基于組態(tài)軟件的PLC控制系統(tǒng)研究

李政 亢潔

摘 ?要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)用過程中的要求也越來越高，以期實(shí)現(xiàn)更多功能的應(yīng)用。在PLC系統(tǒng)運(yùn)行中，很多軟件的運(yùn)用對功能的擴(kuò)展有明顯的優(yōu)勢，特別是組態(tài)軟件，功能擴(kuò)展更加顯著。文章以組態(tài)軟件在PLC控制系統(tǒng)中的運(yùn)用為研究視角，重點(diǎn)闡述了相關(guān)控制系統(tǒng)的研究，旨在為相關(guān)技術(shù)人員的工作提出參考，促進(jìn)PLC控制系統(tǒng)更好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件;PLC控制系統(tǒng);功能

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）22-0065-02

Absrtact： With the continuous progress of science and technology， the requirements of PLC control system in the process of application are getting higher and higher， in order to achieve more functional applications. In the operation of PLC system， the use of a lot of software has obvious advantages to the expansion of function， especially the configuration software， the function extension is more obvious. From the perspective of the application of configuration software in PLC control system， this paper focuses on the research of related control system， in order to provide reference for the work of relevant technicians and promote the better development of PLC control system.

Keywords： configuration software; PLC control system; function

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域中的信息化與智能化不斷進(jìn)步，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用愈加完善，目前已經(jīng)形成集成化的控制系統(tǒng)，監(jiān)控和后臺管理一體化的PLC控制系統(tǒng)。

1 組態(tài)軟件在PLC控制系統(tǒng)中運(yùn)用優(yōu)勢

1.1 加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的故障診斷

PLC控制系統(tǒng)中使用組態(tài)軟件，可在設(shè)備運(yùn)行時(shí)主動獲取信息，對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在此過程中，對已經(jīng)或者即將產(chǎn)生的故障進(jìn)行診斷，發(fā)揮故障檢測的作用[1]。具體來說，就是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證相關(guān)數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。對于該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可利用高速驅(qū)動程序與現(xiàn)場PLC通信設(shè)備，促使操作人員對操作界面的良好控制，從組態(tài)軟件中提取相關(guān)文本和圖像信息，輔助操作人員進(jìn)行現(xiàn)場檢測，上傳工作數(shù)據(jù)，利用操作界面，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，并進(jìn)行重要參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整[2]。

1.2 測試PLC控制系統(tǒng)結(jié)果

PLC控制系統(tǒng)在現(xiàn)場工作時(shí)，先進(jìn)行測試運(yùn)轉(zhuǎn)，即設(shè)備運(yùn)行后，開啟PC機(jī)中虛擬按鈕，控制仿真設(shè)備運(yùn)行[3]。然后模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，即系統(tǒng)真正運(yùn)行后，監(jiān)控和控制PC機(jī)中播放的仿真畫面，結(jié)合之前編制的PLC程序和運(yùn)行狀態(tài)，合理調(diào)整。此類仿真畫面比較形象，可視性強(qiáng)，在組態(tài)軟件中的PLC程序，無論是否符合工作控制需求，都能在PC機(jī)中得出結(jié)論，進(jìn)而了解系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)。

2 基于組態(tài)軟件的PLC控制系統(tǒng)研究

2.1 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺

基于組態(tài)軟件下的PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)，主要從下面兩方面進(jìn)行：第一，硬件配置與軟件環(huán)境的構(gòu)建。對于該平臺的建設(shè)，將重點(diǎn)放在系統(tǒng)的研發(fā)上，環(huán)境的構(gòu)建包括工程管理器、運(yùn)行系統(tǒng)、工程瀏覽器與界面開發(fā)系統(tǒng)等。軟件環(huán)境主要以組態(tài)王中的6.5軟件為主，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)的監(jiān)控軟件。具體來說，該環(huán)境下可以設(shè)置PLC系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并在設(shè)備中直接顯示出來，通過硬件配置打印，令實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，記錄并上報(bào)設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障和數(shù)據(jù)不穩(wěn)的問題[4]。此時(shí)要注意的是，組態(tài)王6.5軟件具備二次開發(fā)的功能，可以結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營狀況，開發(fā)出針對性更強(qiáng)的軟件環(huán)境，提升控制便捷性。此時(shí)人才隊(duì)伍建設(shè)很重要，需要對管理人員、技術(shù)人員進(jìn)行培養(yǎng)，為PLC控制系統(tǒng)研究提供良好支撐。另外，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺的建設(shè)中，硬件配置包括計(jì)算機(jī)和自動控制設(shè)備，通過通信轉(zhuǎn)換器對其進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)最終控制功能。第二，設(shè)計(jì)原則。要想組態(tài)軟件在PLC控制系統(tǒng)中使用更加可靠，實(shí)際工作中就要以安全作為原則，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺的研發(fā)，令其具有操作簡單，通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，不但可提升系統(tǒng)使用效率，還可以擴(kuò)展使用范圍。除此之外，以組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，在PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，還要遵循集散性原則，在上位和下位設(shè)備中利用串行編程，實(shí)現(xiàn)電纜通訊功能，也就是說利用組態(tài)軟件對設(shè)備運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)控，反映出生產(chǎn)現(xiàn)場的工作情況[5]。如果設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，因?yàn)楣收狭钌衔粰C(jī)停止工作，也不會影響設(shè)備的運(yùn)行效率。如果系統(tǒng)故障引發(fā)危險(xiǎn)，組態(tài)軟件也能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，令整個(gè)系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

2.2 搭建通信系統(tǒng)

組態(tài)軟件利用上位機(jī)中的I/O驅(qū)動程序，在網(wǎng)絡(luò)作用下，PLC控制系統(tǒng)獲得運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過技術(shù)轉(zhuǎn)換，在上位機(jī)中顯示可視圖像。I/O驅(qū)動程序主要功能為組態(tài)軟件與I/O設(shè)備的聯(lián)通，便于交換信息。技術(shù)人員通過組態(tài)畫面的顯示情況，進(jìn)行操作，向生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)送指令，再結(jié)合最新的數(shù)據(jù)情況，進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整。對于已有數(shù)據(jù)還可進(jìn)行儲存，按照檢索要求，調(diào)取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，以圖表的形式展示。為了保證監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確和安全，PLC控制系統(tǒng)中最重要的就是各個(gè)模塊之間信息的正?；Q，結(jié)合系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)顯示，第一步為組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)與PLC系統(tǒng)結(jié)合，即上位機(jī)與PLC在有關(guān)協(xié)議下，完成遠(yuǎn)程通信功能，傳輸完整指令，并且PLC將執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)顯示。按照上位機(jī)與PLC系統(tǒng)的功能，對其物理連接分為上位機(jī)與交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)的連接和PLC與遠(yuǎn)程服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊的連接，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。具體方法為：上位機(jī)向PLC控制系統(tǒng)發(fā)出指令，然后傳輸給執(zhí)行控制器。網(wǎng)絡(luò)中加入TCP/IP協(xié)議的Modbus TCP/IP協(xié)議。如果PLC控制系統(tǒng)需要網(wǎng)絡(luò)功能，就建立網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖1）。該網(wǎng)絡(luò)模塊中有四個(gè)功能端，對應(yīng)1.2.3.6位置，分別表示TD+斷輸出端子1、TD-輸出端子0、RD+輸出端子1、RD輸出端子0，工作中將隊(duì)形的端子接入服務(wù)器和對應(yīng)網(wǎng)關(guān)。PLC與上位機(jī)通信中，就是為了傳輸PLC控制系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)的傳輸會受外界因素的影響，因此要使用屏蔽線。該網(wǎng)絡(luò)通信端中的內(nèi)部數(shù)據(jù)具有過濾功能，可以提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)性，并進(jìn)行有效處理。過濾功能可以有效減少電平突變情況，包括跳動過濾法與積分器過濾法。增加過濾功能與未增加該功能在信號上有很大的區(qū)別。另外還可使用跳動過濾的形式，提升信息準(zhǔn)確性，減少輸入信號中的調(diào)動影響，利用調(diào)動過濾器的設(shè)置，減少輸入電平突變。

PLC通信在信息的傳遞上有并行和串行兩種。前者信息傳播速度快，如果進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，成本較高，因此經(jīng)常被運(yùn)用于內(nèi)部通信。相比較來說，串行通信方法成本較低，目前為止在技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并在遠(yuǎn)程信息傳輸上更具有優(yōu)勢，所以各種PLC系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)使用串行通信。局域網(wǎng)絡(luò)中的通信技術(shù)主要是主/從通信手段，實(shí)現(xiàn)一個(gè)主站同時(shí)和多個(gè)從站開展雙向通信。如果只有PLC構(gòu)成主站，就可將其余執(zhí)行系統(tǒng)都設(shè)置為從站設(shè)備。上位機(jī)利用PLC獲取信息，具體工作為：上位機(jī)通過服務(wù)器傳輸信息，執(zhí)行系統(tǒng)收到信息后返回狀態(tài)信息，然后將信息輸送到PLC控制系統(tǒng)中，也可以直接利用上位機(jī)發(fā)送執(zhí)行數(shù)據(jù)，完成雙向信息的書寫。另外，當(dāng)Modbus使用主/從形式發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)，在實(shí)際工作中就會因?yàn)橄到y(tǒng)故障斷開，PLC就可診斷出該系統(tǒng)的故障，故障處理后，再自動接通網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)端口的類型為RJ-45，Modbus協(xié)議則在服務(wù)端中，有客戶端向服務(wù)器發(fā)送指令，執(zhí)行其收到的請求后，通過檢索，完成服務(wù)器的請求。施耐德企業(yè)制造的PLC系列產(chǎn)品的地址是專門為軟件編輯平臺設(shè)置的，該軟件平臺設(shè)置上位機(jī)地址，數(shù)據(jù)相符后，就可接收Modbus發(fā)送的信息，并以PLC程序編碼的模式上傳到TCP/IP中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。因?yàn)镻LC只有一個(gè)，所以設(shè)備IP地址的設(shè)置使用缺省形式，即在設(shè)備的MAC地址上構(gòu)建，最前字節(jié)固定在10H，后兩個(gè)字節(jié)則為該設(shè)備中MAC地址最后兩個(gè)字節(jié)。

綜上所述，現(xiàn)在PLC控制系統(tǒng)在不斷的運(yùn)行和發(fā)展，組態(tài)軟件在其中作用顯著，在設(shè)備運(yùn)行中發(fā)揮著重要的功效，因此需要合理使用。在PLC控制系統(tǒng)的使用中，技術(shù)人員要充分認(rèn)知組態(tài)軟件使用的優(yōu)勢，將兩者充分融合，保證PLC系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，促進(jìn)企業(yè)更好發(fā)展。

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