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电气和计算机工程进展第10卷，第1期，2010年扩展PLC模拟器软件在大学实验室中使用克里斯蒂安 - Gyozo HABA“格奥尔基Asachi”雅西技术大学，罗马尼亚 摘要：本文提出了一种系统，可以拓展PLC模拟软件在实际环境中使用的实验。该系统由软件部分和硬件部分组成。该软件设计为监控模拟器的用户界面，用户喜欢的输入方式到该接口，并与硬件部分交换数据。硬件用于连接与外部在PC上运行的模拟器的输入及输出装置。输入信号被转换成模拟输入;模拟输出则被转换成输出信号连接到所述硬件部分输出设备。该系统适用于各种类型的模拟器，并可以用于大学实验室和从低到中难度度的复杂测试的数字控制系统。关键词：工程教育，PLC仿真软件，硬件接口 引言：模拟系统的产品设计流程的优点是众所周知的。其主要优点是：可以被用于测试设计流程的不同阶段，而不需要涉及硬件，从而降低了成本。模拟系统已成为广泛也用作不同课程互补教学工具。模拟器是很好的教学工具，因为它们可以被用来学习设计流程的步骤，以及如何测试的功能，避免了因为粗心或不正确使用，损坏任何硬件部分，从而更便宜，更安全。可是市场上的模拟器有不同的功能，对用户界面友好性，成本和计算机资源的要求很高。对于从学生的项目来说成本高，高度熟练的开发团队专用的模拟器延伸的简单免费软件模拟器。选择正确模拟器取决于所研究的系统和可用财力。模拟器具有在覆盖了产品设计的所有测试和验证过程的局限性。换句话所，他们限制在教学过程。模拟器可以用来教的一些概念，但他们不能完全代替真正的实验和信息量和知识，学生可以从中受益。一些研究已经进行了运行的软件在PC机上用的硬件部分用于与外部信号和事件3,4接口相结合，汇集模拟器和真正的实验。例如，在4中，控制过程是模拟在PC上，而控制由外部硬件设备（PLC）提供。两者之间的接口被实现到专用的硬件。在我们的方法中，控制部是在该模拟使用PLC模拟器而控制过程是外部PC上的设计来实现。使用硬件接口的两部分被连接。我们的系统的特点是，我们可以连接大集PLC模拟器不涉及反向工程侵入模拟器软件。一个直接的应用，我们将在本文中讨论，就是用我们的系统的教育环境。因此，我们的系统可以将模拟，只是基于实验室成更实用的人，为了给学生提供一个体验更接近现实世界的应用程序。 系统的介绍有很多的方式，开发和利用模拟软件的课程在数字系统6-8的区域。有两种模拟器：通用模拟器 -它们使用逻辑图来模拟，梯形逻辑或顺序功能图表描述数字设计;专用模拟器 - 他们是针对模拟特定的专有硬件设备（智能继电器或可编程逻辑控制器 - PLC）。通用模拟器仅用于模拟中使用。它们通常用于教学，并且它们不是相连的一些硬件。它们是独立的程序，允许用户交互通过一个基于文本或图形用户界面。专用模拟器通常与特定PLC系列开发的编程软件集成。开发PLC应用程序意味着利用现有的编程语言（标准的指令表，梯形图，功能块，结构化文本和顺序功能图）编写的应用程序，模拟程序，该程序转移到PLC和运行应用程序。如果PLC编程软件还包括监视器，PLC的操作可以在计算机显示器上可以观察到，并且用户可以与PLC在一定程度（图1）相互作用。为了覆盖PLC的程序开发的整个流程中，我们所需要的编程软件（包括模拟和监视器），PLC和可用于测试应用程序的输入和输出设备。但为PLC实验室足够的设备是相当昂贵。为了降低设备成本，我们提出我们的系统。在电气和计算机工程第10卷，第1期，2010进展使用相关的软件图1. PLC监控。从具有不同的PLC模拟软件工作，我们已经观察到，它们具有一些共同的特点： - 可以模拟的相关联的硬件的功能大部分;- 允许改变使用键盘或鼠标点击输入状态;- 显示输入和输出ON和OFF状态以不同的符号和/或颜色。考虑到这些特点，我们开发了我们的系统被称为监控和指挥官（MC）组成的软件部分和硬件部分。该系统通过监控设计输出图形表示模拟器窗口中，发行与设计输入相关领域键盘印刷机和鼠标点击的PLC模拟器的用户界面交互。用于输出图形符号在一个点进行监测只（它必须是一个相关的点，即改变颜色，如果改变输出状态）。关于模拟应用的输入/输出状态的变形例的信息交换用的硬件部分，它实现了模拟器和现实世界（图2）之间的接口。图2 MC提出的系统硬件和软件组件构成。所开发的软件用于与仿真软件结合如下下列步骤：1.启动仿真程序（和它的用户界面）;2.启动MC的软件。该计划开始于配置模式。在配置模式中，用户可以设置将要点击在屏幕上要监视的屏幕上的点和点。3.确定模拟器的文本或图形元素这显示出设计输出的状态的用户界面。确定每个输出的元素一点，这将改变颜色，当相应的设计输出的状态发生改变。这些点将会在MC被设置为要监视的输出点。4.确定的文本或用于改变的设计输入的状态模拟器用户界面的图形元素。确定每个输入单元1点（在输入敏感区域），左点击时，将改变了相应的设计输入的状态。这些点将会在MC被设定为输入点被命令。5.启动MC程序的监控和指挥模式。在监控和指挥方式的程序将循环通过下列操作：a。监视输出点的状态（颜色的变化将指示状态改变为相应的输出）。输出中的变化将反映在一输出寄存器（用于更新硬件的输出）。B。监视输入寄存器（基于硬件部分输入更新）的状态。在输入寄存器的变化将显示在硬件部分的相应输入的状态的变化。在输入状态的改变将发出对应于改变输入点的点击。输入寄存器反映的外部输入的状态输出寄存器是否反映的模拟设计，输出的状态。这些寄存器信息交换MC软件，并使用计算机并口MC硬件之间。III。系统实现A.硬件组件的硬件组件用于连接的MC软件（并且因此仿真器）与外部输入和输出设备。在硬件组件实现的主要功能是： - 读来自输入设备的输入数据（按钮，开关，通断传感器，限位切换器，等等），它使用并行端口发送到仿真器。硬件组件的实际版本支持最多8个输入装置;- 控制开 - 关输出（继电器，发光二极管，阀），其连接到基于自Mamp; C软件（因而从模拟器）接收的数据的硬件组件，使用并行端口。硬件组件的实际版本支持最多8个输出。取决于具体的应用中，附加功能可被添加到硬件组件： - LED用于输入和输出的状态显示;- 对感性负载输出保护;- 提供必要的电流来驱动输出设备。为了保持对硬件的简单和与旧版本的并行端口兼容，我们选择读取和在半字节方式写入数据。对于软件和硬件组件之间的数据交换图4的逻辑图。我们已经实现了一个原型基础上，8243 I / O扩展的硬件组件。两个8243的电路端口用作输入端口（P4，P7）和两个被用作输出端口（P5，P6）。以便允许读取从端口P2 /写操作使用的计算机的并行端口，一个74LS126三态缓冲器被使用。当缓冲器被启用（D4高），由并行端口的D0-D3线数据传送到端口P2。这四条线并行端口的数据寄存器被用来发送，在半字节模式下，8位输出的状态寄存器的硬件组件。该信息将被转换成的信号，这将激活外部输出设备。当D4为低时，缓冲器的输出是三态和数据可以从端口P2被读出。为了实现这一目标，并行端口（S4-S7），四个状态线用于输入数据。的两个半字节被用于更新8位的输入寄存器。为了转移P2和其它端口之间的数据，该电路8243必须编程。数据寄存器线D5和D6被连接到PROG和/ CS引脚和它们用于控制电路8243的操作。输入接口并行端口连接器硬件组件的输入端使用两个CNY74-4多信道光耦合器与光电晶体管输出被光学地分离。对于输出，两ULN2003达林顿阵列用于允许在输出更高的电流。硬件组件的框图在图3中描绘了图4中的逻辑图表示从硬件组件到从输出寄存器（OREG）输入寄存器（IREG）和写入数据到硬件组件读取数据的过程中在半字节模式两种操作。IREGL和IREGH代表IREG寄存器的高，低半字节。以同样的方式，OREGL和OREGH代表OREG寄存器的低和高半字节。B.软件组件系统的软件部分是使用DriverLINX端口I / O驱动程序用Visual Basic版本6。它由一组执行以下功能的： - 设置的输入和输出点， - 监测和分别控制输出和输入点， - 显示监视和在界面窗口控制信息， - 通过使用所述硬件部分交换数据PC并行端口。的输入和输出点的设置是基于这样获得的坐标和在当前鼠标位置显示色，并将其存储在拨变量函数。输出点的监测是通过周期性地读取在所保存的输出点的位置所显示的颜色，并将其与初始值进行比较完成的。如果颜色已在任何一个输出点的改变，对应于输出点的输出寄存器中的逻辑值被设置为1，否则的逻辑值被设置为0的输入的点的命令是由周期性地检查完成修改输入寄存器。在输入寄存器将导致在虚拟鼠标任何值修改单击在相应的输入点。以类似的方式，虚拟按键可以用于键盘控制模拟器发出。数据交换功能的控制从电脑数据流的硬件组件，反之亦然通过执行定期数据读数和著作从/到并行端口寄存器。C. MC用户界面的MC程序界面有三个部分：输入部分，输出部分和接口设置和控制部件（图5）。在电气和计算机工程第10卷，第1期，2010进展输出部分列出了监测点（对应于所监视的输出）的信息。该部分的左侧列出的位置（像素）和颜色（在选择时），用于对被监视的各点。其中一个点具有在选择时间的颜色被认为是对输出的关状态的颜色。这通常对应于该情况，当模拟器被禁用或尚未启动：没有活动的输入或输出。输出部分的右手侧所示的监测点的实际颜色和在此基础上的色彩的输出的状态，也显示在窗口中。针对每个输出的文本标签指示的输出是否改变或保持在相同的状态。我们可以从图1看出点对应的输出1，3，5和8具有相同的颜色，在安装时，因此他们的状态为关（逻辑0）。同时，点对应于输出2,4，6和7已经改变了他们的颜色，因此可以认为，它们在开状态（逻辑1）。输入，输出和控制部分5，MC的用户界面窗口。输入区域列出输入点的信息，即他们的位置（像素）及其状态：正常关闭，并在鼠标左键点击，打开。设置输入点的位置是通过点击按钮按钮来完成。跟踪鼠标位置的过程中被启动。当点击左鼠标按钮，鼠标光标的当前位置相关联的第一输入。立即鼠标跟踪以建立第二输入点的位置。过程重复进行，直到所有的输入点的位置选择与鼠标点击。按下按钮，输出开始使用相同的轨道鼠标挑上左键单击程序位置设置输出点的位置的过程。旁边的鼠标位置，在输出的情况下的点的颜色被记录。设置输入和输出点可重新做再次按下相应的按钮。在软件的实际版本我们不能为单个的输入或输出点的位置。一旦我们已经开始设置处理，无论是对输入或输出点，对于所有的点的位置必须设置。后的输入和输出点被选择，显示器和指令过程可通过推动使能启动按钮（C进入运行模式）。这个过程可以通过按压同一键，其在运行模式被标记为禁止被停止。用于调试的打开按钮。当按下这个键时，出现含有一组可以用来测试是否该软件的输入指令部的工作的按钮的附加窗口。IV。模拟器实例很多PLC制造商提供的软件编程的PLC的。模拟是在应用程序代码的发展的重要一步，当设计师消除了最初的设计缺陷的很大一部分。因此，它是不寻常的在PLC编程软件还包括一个仿真器。为他们提供教学如何开发PLC应用程序的初始阶段，一个安全的环境中，这些模拟器，也可以在学生实验室非常有用。的PLC提供不同的尺寸和硬件配置，但通常同一个家庭的成员是基于相同的处理器上，因此，使用相同的应用开发软件。这将是理想的在实验室足够的PLC让每个学生可以工作在自己的PLC。这将是有用的，以有一个新的家庭在市场上推出的每一次更新PLC硬件设备的可能性。不幸的是，除简单的家庭小成员，PLC具有价格是不是实惠大量。教学中如何编写一个特定的PLC成为利用我们所提出的系统更容易。的条件是，编程软件应包括不需要硬件是存在一个模拟器。我们给PLC模拟器的一些例子，我们已经与我们的系统进行测试。三菱阿尔法设备是可以用两种家庭的Alpha版本和Alpha XL 10被收购小型的PLC。他们可以使用功能块（FB）的语言进行编程，但它不符合IEC 1131-3标准11。尽管如此，它有一个大的集合进行输入和输出，可以使在FB图容易理解，其可以表明，可以与被控制的实际应用图形符号。编程软件具有仿真模式，通过改变图形符号的形状和/或颜色显示操作图。互连线的激活也是可见的，因为他们根据他们的状态改变颜色。在图6中它被描绘在与ALVLS软件，该软件运行于模拟模式一起使用的MC软件。我们可以看到，控制图有四个输出驱动四盏灯。输出灯的图形符号被着色为黑色，当没有被激活和黄色激活时（表明电灯点亮）。设置在从黑色到黄色的颜色变化的区域输出点可以让我们的程序来监控在模拟器输出的变化。因此，我们可以看到，输出1和2都关闭，这是由以下事实的相应的输出点的初始和实际颜色都是黑色反射。输出2和4对，因此，相应的输出点实际的颜色，正如我们预期，黄色。我们已经测试了我们的系统在不同的PLC在电气和计算机工程第10卷，第1期，2010进展编程软件。这些都是演示了默勒易家族PLC 12，MASTER-K PLC模拟器13为GLOFA PLC家族LGIS和TRiLOGI 14 T100MD +和T100MX + PLC的从三角研究。这些程序的用户界面中给出图7,8和9。图6.模拟中ALVLS软件具有Mamp; C软件监控输出和控制两个输入端的功能框图。我们可以看到，在仿真器具有不同的图形界面，并为每一个，我们将提出以下一些自己的具体特征。默勒简单的PLC属于同一类作为三菱阿尔法的PLC（智能继电器），但是，因为我们可以通过比较两个相应的图片，简单的PLC使用的梯形图语言变体（图7）编程的看到。其次，我们必须说，事实上，易软Demo程序是基于Flash动画。该模拟器提供了图形元素（用于输入按钮和指示灯用于显示输出状态）;图7.默勒EASY智能继