基于MCGS的PLC虛擬監控系統平臺＊

靳雷，薛韶燁

（河南質量工程職業學院，河南 平頂山 467001）

PLC作為專門面向工業環境下的應用而設計的核心控制器，具有可靠性高、抗干擾能力強、維護方便、功能完善等優點，在工業自動化領域占有重要的位置，PLC控制系統的設計及調試就顯得尤為重要。由于受到時間、空間和硬件資源等諸多因素的制約，給系統的開發調試以及高校實驗教學帶來一定的困難［1］，因此虛擬仿真技術逐漸受到大家的關注。通過虛擬實驗平臺可以讓調試人員以交互的方式進行實驗操作，為項目設計調試縮短開發周期，同時也為高校實踐教學解決了實驗設備資源緊張等問題［2］。

鑒于此，采用組態軟件MCGS構建虛擬被控對象，并利用目前工業通信領域廣泛應用的OPC技術，結合PLC編程、仿真軟件共同構建的PLC全虛擬仿真系統平臺，程序調試人員不需要實物僅通過一臺計算機就可以動態實時地對控制程序調試驗證，極大地方便了控制系統的開發、調試［3-4］，同時也為高校的實驗教學提供了一條新的途徑。

1 虛擬教學實驗系統總體設計

1.1 軟件構成

（1）三菱編程軟件、仿真軟件

三菱PLC的編程軟件GX Developer結合三菱PLC程序仿真軟件GX Simulator，可實現PLC的離線和在線調試功能，通過模擬監控外部設備I/O口的通斷狀態以及軟元件的測試達到對控制程序的調試，其缺點是程序調試時不能直觀觀測到控制過程。

（2）三菱OPC服務軟件MX OPC Server

OPC作為一個開放的接口標準，為數據源和數據使用者提供了一種標準的數據訪問機制，數據源可以是現場的I／O設備，也可以是其他的應用程序，不同廠商的軟、硬件只要提供符合OPC規范的接口，就可以集成到整個系統中去，達到控制系統的無縫鏈接［5-6］。

目前幾乎所有自動化軟件解決方案的提供者均支持OPC通訊協議，并提供OPC Server，三菱公司推出的MX OPC Server軟件，專門用于三菱全系列PLC的OPC服務器軟件，可以與任何標準的OPC客戶端通信并提供數據信息。系統平臺通信設計將以MX OPC Server作為OPC的服務器。

（3）MCGS軟件

MCGS作為一款優秀的面向窗口、全中文的國產組態軟件，是一種用于快速構造和生成監控系統的組態軟件，在自動化領域有著更廣泛的應用。它擁有PLC、變頻器、智能模塊及儀表等常用設備組態模塊，支持OPC通信協議，MCGS組態軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略構成，用戶可以快速構造和生成監控系統。

1.2 仿真平臺結構方案

PLC虛擬仿真平臺采用三菱編程軟件GX Developer、三菱編程調試仿真軟件GX Simulator構建虛擬PLC控制器，上位機利用組態軟件MCGS構建虛擬控制對象，用三菱MX OPC Server作為OPC服務器，建立起GX Simulator與MCGS實時數據庫的通信連接［7］，從而實現對PLC控制系統實時在線虛擬仿真監控的功能。PLC虛擬監控系統平臺結構框圖如圖1所示。

圖1 PLC虛擬監控系統平臺結構框圖

1.3 虛擬PLC與OPC Server通信

（1）安裝三菱編程軟件GX Developer 8.86，再安裝三菱仿真軟件GX Simulator v6，在GX Developer中根據控制要求編制PLC控制程序后，啟動程序仿真。

（2）安裝三菱OPC服務軟件MX OPC Server6.04，打開Communication Setting Wizard-PC side對話框，選擇“PC side I/F”屬性為GX Simulator(仿真軟件)，“Station type”選擇“Host station”，“CPU type”選擇與編程軟件中程序的PLC類型相一致，在MX OPC Configurator中，添加虛擬PLC連接，在“Address Space”進行設備連接，新建“New Group”或“New Data Tag”，添加所要監控的變量組及I/O變量，要保證I/O地址與編程軟件中的地址一致，完畢后可以啟動在線監控［8］，通訊設置如圖2所示。

圖2 MX OPC Server通訊設置

1.4 MCGS與OPC Server通信

安裝MCGS 6.2通用版，創建MCGS工程，打開實時數據庫，根據系統的控制要求，點擊“新增對象”建立所需要監控的數據變量，并在“對象屬性”里對不同的變量作對應的設置。打開設備組態窗口，在設備工具箱的“設備管理”里添加“OPC設備”，如圖3所示。打開“通用OPC設備屬性編輯”窗口，在“基本屬性”條目中點擊“OPC服務器”，在“選擇計算機上注冊的OPC服務器”條目中選擇“Mitsubishi.MXOPC.6”，如圖4所示，其后在“通道連接”條目中，找到MCGS實時數據庫中已經建立的數據變量，在“通道名稱”條目下，點擊“查詢通道”，在“瀏覽可用的數據項”選項中，找到MX OPC Server中已經建立的OPC數據變量，MCGS實時數據庫中的數據變量與OPC數據變量一一建立對應的數據連接，并選擇合適的通道類型及讀寫屬性，最后打開“設備調試”，對組態設備檢查無誤后即完成MCGS與OPC Server的通信設置。

圖3 設備管理添加OPC設備

圖4 OPC通道連接

2 仿真平臺應用實例

以四層電梯PLC控制系統為例進行仿真實驗，電梯控制中各種信號的出現具有不確定性，同時信號需要有自鎖保持、互鎖保護、優先級排隊及數據比較等環節［9］，電梯的控制要求由于篇幅所限，不加贅述，詳見參考文獻［9］。

（1）利用GX Developer軟件編制控制系統程序，CPU類型選擇FX2N(C)，并利用其GX Simulator仿真軟件對編制的程序進行仿真調試。

（2）OPC設置，在MX OPC Server中建立與控制程序地址相對應的數據變量，啟動監控模式進入在線監控，通信顯示為“Good”，證明虛擬PLC與OPC軟件通信成功，虛擬PLC與OPC數據通訊監視畫面如圖5所示。

圖5 虛擬PLC與OPC數據通訊監視畫面

（3）上位機MCGS設置

根據四層電梯的控制要求，在實時數據庫建立所要監控的數據變量，然后對設備窗口組態設置，在OPC設備屬性中，選擇OPC服務器“Mitsubishi.MXOPC.6”，建立對應的數據通道，MCGS與OPC數據通道連接如圖6所示。

圖6 MCGS與OPC數據通道連接

（4）在MCGS用戶窗口中進行相關畫面組態以及在運行策略中編寫腳本程序。

（5）對整個控制系統進行聯合仿真調試，需要將三菱仿真軟件GX Simulator、三菱OPC服務軟件MX OPC Server和MCGS均置于仿真運行監控模式，便可動態地觀察到四層電梯的運行以及PLC程序的運行情況，調試好的上位機監控畫面如圖7所示。

圖7 上位機監控畫面

3 結論

設計的虛擬仿真平臺采用PLC編程、仿真軟件和MCGS軟件為載體，以MX OPC Sever作為上位機監控軟件MCGS與下位機虛擬PLC數據通信的媒介，實現了二者之間實時在線通訊。在無PLC硬件和控制對象等實物的條件下，僅利用一臺PC機，就可實現對各種復雜的PLC控制系統進行實時監控仿真［10］。仿真實例表明，平臺具有良好的開放性和交互性，為工程技術人員進行系統調試以及高校實驗教學提供一種新的方法，值得推廣和借鑒。