PLC仿真系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的應(yīng)用

[摘要]概述了PLC仿真系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，說(shuō)明了組態(tài)軟件和PLC的優(yōu)點(diǎn)和組成實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程仿真的可行性，以MCGS組態(tài)軟件組成的人機(jī)監(jiān)控界面和PLC 的硬件編程邏輯的模擬仿真控靠，系統(tǒng)可以較真實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情景，有適應(yīng)性廣，便于開(kāi)發(fā)、維護(hù)和延展等特點(diǎn)，并具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]仿真系統(tǒng);PLC;MCGS

PLC是“ProgrammableLogicController”的英文縮寫，意為“可編程序邏輯控制器”，它是采用微電腦技術(shù)制造的電氣自動(dòng)控制設(shè)備。它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能。與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC控制具有控制速度快、可靠性高、靈活性強(qiáng)、硬件接線簡(jiǎn)單、改變生產(chǎn)工藝十分方便等優(yōu)點(diǎn)。

一、PLC仿真軟件的概述

PLC指令仿真模塊的功能是根據(jù)已經(jīng)讀人的語(yǔ)法和語(yǔ)義結(jié)構(gòu)賦予一定的意義，使其具有PIE的CPU的功能，對(duì)于指令仿真模塊來(lái)說(shuō)，其輸入是語(yǔ)法分析模塊生成的語(yǔ)法樹(shù)所包含的各種信息。這一部分要根據(jù)不同的PLC的功能具體實(shí)現(xiàn) PLC程序可看作由專用的編程語(yǔ)言(梯形圖、語(yǔ)句表等)所編寫的源程序。不能夠直接被計(jì)算機(jī)執(zhí)行而必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言PLC程序仿真執(zhí)行就是一個(gè)PLC語(yǔ)言的翻譯過(guò)程，主要有編譯和解釋兩種方法實(shí)現(xiàn)。這里采用解釋法，即逐句解釋并執(zhí)行。每當(dāng)逐句解釋執(zhí)行完畢后，相當(dāng)于一個(gè)掃描周期結(jié)束。雖然這種方式執(zhí)行的速度比編譯法慢。但是一般情況下仍在允許的范圍之內(nèi)，而且采用解釋法能夠更接近實(shí)際PLC循環(huán)掃描的工作過(guò)程，在模擬仿真過(guò)程中更方便觀察、調(diào)試程序。

二、PLC仿真軟件的設(shè)計(jì)

仿真技術(shù)伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展而來(lái).是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析、診斷和優(yōu)化的有力工具之一。有效的設(shè)計(jì)控制仿真系統(tǒng)，應(yīng)用于各類實(shí)踐，可以起到投資少、效果好、效率高的作用。在工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，由于工業(yè)生產(chǎn)向著高速、大型化及自動(dòng)化方向發(fā)展，大量重大生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程控制設(shè)備的應(yīng)用，成本日益增高，對(duì)運(yùn)行操作人員素質(zhì)要求愈來(lái)愈高，仿真系統(tǒng)可以基本真實(shí)貼近現(xiàn)場(chǎng)控制實(shí)際。

對(duì)控制對(duì)象的仿真設(shè)計(jì)包括兩大部分，即仿真對(duì)象的設(shè)計(jì)以及控制仿真對(duì)象動(dòng)畫(huà)的腳本程序的設(shè)計(jì)。仿真界面(虛擬被控對(duì)象)可以通過(guò)“組態(tài)王”軟件中的子圖連接、窗口連接或利用圖片處理的方法按照制定樣式的功能設(shè)計(jì)出來(lái)，并根據(jù)系統(tǒng)要求在軟件基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，采用動(dòng)畫(huà)、聲音連接技術(shù)，使設(shè)計(jì)的人機(jī)界面友好、生動(dòng)。

三、梯形圖向指令表的轉(zhuǎn)換

梯形圖是由很多個(gè)梯級(jí)構(gòu)成的，在梯形圖的人工轉(zhuǎn)換過(guò)程中，遵循著自上而下、從左往右的原則，逐個(gè)梯級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，梯形圖本質(zhì)上就是一個(gè)有向圖，梯形圖在繪制過(guò)程中，通過(guò)梯形圖鏈表，表明了各個(gè)元件所在的行和列。梯形圖的轉(zhuǎn)換過(guò)程就是根據(jù)了元件所在的行、列坐標(biāo)，仿照人工轉(zhuǎn)換思維，把梯形圖先轉(zhuǎn)換為一棵二叉樹(shù)，然后根據(jù)二叉樹(shù)來(lái)識(shí)別相應(yīng)的指令。1幅梯形圖可以看成是觸點(diǎn)或者電路塊之間串聯(lián)與并聯(lián)。而電路塊實(shí)質(zhì)上就是2個(gè)或2個(gè)以上觸點(diǎn)構(gòu)成的。所以本質(zhì)上還是觸點(diǎn)的串聯(lián)與并聯(lián).串聯(lián)用“*”號(hào)表示，并聯(lián)用“+”表示。如圖1所示。

按照自上而下、從左往右的原則，該梯形圖可轉(zhuǎn)換為二叉樹(shù)。二叉樹(shù)是梯形圖向指令表轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，每個(gè)梯級(jí)均對(duì)應(yīng)1棵二叉樹(shù)。二叉樹(shù)清晰地表達(dá)了觸點(diǎn)之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)二叉樹(shù)進(jìn)行遍歷，結(jié)合對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)類型，進(jìn)行指令表的書(shū)寫。

四、PLC仿真軟件的工作原理

基于組態(tài)軟件的仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理，在于PLC內(nèi)部各種繼電器的狀態(tài)與組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的鏈接以及該數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)界面上圖形對(duì)象的鏈接。因PLC控制系統(tǒng)實(shí)際輸出控制時(shí)，是通過(guò)輸出繼電器Y和輸出模塊去驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的，外界的控制信號(hào)和反饋信號(hào)通過(guò)輸入繼電器x進(jìn)入PLC內(nèi)部。而在仿真運(yùn)行狀態(tài)時(shí)PLC的輸出模塊與外界是斷開(kāi)的，輸出(繼電器Y的)信號(hào)通過(guò)通信線只與組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，而這些數(shù)據(jù)又與屏幕(界面)上顯示的圖形對(duì)象有關(guān)聯(lián)。當(dāng)PLC輸出繼電器Y的各點(diǎn)狀態(tài)有變化時(shí)，改變了數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)值，繼而使相應(yīng)的圖形對(duì)象發(fā)生變化，產(chǎn)生我們所要求的模擬實(shí)際對(duì)象動(dòng)作的仿真效果。同時(shí)，PLC的輸入信號(hào)也要與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)對(duì)屏幕上圖形對(duì)象的鼠標(biāo)操作，或組態(tài)軟件內(nèi)部變量事件觸發(fā)而改變與其鏈接的數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，繼而改變輸入信號(hào)。在編寫PLC程序時(shí)要注意通過(guò)對(duì)屏幕上圖形對(duì)象的鼠標(biāo)操作，或組態(tài)軟件內(nèi)部變量事件觸發(fā)給PLC的輸入信號(hào)只是一個(gè)脈沖信號(hào)。組態(tài)軟件仿真對(duì)象不僅可以接受多種由PLC發(fā)出的如數(shù)字、模擬等控制信號(hào)，亦可向PLC反饋數(shù)字、模擬等各種信號(hào)，與PLC進(jìn)行各種狀態(tài)數(shù)據(jù)的交換，從而反映PLC運(yùn)行與控制對(duì)象動(dòng)作結(jié)果之間的關(guān)系。

五、結(jié)束語(yǔ)

可編程控制器(PLC)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。因PLC用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，且PLC不同于微機(jī)，無(wú)法通過(guò)顯示器觀察程序的執(zhí)行結(jié)果，PLC程序的驗(yàn)證只有與被控對(duì)象結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)非常重要。由于現(xiàn)行PLC的操作系統(tǒng)(系統(tǒng)管理軟件)是建立在邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，不具備系統(tǒng)管理能力，沒(méi)有良好的人機(jī)聯(lián)系界面，可視性差。如果采用組態(tài)軟件和PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合，以“組態(tài)王”軟件為基礎(chǔ)，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，利用“組態(tài)王”對(duì)PLC進(jìn)行動(dòng)畫(huà)組態(tài)、硬件組態(tài)和控制組態(tài)，通過(guò)計(jì)算機(jī)全真模擬PLC的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)PLC的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行模擬，PLC仿真軟件系統(tǒng)必將得到大力的發(fā)展。

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