基于labview的plc控制系统计算机仿真平台软件的研制

基于labview的plc控制系统计算机仿真平台软件的研制

0建立计算机仿真模型结构简单，编程方便，灵活性好，可靠性高。它在工业自动控制中得到了广泛应用。然而,以PLC为核心的控制系统的开发现在还停留在传统的方式上运行,还没有形成系统化、理论化的方法。对于较复杂的系统,需要用实物模型来对设计进行验证和调试。显然,这种方法效率低、成本高、不安全。如果用计算机仿真模型来代替实物模型,就可以在计算机虚拟环境中对PLC控制系统进行设计、验证和调试。这样,不但克服了实物模型的缺点,而且可以做故障试验。所以,有必要研制一套PLC控制系统的仿真平台,在上面开发人员可以方便、快捷地为PLC控制系统建立计算机仿真模型。本文介绍一种用LabVIEW的图形化编程语言开发的PLC控制系统计算机仿真平台软件。。1基于软件设计的仪器模拟平台的改进PLC是PLC控制系统的核心,所以实现PLC仿真是实现整个系统仿真的关键。而实现PLC仿真的实质,是使计算机仿真模型能模仿真实PLC,根据用户程序(如梯形图程序)运行起来。这就要求用户程序能方便地输入仿真模型,仿真模型又能识别用户程序。为了实现以上要求,选用LabVIEW作为开发工具。LabVIEW是虚拟仪器软件,实质上也是仪器的仿真平台。它有丰富的控件和指示器,经改造后可以用来模拟现场设备。更为重要的是,LabVIEW采用了图形化编程语言。图形化编程语言形式上和PLC的梯形图较接近,而且其“数据流”的运行方式和梯形图的运行方式类似。这样,只要为梯形图的编程元件(如常开/闭触点、线圈、定时/计数器等)编制相应的LabVIEW子程序,然后把这些子程序作为节点,就可以连接成梯形图形式的框图程序。如图1,是为“定时器”编制的LabVIEW子程序的原代码。图2是用编程元件子程序连接成的梯形图形式的框图程序。这样的框图程序,无论是形式上还是功能上,都是和梯形图相一致的。这样就很好地解决了用户程序的输入和识别问题,也就实现了对PLC的仿真。2外部设备的模拟外部设备可以分成两类:一类是执行件,如各种指示灯、气缸、电动机、电磁铁等;另一类是传感器,如各种行程开关、接近开关等。2.1执行件仿真电路设计真实系统中的执行件,是多种多样的。为了便于仿真,把它们分成开合件和往复件两类。对那些行程短、速度快、非此即彼的执行件归并为开合件;而把那些相对行程长、速度慢、在行程中可能停留的执行件归并为往复件。下面以一开合件擒纵手为例,说明实现执行件仿真的方法。如图3是通过定制LabVIEW的拨动开关得到的擒纵手的图形,放置在前面板上。图4是驱动这个执行件的框图程序。它的核心是开合执行件运算模块,是用LabVIEW编制的一个子程序,它可以用来接受来自虚拟PLC的指令,经处理后驱动执行件产生动作。同时,它具有动作延时设置和自动/手动切换功能。当处于手动状态时,就可以对执行件设置故障。开合件运算模块子程序是通用的,输入适当参数后可以用来驱动不同的开合运动件。2.2大数据智能检测和执行件相对应,传感器也分成开合传感器和往复传感器两类。开合传感器是用来判断开合件的开合状态;往复传感器是用来检测往复件是否处在某一位置。这里,以一开合传感器为例来说明实现传感器仿真的方法。图5所示为检测擒纵手的开合传感器的指示灯。图6是驱动该传感器的框图程序。它的核心是开合传感运算模块。它也是用LabVIEW编制的子程序,能根据执行件的代号在执行状态变量中读取被测执行件的状态。经处理后,输出结果给虚拟PLC的输入端子和传感器的指示灯。同时,它也设置了自动/手动的切换功能。当处于手动状态时,就可以对传感器设置故障。3生成执行件编码模块对于PLC控制系统中的某设备来说,它的运动不仅仅取决于PLC的指令,还取决于它和其他设备之间的关系。比如说,PLC指令驱动一气缸,由气缸推动对象A,再由A推动对象B。那么,要使对象B运动,不仅要求直接受PLC控制的气缸有相应运动,而且还要求对象A在适当位置。这就是所谓的外部逻辑关系。这些关系可能是由外围电器、气动液压回路、机械结构所构成,有时比较复杂。为了便于用户用简单的手段表达这种关系,所以也采用了梯形图的方法。图7所示用梯形图来处理外部逻辑关系。图8是整个仿真系统的总体框图。其工作过程是这样的:(1)由传感器运算模块来读取执行件状态变量,经处理后把检测结果存入代表虚拟PLC输入端子的PLC状态变量;(2)根据用户的梯形图程序进行处理,并把最终结果输给执行件运算模块;(3)执行件运算模块根据输入指令来驱动执行件动作,并根据执行件的状态刷新执行件状态变量;(4)对于有些执行件要根据其他执行件的状态,经外部逻辑关系处理后,再由执行件运算模块来驱动执行件。对于执行件和传感器运算模块都有手动输入的功能,这是为人为设置故障准备的。图9是根据框图编制的LabVIEW程序的流程图。仿真软件的总体结构采用了扫描的工作方式,这符合了真实PLC的工作特点。5plc控制器的仿真模型应用本文所介绍的PLC控制系统仿真平台,为电焊条上料控制系统建立了计算机仿真模型。该系统是中等复杂程度的PLC控制系统。受PLC直接控制的执行机构有10个,输入PLC的信号有30个,由PLC输出的控制信号有28个。为PLC编写的控制程序共有13个模块,总长为752句。为该系统建立的仿真模型能动态演示该系统的工作过程,并可显示时序图。利用该仿真模型对控制系统成功地进行了多项测试,如错误代号查找测试、特殊工作情况测试、故障情况测试。能检验该系统设计的正确性和可靠性。6建立计算机仿真模型本文所介绍的基于LabVIEW的PLC控制系统仿真平台,能帮助工程技术人员快