基于Forcecontrol的全虛擬PLC仿真實驗平臺的開發

雷翔霄 徐立娟 王宏彥

（長沙民政職業技術學院 湖南 長沙 410004）

基于Forcecontrol的全虛擬PLC仿真實驗平臺的開發

雷翔霄 徐立娟 王宏彥

（長沙民政職業技術學院 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設備驅動等功能開發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構成的虛擬仿真實驗平臺，可以直觀、逼真地顯示PLC動態控制過程，大大提高PLC實驗的教學水平與教學效果。

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，在工業控制領域得到了廣泛應用。目前，在開設有自動化、控制、機電等專業的全國各高等院校，均將PLC課程作為專業主干課程來開設。

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

Forcecontrol組態軟件集動畫顯示、流程控制、數據采集、設備控制與輸出等諸多功能于一身。我們可以借助Forcecontrol開發實驗所需要的監控界面，形象生動地展現控制過程，以取代價格昂貴的實物模型。為實現虛擬的PLC與上位監控系統Forcecontrol之間的通信，我們開發了全虛擬的三菱PLC仿真實驗平臺?，F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全虛擬的集PLC控制與上位機監控于一體的仿真實訓平臺的過程。

全虛擬仿真實驗平臺的實現

全虛擬仿真實驗平臺實現的關鍵是保證Forcecontrol與三菱編程軟件GX之間的實時數據傳送。

仿真平臺總體方案設計 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當中進行PLC控制對象的組態，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據交換，在Forcecontrol監控界面中完成控制過程的展示。

虛擬PLC的創建與通信參數設置 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置窗口中按照三菱公司提供的AnA（CPU）標準通信協議進行GX Simulator的通信參數設置，如圖1所示。

圖1 GX Simulator通信設置界面圖

Forcecontrol與虛擬PLC的通信連接I／0 Forcecontrol的設備驅動負責建立系統與外部硬件設備的連接，使得Forcecontrol能從外部設備讀取數據，并通過設計的監控界面顯示外部設備的運行情況，實現對工業過程的實時監控。Forcecontrol與虛擬PLC的連接步驟如下：（1）在Forcecontrol組態軟件開發平臺上，雙擊“IO設備組態”進入設備組態；（2）在Iomanager中選擇MITSUBISHI（三菱）A系列（串口）并進行設備名稱、設備地址、使用串口、通信參數等進行設置；（3）在DbManager中進行數據點名設置并與PLC中的軟元件進行連接。這樣，Forcecontrol與PLC的通信連接就建立了。GXSimulator中可以調用I／0函數，用來對外部操作進行模擬，只要滿足條件，GX Simulator就可以自動讓內部軟元件導通或斷開。

控制器對控制對象控制過程的實現 準備一根兩端是母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上運行已調試好的梯形圖控制程序，同時在Forcecontrol中點擊運行按鈕。此時，Forcecontrol的工程運行界面根據虛擬PLC的輸出運行而相應變化，實現上位機對下位虛擬PLC的直接監控和組態，形象、生動、直觀地展現整個控制過程。

基于Forcecontrol的交通燈控制系統設計與調試

圖2 監控界面圖

組建系統工程 從Forcecontrol軟件進入組態界面，分析交通燈控制系統工程項目結構，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位置。監控界面如圖2所示。

制作動畫顯示界面 將實時數據庫中的數據與虛擬設備中的軟元件連接起來，并設置相應的動畫屬性。

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

參數設置 按上文“Forcecontrol與虛擬 PLC的通信連接”所述步驟完成通訊參數的設置，建立設備構件，連接設備通道，確定數據變量處理方式，完成設備屬性設置。

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

上述用Forcecontrol與GX所開發的全虛擬PLC仿真試驗平臺，完全能夠實現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生開展PLC控制實驗，也可用于學生的課程設計、畢業設計，而且還可作為實際工程的研究調試平臺。

[1]周美蘭.PLC電氣控制與組態設計（第二版）[M].北京：科學出版社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控制系統研究[J].中國現代教育裝備，2007，（12）.

[5]宋人杰，王強.組態軟件通訊接口在DCS仿真界面設計中的應用[J].電力系統自動化，2007，（31）.

G712

A

1672-5727（2011）07-0166-02

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