL仿真系統(tǒng)設(shè)計更具有自動化生產(chǎn)的現(xiàn)場過程工藝數(shù)據(jù)的參數(shù)，為現(xiàn)代的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)更加進(jìn)一步的分析和仿真優(yōu)化的數(shù)據(jù)提供了建模的基礎(chǔ)。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，相信基于PCL的自動化生產(chǎn)過程中所進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集和仿真引擎的優(yōu)化系統(tǒng)會越來越完善，這將會給現(xiàn)代的生產(chǎn)化系統(tǒng)大大提高了生產(chǎn)的效率。

［1］沈維偉.西門子(SIEMENS)自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)用［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，（22）:19-20.

［2］王燦釗，高琪翔.基于利用TEQC及RTKLIB軟件分析GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量自動控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.汽車工藝與材料，2017，（3）:57-61.

［3］戴虎，劉根豹，虞春躍.Flexsim模擬環(huán)境［J］.中國系統(tǒng)工程學(xué)會決策科學(xué)專業(yè)委員會第六屆學(xué)術(shù)年會論文集［C］.2014，（2）:41-42.

熊媛（1979-），女，大學(xué)本科，講師，主要研究方向:電氣自動化、機(jī)電一體化。