PLC編程虛擬調試技術研究

趙健

（上汽通用汽車有限公司，上海 201206）

隨著數字化工廠推進，建立工藝數模和PLC程序之間的互動成為一種需求，通過PLC本身自帶的或是第三方的OPC應用，建立PLC和工藝數模間的通訊，從而實現PLC和工藝數模的互動。一方面可以提前驗證工藝數模的準確性、可達性、有效性等，另一方面可以對PLC程序進行提前驗證，包括邏輯、報警等，從而確保在現場調試的PLC程序正確率達標，可以減少現場調試時間，提升項目質量，降低項目成本。

1 PLC虛擬調試說明

OPC為硬件制造商與軟件開發商提供了一座橋梁，透過硬件廠商提供的OPC Server接口，建立軟件和硬件之間的通信。OPC Server提供了許多接口，通過這些接口，可以取得與OPC Server相連的硬件裝置的信息，而無須了解這些硬件裝置的細節信息，就可以實現信號互動。

PLC虛擬調試就是通過這種技術，建立PLC和工藝數模的通信，從而實現PLC程序提前調試的目的。目前市場上支持這方面的工藝制造應用不是很多，其中西門子的Tecnomatix是非常著名的制造應用軟件，旗下的Process Designer和Process Simulation是2個非常重要的應用軟件。另外由于開放式體系架構，使得它和第三方產品的兼容性非常強。

Siemens PLC和Process Simulation間的通訊簡潔方便，調試后的PLC程序完善度也最高，應用較為廣泛，有許多應用案例可參考，這里不多重復介紹。這里以Rockwell PLC和Process Simulation間的通訊應用來說明虛擬調試的具體應用方法，其基本原理是一樣的。

2 虛擬調試所需的軟硬件及連接方式

2.1 主要應用軟件

RsLogix 5000—Rockwell 編程軟件，調試用20.03版本。

RSLinx Classic Gateway—3.60版本以上。

PS—Process Simulation工藝仿真軟件，13版本以上。

2.2 主要硬件

Rockwell PLC—1臺。

PC工作站，配置要高—1臺。

其他硬件選配，列如HMI、安全光柵、按鈕、指示燈等。

2.3 連接示意圖，見圖1

圖1

其中，PD/PS軟件和RSLinx Gateway都安裝在PC工作站上，RsLogix 5000的軟件建議用另外的編程電腦安裝，這樣調試比較方便，PLC和PC工作站之間用以太網進行連接，因連接的設備較多，還需要1臺交換機。

3 工藝數模配置

在調試開始之前，我們需要先有對應的數模，這個數模是通常是由工藝工程師負責的，在數模完成后，若需要進行虛擬調試，還要在Process Simulation中進行配置。因為要和PLC進行通訊，就需要在數模中添加信號，這些添加的信號就相當于現場的傳感器、閥島等，到時這些信號需要和PLC的進行互動的；對PLC而言，這些就是現場設備的輸入輸出信號，PLC根據這些信號狀態進行邏輯處理，執行相關的動作。下面的示意圖，見圖2，就是針對一組夾頭需要加載的信號。其中MOVE_OPEN對應于PLC的輸出—打開夾頭，MOVE_CLOSE對應于PLC的輸出—關閉夾頭，AT_OPEN對應于PLC的輸入—夾頭已打開，AT_CLOSE對應于PLC的輸入—夾頭已關閉。除了這些，還需要添加邏輯關系，用于處理夾頭的動作順序。

圖2

為了和PLC進行通訊，還需要建立一張輸入輸出信號的對應表，將數模中加載的信號和PLC的信號對應起來，見圖3，導入到PS中，這樣才可以建立和PLC的通訊。

圖3

4 通訊、配置信息

4.1 IP地址配置要求

首先，PC工作站、PLC、編程電腦包括HMI等都需要連接到交換機，并在同一個IP地址段內，這樣相互之間能夠直接通訊，例如192.168.1.XX，子網掩碼等無需配置。另外，對于安裝PD/PS的工作站要求雙網卡，一個用于和PLC之間的通信，另外一個用于和PD/PS軟件之間的通信（常規的PD/PS是網絡版的，需要連接到服務器獲取；當然，本地安裝版不需要雙網卡）。

4.2 通訊建立

首先是在編程電腦端進行配置，打開RsLinx，選擇通訊方式，按照硬件配置的方式進行選擇，可以訪問到PLC的硬件組態，見圖4。

圖4

然后在安裝有PD/PS及RSLinx Classic Gateway端的PC工作站上進行相關操作，打開OPC進行配置，見圖5，按步進行操作，一直到最后建立通信成功，見圖6。

圖5

圖6

出現這個“Good”，說明你的PLC和PS已經建立了通信，通過上述方式，所需的信號點都可以和PS的信號建立通訊。

5 程序調試

通過上面的方式建立了PLC和數模之間的通訊，說明兩者之間的信號可以互相傳遞了，也就是搭建溝通的橋梁。若上面通訊無法建立，請檢查有哪些沒有準備好，或者是遺漏了什么，只有建立了兩者之間的通訊，后面的工作才可以展開。按照上面的步驟，把所有需要的信號都建立對應關系。

5.1 I/O校驗

I/O校驗是指將數模中的信號和PLC的信號一一對應起來，類似于現場的I/O校驗一樣。這個比較簡單，主要有2種方式：一種檢查數模處在哪個位置，確定對應的PLC信號是否為on；還有一個是從PLC那端開始校驗，PLC給出一個動作信號，數模就應該有對應的動作，然后檢查相關的信號是否一致。

5.2 程序聯調

將事先編寫好的離線PLC程序導入到PLC中，開始和數模互動聯調。因受條件限制，虛擬調試的環境不可能會和現場配置那么齊全，虛擬調試環境一般不含I/O總線模塊、安全裝置和按鈕指示燈等。所以，虛擬調試中的程序和現場程序是有一些區別的。我們在程序調試的時候要做一些調整，一般是添加一些跳轉信號或者是短接、屏蔽信號，以滿足虛擬調試程序需求。這次我們做的是和Rockwell PLC通訊，需要做許多假設、屏蔽工作，但若是西門子PLC進行通訊，會方便很多，因為西門子有專門的仿真模塊，名稱是SIMIT UNIT，可以模擬大部分現場的設備，包括ET200s等，確保虛擬調試邏輯和現場實際應用邏輯基本一致，可以使虛擬調試程序和實際現場程序非常接近，減少許多工作量。

5.3 聯調的注意事項

上文提到有些元器件是虛擬調試環境沒有的，那么有些信號無法直接獲取，需要在程序中加短接或開路信號。一般不建議在原程序上進行直接改動，如刪除變量或加短接、旁路支路，這樣會導致在現場調試時需要用大量的時間進行程序的恢復工作，并且很容易疏忽或遺漏，增加調試時間。

建議在程序中建立相應的變量組，對應常開或常閉的信號，并按功能進行分類。在程序需要短接的地方引入常閉的旁路信號，在程序需要常開的地方插入對應的常開變量，而不是直接短接或旁路。這樣程序可以做到快速切換，從虛擬調試程序切換到現場程序，也可以快速切換回來。這樣避免虛擬調試與現場調試切換時大量的程序修改工作，也避免了切換時錯誤的產生。

6 現場調試

若虛擬調試順利，并且在加載短接或旁路信號時采用了相應變量的話，現場調試還是比較方便的。先將PLC程序切換到現場程序模式，然后導入到現場PLC中，按步驟進行調試，調試過程中逐步把原先加載的變量組刪除，因為當初是特定的變量，刪除變量非常方便也不容易犯錯。因為已經有了虛擬調試，很多邏輯或程序塊都得到了提前驗證，現場調試可以節省很多時間，越是復雜的項目節省的時間越多。

7 結語

PLC編程虛擬調試是大數據時代的產物，也是工業自動化發展的必然結果。利用虛擬調試技術，可以將整條生產線的機械、電氣、機器人整合在一起進行仿真模擬，可以提高企業對生產系統整條運轉時可能發生問題的認知度，從而在未投入正式制造之前對系統進行驗證和優化，以提升效率，降低項目成本。