基于Forcecontrol的全虚拟PLC仿真实验平台的开发

2022-03-22 09:23:14 | 浏览次数：

摘要：利用Forcecontrol 6.0强大的图形绘制、动画操作、完善的I/O设备驱动等功能开发了基于三菱编程软件GX与Forcecontrol的全虚拟PLC仿真实验平台，重点解决了GX与Forcecontrol之间的通信问题。通过Forcecontrol与GX构成的虚拟仿真实验平台，可以直观、逼真地显示PLC动态控制过程，大大提高PLC实验的教学水平与教学效果。

关键词：Forcecontrol；PLC；虚拟仿真实验平台；通信

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2011）07-0166-02

PLC因其可靠性高、抗干扰性强、使用简便、编程方便的特点，在工业控制领域得到了广泛应用。目前，在开设有自动化、控制、机电等专业的全国各高等院校，均将PLC课程作为专业主干课程来开设。

要验证PLC程序正确与否，只能用PLC来控制相应的控制对象，以观察控制结果是否正确。但PLC的控制对象一般都体积大、结构复杂，很难在实验室配备，这成为了PLC教学的一个关键难题。如果可以用计算机全真模拟被控对象，则可利用有限的设备及多样化的程序加强实验课教学，提高学生的实验兴趣，提高PLC课程的理论与实验教学水平和教学效果，加深学生对PLC实验的理解，明确本课程在生产实际中的重要性。

Forcecontrol组态软件集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出等诸多功能于一身。我们可以借助Forcecontrol开发实验所需要的监控界面，形象生动地展现控制过程，以取代价格昂贵的实物模型。为实现虚拟的PLC与上位监控系统Forcecontrol之间的通信，我们开发了全虚拟的三菱PLC仿真实验平台。现介绍以安装了三菱GX Developer、GX Simulator以及Forcecontrol软件的计算机为平台开发全虚拟的集PLC控制与上位机监控于一体的仿真实训平台的过程。

全虚拟仿真实验平台的实现

全虚拟仿真实验平台实现的关键是保证Forcecontrol与三菱编程软件GX之间的实时数据传送。

仿真平台总体方案设计采用安装好GX Simulator软件的GX Developer作为PLC编程平台，将编制好的程序在其中进行仿真，作为一个虚拟PLC控制器；在Forcecontrol当中进行PLC控制对象的组态，作为虚拟的控制对象；虚拟PLC控制器与虚拟的控制对象之间通过通信连接进行数据交换，在Forcecontrol监控界面中完成控制过程的展示。

虚拟PLC的创建与通信参数设置由于三菱A系列PLC自带串行连接模块，可直接与带有串行接口的设备通信，因此，在方案选择时将它作为三菱PLC的通用虚拟控制模块。在安装有GX Simulator仿真调试软件的GX Developer中完成梯形图的编制并点击“梯形图逻辑测试启动”菜单，在弹出串口通信机能的设置窗口中按照三菱公司提供的AnA（CPU）标准通信协议进行GX Simulator的通信参数设置，如图1所示。

Forcecontrol与虚拟PLC的通信连接I／0Forcecontrol的设备驱动负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得Forcecontrol能从外部设备读取数据，并通过设计的监控界面显示外部设备的运行情况，实现对工业过程的实时监控。Forcecontrol与虚拟PLC的连接步骤如下：（1）在Forcecontrol组态软件开发平台上，双击“IO设备组态”进入设备组态；（2）在Iomanager中选择MITSUBISHI（三菱）A系列（串口）并进行设备名称、设备地址、使用串口、通信参数等进行设置；（3）在DbManager中进行数据点名设置并与PLC中的软元件进行连接。这样，Forcecontrol与PLC的通信连接就建立了。GX Simulator中可以调用I／0函数，用来对外部操作进行模拟，只要满足条件，GX Simulator就可以自动让内部软元件导通或断开。

控制器对控制对象控制过程的实现准备一根两端是母COM口的9芯串口线，将安装有Forcecontrol及GX Simulator软件的两台计算机的串口用线直接连接起来。在GX Simulator上运行已调试好的梯形图控制程序，同时在Forcecontrol中点击运行按钮。此时，Forcecontrol的工程运行界面根据虚拟PLC的输出运行而相应变化，实现上位机对下位虚拟PLC的直接监控和组态，形象、生动、直观地展现整个控制过程。

基于Forcecontrol的交通灯控制系统设计与调试

组建系统工程从Forcecontrol软件进入组态界面，分析交通灯控制系统工程项目结构，建立工程框架，从Forcecontrol“对象元件库”中选取元件并置于窗口适当位置。监控界面如图2所示。

制作动画显示界面将实时数据库中的数据与虚拟设备中的软元件连接起来，并设置相应的动画属性。

运行策略为了更加逼真地显示交通灯的实际工作状况，本设计采用了脚本程序在运行策略中的循环策略来仿真交通灯的运行变化。

参数设置按上文“Forcecontrol与虚拟PLC的通信连接”所述步骤完成通讯参数的设置，建立设备构件，连接设备通道，确定数据变量处理方式，完成设备属性设置。

整体运行与综合测试在GX Simulator上运行已调试好的梯形图控制程序，在PC机上进入Forcecontrol的运行环境。此时Forcecontrol的运行界面根据虚拟PLC的输出运行而相应变化，实现上位机对下位虚拟PLC的直接监控和组态，从而形象、生动、直观地展现整个控制过程。

上述用Forcecontrol与GX所开发的全虚拟PLC仿真试验平台，完全能够实现PLC所见即所得的控制效果。另外，基于Forcecontrol的全虚拟PLC仿真实验平台不但可以用于为学生开展PLC控制实验，也可用于学生的课程设计、毕业设计，而且还可作为实际工程的研究调试平台。

参考文献：

[1]周美兰.PLC电气控制与组态设计（第二版）[M].北京：科学出版社2009.

[2]GX Simulator Version6 Operating Manual[Z]．Mitsubishi Electric Corporation，2005.

[3]日本三菱电机有限公司.GX与Mitsubishi连线辅助说明书[Z]．2004.

[4]叶力，郑萍.基于GX与MCGS的全虚拟PLC控制系统研究[J].中国现代教育装备，2007，（12）.