虚拟PLC（通用3篇）
虚拟PLC 篇1
复合材料纤维自动铺放成型技术以缠绕原有技术和自动铺带技术为基础进行改革推新提出的, 早期应用于复合材料飞机的机身制造, 现在已经成为一种成熟的复合材料成型技术。纤维铺放技术是现代工业中最为有效的复合材料的主要成型技术之一。本文主要针对纤维铺放的运动过程进行虚拟PLC控制系统设计, 对纤维铺放机的运动实现提供理论基础和直观验证, 为后续的生产实践奠定基础。
1 纤维铺放虚拟PLC控制系统总体设计
纤维自动铺放的虚拟PLC控制系统主要分为两个部分:上位机是虚拟PLC控制系统的设计, 而下位机则是虚拟模型的可视化显示和虚拟控制的设计, 同时在该设计中通过对通讯方式的了解和分析决定选用串口通讯的方式进行上下位机数据的有效传递。
上位机的虚拟PLC控制系统主要实现对STL控制代码的读取和编辑并显示其在对话框中的作用;实现对已经读取或编辑完成的STL代码进行有效信息的筛选和存储;对已经提取保存的有效信息进行逻辑分析和处理, 可以通过PLC运行仿真模块对所设计的PLC程序进行验证, 对出现不符合理论要求的程序进行改进并再次验证;将仿真结果无误的程序通过串口通讯的方式发送到下位机软件的功能。而下位机的主要功能是实现了接收和有效分析处理上位机串口模块所传递的控制数据, 并通过三维模型的运动状况的可视化显示验证所设计程序的正确性;控制面板模块通过所接收的控制信息驱动可视化三维模型;可视化显示模块则通过VC++和Open GL技术对STL格式的三维模型进行可视化显示并在接收运动控制指令时进行相应的运动过程并显示在该模块中。
2 虚拟PLC控制系统的设计
虚拟PLC控制系统的设计是该整体设计中的关键部分, 关系到数据如何驱动纤维铺放模型在虚拟平台上的运动, 使其按照所设计的要求和需要实现的功能进行可视化显示。在该模块设计中将上位机即虚拟PLC控制系统整体可分作四个模块:PLC指令读取和和指令编辑模块、PLC有效信息指令提取模块、PLC运行仿真模块、上位机串口通讯模块。
2.1 PLC逻辑算法解释
二叉树是数据结构的一种, 其组成形式是由n个节点构成的有穷集合, 并且每个结点至多仅有两棵子树, 左子树、右子树, 而且他们的次序不可以改变。其中只有一个特殊的节点被称作树根或者根节点。遍历是指将树的所有结点访问且仅访问一次。二叉树的遍历根据根节点遍历顺序的不同分为前序遍历、中序遍历和后序遍历。在我们以梯形图或者指令表等方式进行编写PLC控制程序后, PLC程序内部编译器需要对所编写的程序进行数据处理而得到我们所设计的输出结果从而可以达到驱动模型的目的, 而PLC对数据的处理是与二叉树数据结构的后序遍历的数据处理方式相似。
2.2 虚拟PLC仿真运行
PLC仿真的作用就是对PLC指令的应用状况进行即时的监测, 将PLC的输入输出实时的变化反应给操作者, 这样操作者就可以根据所显示的输入和输出的状态和程序理论应达到的结果进行对比, 对PLC所编写的程序进行测试和验证, 及时改正编写时出现的错误, 为硬件应用奠定理论基础, 因此PLC仿真运行是不可缺少的组成部分。将输入触点和输出触点分别保存到对应的二维bool数组中, 二维数组的参数分别表示其触点的字和位。将保存触点状态的数组初始值都设定为False, 表示所有输入触点和输出触点均未被触发。在输入触点部分, 我们通过MFC自带的控件添加了复选框和可以变化的图像对每一个输入触点进行表示, 首先选中需要触发的输入触点的复选框, 然后点击启动按钮, 则该输入触点相应的图像颜色进行改变表示该触点已经被触发, 此时经过已经编译好的逻辑运算过程对PLC程序进行解释, 当再运行过程中某个输入输出触点状态发生变化时, 其相对于的数组bool值也发生变化, 并将输出触点的变化赋给相应的输出bool数组。在输出触点部分则同样添加了可变化的图像表示其触点的变化, 如果其bool值发生改变, 即由初始的0变为1, 则代表该触点被触发, 通过图像的直观改变可以看到输出触点的状态。复位按钮则可以将已经实现设计所体现的触点状态全部复位, 恢复到初值状态, 保证新的程序的运行和验证。
3 虚拟PLC系统通信原理
为了实现与下位机中可控的纤维自动铺放设备的三维模型进行信息的交互, 本设计中我们选用串口通信的方式。而对于串口通讯, 一般采用多线程串口CSerial Port类和MSComm控件两种方式, 完成基于串口程序的编写。多线程串口编程工具CSerial Port类是由Remon Spekreijse提供的免费串口类[5], 与MSComm控件编写串口通讯的方式相对比, 可以减少我们在框架编写的复杂程度, 而且这个类打包时, 不需要再多余加入其它的文件, 而且所含有的函数都是可知的, 允许我们根据我们设计的要求进行进一步的改造, 通过对这个类进行必要的改造, 可以帮助我们完成所需要的设计任务。我们在该设计中选用多线程串口CSerial Port类进行串口通讯模块的编程设计。
在利用多线程串口CSerial Port类完成对串口通信框架的搭建和编写后, 需要考虑按照规定的格式从串口发送出去数据及从接收到的数据中提取重要信息, 基于该目的, 需要通过编写串口通讯协议来满足设计中的要求。在普遍被接受的用户层协议中, 我们可以将协议分为两大类, 即完整型和简单型协议。在纤维自动铺放的虚拟PLC控制系统的设计中, 下位机所接收的信息主要是用来驱动可视化的三维模型, 使其按照指令进行运动的仿真过程。而根据两种用户层协议特点的对比, 选用简单的自定义通讯协议来编写串口通讯所需要的协议。
4 纤维铺放虚拟PLC控制的实现
4.1 铺放机模型的可视化显示
因为纤维铺放机的结构相对比较复杂, 其中零件较多而且装配关系相对繁琐, 显然不适用于传统设计方法。而对于较复杂的三维模型, 我们则可以借助第三方软件来辅助我们进行设计显示, 这样模型的完整性和真事性可以通过更好的处理。所以选择首先在三维软件中对纤维自动铺放机进行三维建模和处理, 因为需要在Open GL环境下进行可视化显示, 将所设计好的模型以固定格式进行导出, STL文件作则为快速成型中主要使用的、由大量的三角面片连接所组成的一种文件。其模型的精度随三角面片的数量增加而增加。STL格式文件只包含三角面片的基本信息, 而并不含有材质、颜色、光照等附属信息, 因此对其信息的提取也相对容易同时也能很好的体现三维模型的状态, 所以在设计中选用STL格式导出。随后在Open GL环境下再通过内部函数的调用对所需要导入的模型格式进行解释, 最终实现三维模型的可视化显示。
4.2 纤维铺放虚拟PLC控制的具体实现
下位机根据接收并拆包上位机所打包发送的数据信息驱动可视化的三维模型运动, 三维模型的运动则通过控制接口状态的改变和相应函数参数的改变而相应的变化。在下位机整体设计中除了下位机的通讯端口外, 还设计了运动控制面板用来显示虚拟输入端口的状态, 通过对上位机发送来的数据包进行拆包, 将所设计的输入端口的状态通过改变控制接口bool值的状态在控制面板上进行及时显示。
5 结论
本文对纤维铺放虚拟PLC控制系统进行了设计, 并在VC++平台上进行了程序的开发。选择以虚拟串口的方式建立上位机和下位机的通讯通道, 并且对上位机和下位机分别进行了功能解释并加以实现。所设计的虚拟系统可以在条件成熟下可以实现对硬件系统的有效替换, 通过虚拟的PLC来控制其运动, 这样可以在脱离硬件的情况下完成对纤维自动铺放机模型的驱动, 可以更直观的在虚拟平台下观察到纤维自动铺放机的运动规律以及工作状态, 为实现其的生产应用以及后续的研究奠定坚固基础。
摘要：PLC技术是现代工程控制领域中最主要的应用技术之一, 虚拟PLC技术则作为硬件PLC可编程控制器的有效替代技术, 在控制领域拥有着越来越重要的地位。与此同时纤维自动铺放技术是复合材料制造领域中的关键制造技术, 不仅能够合理降低加工成本, 提高加工质量而且有益于纤维复合材料的广泛应用。纤维自动铺放运动过程的实现除了依附于硬件的支持, 仍需要通过软件平台的建立对其运动过程进行验证, 虚拟技术的实现则可以在生产加工前在虚拟平台上对机械设备进行合理仿真验证, 尽量避免在生产实践中出现问题, 导致加工不合理、工作效率低下等后果。对纤维自动铺放的运动过程进行虚拟PLC控制系统设计, 为纤维铺放机的运动的实现提供了理论基础和直观验证, 为后续的生产实践奠定基础。
关键词：VC++编程平台,虚拟PLC技术,串口通信技术,纤维铺放机
参考文献
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[2]Erickson, K.T.Programmable logic controllers.Potentials, IEEE.1996, 15 (1) :14-17.
[3]吉冬梅.数据结构中二叉树的生成及遍历非递归算法浅析[J].办公自动化, 2010 (02) :30-31.
虚拟仪器与PLC串口通信的实现 篇2
1 虚拟仪器的概述
随着信息化技术的不断发展, 计算机信息技术已经广泛的应用到各个行业当中。而在工艺领域当中, 人们为了使得虚拟仪器技术的应用效果得到进步的增强, 人们也将一些先进的计算机信息技术应用到其中, 从而实现虚拟仪器的智能化和网络化。但是, 虚拟仪器在实际应用的过程中, 如果其作业环境十分的恶劣, 那么就会对虚拟仪器的应用效果有着严重的影响, 从而降低了在线测量的准确性, 因此我们就要将一些先进的科学技术应用到其中, 使得虚拟仪器的应用效果和抗干扰能力得到提升。
2 系统的组成
在线测量系统在实际应用的过程中, 其系统的应用机械装置主要有预置机构、测量结构以及自动以及分档机构等部分组成的。这些不同的应用机构在整个应用系统中都有着十分重要的意义, 它们有利于对相关的数据信息的采集和处理, 让整个设备系统的运行情况进行有效的控制管理。另外, 在线测量系统在实际应用的过程中, 人们为了使其自动测量和分选的效果得到进一步的提高, 人们也将许多先进的科学技术和机械设备应用到其中, 这就使得整个系统的运用效果得到进一步的提升。
3 最佳信息冗余法
将工控设备和PLC进行直接的通信, 其效果并不理想, 而且也会使得信息通信的可靠性大幅度的湘江, 降低了其应用价值。而导致这些问题出现的原因主要有:a.工控机在和PLC进行通信的时候, 其节拍存在着一定的差异, 而且简单的线程工作, 是无法准确的对其进行控制, 这就使得在串口通信的过程中, 容易受到各方面因素的影响, 出现中断的情况;b.众所周知, PLC主要是采用的多次应答的通信方式, 而且它在每次应答的过程中, 都要对其周期进行扫描, 而普通的线程方法根本无法满足PLC运作的相关要求, 这就导致信息通信的可靠性大幅度的下降, 因此我们在对工控设备和PLC进行连接的过程中, 就需要采用的最佳信息冗余技术来对其进行处理, 进而使其信息通信的可靠性和效率得到保障。
3.1 信息冗余法。
信息冗余法是在使用通信组件的基础上, 采用软件中的信息冗余传送, 达到提高系统串行通信可靠性的目的, 是用来提高信息传递可靠性的一种常用手段。具体做法为:用普通的线程通信组件实现工控机与PLC的信息传送时, 用特定的字符作为某次传递的信息标志, 接收多方命令后通知发送方传递下一个信息, 由于信息的接收不可靠, 所以发送方必须连续发送多次方能保证接收方准确地收到信息。
3.2 最佳信息冗余法。
最佳控件冗余法是指在通信过程中发送的次数最少、所用的通信时间最短的一种信息冗余法。信息冗余法有多种实现方式, 一是每次通信都连续发送n次 (n为保证系统每次通信都可靠的最小发送次数) , 保证系统每次通信可靠;二是每次通信以收到对方的正确应答作为发送结束标志, 然后进行下一次数据传送, 否则重复传送。由于实际通信中, 并非每次通信都必须发送n次, 如果一次通信只发送m (m
4 基于最佳信息冗余法的串口通信实现
4.1 串口通信硬件。
串口通信是一种古老但目前仍常用的通信方式, RS-232C协议是历史较为悠久的一种通信协议。RS-232C协议定义了串口的电气特性、机械特性及功能特性等。在虚拟仪器与PLC串口通信设计中, 采用无握手信号的半双工串行数据传送方式实现交互式数据传递。其中, 虚拟仪器中采用工控机的COM1串口, MIT-SUBISHIFX2N型PLC采用FX2N-232-BD串口通信板实现串口通信。
4.2 串口通信软件
4.2.1 通信协议。
FX2N-232-BD的通信格式需通过PLC的特殊寄存器D1820设定。D1820为16位双字节。在本系统中, 工控机和PLC实现串口通信时采用的通信协议。呼叫、响应、数据和结束字符都采用单字节的ASCII码, 每个字节的ASCII码都预先定义好其含义。
4.2.2 程序设计。
串口通信为异步通信的标准方式, 利用查询方法工作。工控机与PLC串口通信的主要方式有两种, 一种是工控机开始向PLC传送数据, 另一种PLC开始向工控机传送数据。由工控机开始向PLC传送数据为例, 其过程为:a.通信开始先由工控机向PLC发出呼叫, 由于是一对一的呼叫, 不需要地址码。呼叫采用最佳信息冗余法, 收到PLC的应答信号后结束;b.PLC接收到呼叫信号后, 以相应的字符发送应答信号, 应答也采用最佳信息冗余法, 收到工控机传送的正确数据信号后结束;c.工控机收到正确的应答信号后, 用最佳信息冗余法以一定的字符将数据传送给PLC;d.PLC接收到数据后, 采用一般的信息冗余法传达, 以相应的字符连续发送5次结束信号;e.工控机收到结束信号后停止传送数据, 通信结束。
通信程序实现。
5 PLC串口通信程序
5.1 PLC串口通信程序。
设计PLC串口通信程序时要注意以下两点:程序初使化时要设置好PLC的工作模式及D1820的通信格式;在通信过程中必须保证串口通信的RS指令处于驭动状态。
5.2 虚拟仪器串口通信程序。
Lab VIEW针对串行口通信提供了完整功能的组件, 共有5个串口通信节点, 分别实现串口设置、串口读、串口写、串口缓存检测和串口暂停等功能, 能方便地规定主机串口地址、从机地址、传送的数据量及一帧串行数据的格式, 包括波特率、数据位数、有无奇偶校验位和停止位位数等。利用图形化编程语言-G语言直观、快捷的优势, 通过功能模块的组合和连接, 能够比较方便地开发出适合各种不同通信协议的串行口通信程序。
结束语
总而言之, 要实现虚拟仪器和PLC串口通信, 我们必须要来传统的线程工作方法进行相应的改进和完善, 采用最佳信息冗余法, 来对其进行有效的控制, 这样不仅使得信息通信的可靠性得到有效的提高, 还满足了有着良好的抗干扰能力, 这就满足了现代化在线测量系统运转的相关要求。
参考文献
[1]李晓明, 李东晓.基于Visual C++6.0实现PC与PLC的通信[J].电测与仪表, 2001 (7) .
虚拟PLC 篇3
关键词：PLC,虚拟实训,平台,教学效果
0 引言
可编程序控制器(以下简称PLC)已成为工业自动化的三大支柱之一,在工业生产中发挥着及其重要的作用,在工业生产中应用也日益广泛,企业需要大量技术过硬的PLC技术专业人才[1]。目前,我国PLC专业技术人才的培养途径仍以高校为主,经过前几年的大规模扩建,各高校越来越大,但也因此而背上了沉重的债务,各高校能投入实验实训室建设的经费也难以保障,学校的实训设备更新速度极为缓慢,而“双元制”在我国又难以推行,严重影响了教学质量,培养的学生也难以得到企业的认可。随着组态技术及多媒体技术的快速发展,各高校都在积极的探索,寻求一种投资少、见效快,又能提高教学效果的实训设施。我院开展了积极而有效的探索,构建了基于组态软件及多媒体软件的PLC虚拟实训平台,并应用于实际效果,取得了很好的成效。
1 PLC实训平台建设中存在的问题
目前各高校的PLC实训平台主要有两种模式:一是为实物模式,此模式下所有的实验设备都以实际产品作为控制对象(接触器、电动机、电磁阀等);二是模型模式,利用LED灯代替实物,学生再开展实验时,通过灯的亮灭来判断控制对象是否运行。这两种模式固然有其优势,但仍存在不少问题:
(1)实验项目少且与生产脱离
在实物模式中,学校难以将企业的生产线搬入实验室,只能在实验室内配置按钮、接触器及电动机等一些基本电气设备,让学生完成一些最基本的指令练习。在模型模式中,灯代替了所有的输出受控设备,按钮或拨动开关代替了所有的输入设备,学生难以理解PLC在实际中的应用。以上两种模式往往都仅能开展指令控制等基本实验,实验项目的设置完全与企业生产实际脱离,所培养的学生的能力自然可想而知。
(2)实验设备更新慢、投入大
一套模型模式的实训平台市场价约为2万元,构建一个实验室至少得40万元,实物模式的价格就更是昂贵。两种模式的实验平台都是硬件模式的,即使不考虑实验设备随企业生产实际更新,为安全起见,电气设备8年也必须得更换一次,这样的更新对高校而言仍是一笔不小的支出。
2 PLC虚拟实训平台的构建
机电信息分院在实训平台的项目设计上注重与生产实际相结合,下面以基于PLC的自动售货机为例,介绍PLC虚拟实训平台的构建方法。构建一个PLC虚拟实训平台,如图1所示,主要有系统分析、构建系统框架、制作动画画面、编制控制流程程序及系统调试和完善5个步骤。
(1)系统分析
首先对基于PLC的自动售货机工程项目的工作原理、工作流程及工作设备进行详细分析,明确监控的界面要求和动画显示方式,分清工程中设备采集、输出通道和软件中实时数据采集变量的对应关系,建立工程结构框架。该系统包含一个钱币投入装置、一个货物选择装置、六个货物推出装置、一个送货出口装置以及按钮等各主令元件等。
根据系统分析,构建系统框架,如图2所示,将自动售货机实训项目分为封面、自动售货机及统计表三部分:封面为系统待机登录界面;自动售货机为购物的主界面,也是本系统最重要的部分;统计表为对系统的销售情况进行统计汇总。系统构建完成后,利用组态软件内部的各类控件,配合使用各类多媒体软件,制作各部分的动画画面。
(2)制作动画画面
制作的动画画面将直接展示在学生的面前,因此要力求将所制作的画面更加直观、更加美观,以期达到与实际情况完全相似。因组态软件的图片制作及处理功能相对专业软件来说较弱,但组态软件作为一个平台又有可以兼容各类多媒体软件的优点,因此在制作动画时可利用专业的多媒体处理软件来处理相关的素材。如图3所示的出口部分画面,组态软件无法实现售货机有货物落下时出口打开等待顾客取出的画面,而Flash软件却非常容易实现,因此这部分动画就用Flash软件来实现。售货机的整个工作模式可以通过视频模式展示给学生,但组态软件自身又不具备视频处理软件。这里可将现实中自动售货机的整个工作过程拍成视频,经专业视频软件处理后嵌入到实训平台中,根据所提供的视频,学生可非常直观的了解自动售货机的工作流程,也可非常简单的判断出自己所编程序的准确性。动画画面制作完成后,需编制控制流程程序,让动画根据要求动起来。
(3)编制控制流程程序
控制流程程序的编写是构建虚拟实训平台的核心,控制流程程序是否准确直接影响所制作的动画能否按要求工作。因此在编程时必须先详细分析系统的工作流程,完全掌握各部的运行条件和终止条件后,编制脚本程序。控制流程程序编辑完成后,即可开始整个系统的联机调试。控制流程程序界面如图4所示。
(4)系统调试及完善
将装有PLC仿真实验平台的PC上位机与PLC通过RS 232完成通信后,将已调试成功的PLC控制程序下载至PLC,运行PLC调试组态软件,将自动售货机在运行中可能碰到的各种情况进行调试,检查实训平台的各项功能是否能满足系统要求,并对调试过程中发现的问题进行整改,不断完善系统的各项功能,直至能完全满足实际需求。
3 实践成效
3.1 实训安全性高、效果直观
PLC虚拟实训平台上各类检测器件、操作机构等都是虚拟的,因而不存在任何的安全性问题,教师在指导实训时不再需担心学生接错线或者误操作而引起的人身及设备的安全问题。在虚拟实训平台上,利用组态软件的优点参照实物绘制了各类虚拟的元件及工作流程,学生在开展实训时,可根据实训平台上的各类设备是不是按要求工作即可非常直观的判断出所编程序是否错误,加深了学生对PLC在生产实际应用中的理解。
3.2 实训项目多、更新快
平台中的实训项目都是利用组态软件结合Flash及视频等多媒体软件开发的,所有的设施设备同时通过软件仿真出来的。当企业的生产设备或生产过程有所变化时或学校的教学要求有所改变时,只需利用组态软件对平台进行二次开发即可,不需要任何的设备投入,有效的解决了原有实训设备更新慢、更新费用高的弊端。
3.3 学生学习兴趣浓、效果好
利用组态软件结合各类多媒体设备开发的虚拟实训平台,将生产过程通过视频、动画及仿真的模式引入课堂,学生在课堂上就可非常直观的看到PLC在实际生产中的应用,还可通过自己开发的PLC程序来控制平台中的设备运行和工作,让学生真正意义上认识到学有所用,提高了学生的学习兴趣,学习效果自然有很大的提升。
4 结语
尽管所开发的虚拟实训平台存在着一些问题,诸如所开发的平台有技术性但缺乏艺术性、无法完全仿真生产设备的内部结构和难以培养学生的动手能力等问题。但虚拟实训平台相比原有的实训设备而言具有更好的直观性、扩展性、创新性,是对当前实训设备的有益补充。在提升学生的学习兴趣、培养学生的创新性、自主解决问题能力等方面,都有着不可替代的作用。
参考文献
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