PLC仿真技术研究
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摘要
可编程序控制器(PLC)是一种通用的控制微机，广泛应用于工业生产的各个领域，是实现工业控制首选的控制器。然而，传统的PLC控制系统设计和调试均离不开硬件PLC，如果能够利用计算机构造一个虚拟的PLC，模拟实现其功能，即利用计算机仿真PLC，则会给PLC控制系统的开发带来极大的便利。
本课题研究PLC仿真的基本内容及实现方法，讨论了利用计算机串口实现PLC串行通信仿真的方法，并设计了PLC仿真软件。
首先，分析OMRON现有仿真软件CX-Simulator的功能特点，总结PLC仿真的基本内容，主要包括：PLC内部元件的仿真、PLC输入输出仿真、PLC指令仿真以及PLC通信功能仿真等。
其次，基于面向对象的程序设计思想，研究PLC仿真的实现方法。讨论PLC程序编辑、仿真运行的实现方法；给出基本顺序指令和应用指令的仿真方法以及通过编程实现虚拟开关盒仿真输入信号、虚拟面板指示灯仿真运行结果输出的方法；并根据OMRON PLC Link、HOST Link的通信原理，探讨了这两种PLC串行通信的仿真方法。
然后，以OMRON小型机CPM1A／CPM2A为仿真对象，利用Visual C++6.0的开发环境设计PLC仿真软件——SPLC。SPLC支持CPM1A／CPM2A所有基本顺序指令和常用的应用指令的仿真，可以实现PLC语句表程序的编写、导入、编译和离线仿真，虚拟开关盒仿真输入信号，虚拟面板指示灯仿真输出结果以及寄存器、内存区数值的查看和修改等功能。除此之外，还具有PLC Link、HOSTLink通信仿真的功能。
最后，以两台PLC对两台电梯的并联控制为例，应用SPLC具有的PLC Link通信仿真功能对双梯并联控制系统进行仿真，证明了所设计的仿真软件SPLC的有效性。
The programmable logical controller (PLC) is a general controller, which is used more widely in industrial control fields. It has become a principal controller in realizing the industrial control. However, the traditional design and debugging of PLC control system can not be separated from the hard PLC. If a virtual PLC is constructed and simulated by the computer which has the ability to realize main functions of PLC, that will be more convenient to design the PLC control system.
Primary content of PLC simulation technology and realization are researched. The method of PLC communication simulation using computer serial port is also provided, and the simulation software is designed
Firstly, CX-Simulator, the simulation software of OMRON is analyzed. It is generalized that primary content of PLC simulation includes PLC component simulation, I/O simulation, instruction simulation and communication simulation.
Secondly, the simulation realization method is researched according to the object-oriented program (OOP) design's ideology. Program editing, offline simulating and simulation of basic sequential instructions and application instructions are discussed. The program is designed to realize simulating input signal with analog switch box and simulating output with analog PLC panel. Moreover, the simulation approach of serial communication based on the mechanism of OMRON PLC Link and Host Link is developed.
Thirdly, consider OMRON CPM1A/CPM2A as simulative object, a soft named SPLC by Visual C++ 6.0 is designed, which can simulate all sequential instructions and commonly used instructions, realize statement table list editing and guiding, simulate input signals by analog switch box and output results by analog PLC panel. Furthermore, SPLC posseses other functions such as monitor and modification of register and memory, PLC Link and Host Link communication simulation.
Finally, using the function of PLC Link communication in SPLC, the simulation of two elevator parallel system by two PLC is finished.This proves the validity of the simulation soft SPLC.
本课题研究PLC仿真的基本内容及实现方法，讨论了利用计算机串口实现PLC串行通信仿真的方法，并设计了PLC仿真软件。
首先，分析OMRON现有仿真软件CX-Simulator的功能特点，总结PLC仿真的基本内容，主要包括：PLC内部元件的仿真、PLC输入输出仿真、PLC指令仿真以及PLC通信功能仿真等。
其次，基于面向对象的程序设计思想，研究PLC仿真的实现方法。讨论PLC程序编辑、仿真运行的实现方法；给出基本顺序指令和应用指令的仿真方法以及通过编程实现虚拟开关盒仿真输入信号、虚拟面板指示灯仿真运行结果输出的方法；并根据OMRON PLC Link、HOST Link的通信原理，探讨了这两种PLC串行通信的仿真方法。
然后，以OMRON小型机CPM1A／CPM2A为仿真对象，利用Visual C++6.0的开发环境设计PLC仿真软件——SPLC。SPLC支持CPM1A／CPM2A所有基本顺序指令和常用的应用指令的仿真，可以实现PLC语句表程序的编写、导入、编译和离线仿真，虚拟开关盒仿真输入信号，虚拟面板指示灯仿真输出结果以及寄存器、内存区数值的查看和修改等功能。除此之外，还具有PLC Link、HOSTLink通信仿真的功能。
最后，以两台PLC对两台电梯的并联控制为例，应用SPLC具有的PLC Link通信仿真功能对双梯并联控制系统进行仿真，证明了所设计的仿真软件SPLC的有效性。
The programmable logical controller (PLC) is a general controller, which is used more widely in industrial control fields. It has become a principal controller in realizing the industrial control. However, the traditional design and debugging of PLC control system can not be separated from the hard PLC. If a virtual PLC is constructed and simulated by the computer which has the ability to realize main functions of PLC, that will be more convenient to design the PLC control system.
Primary content of PLC simulation technology and realization are researched. The method of PLC communication simulation using computer serial port is also provided, and the simulation software is designed
Firstly, CX-Simulator, the simulation software of OMRON is analyzed. It is generalized that primary content of PLC simulation includes PLC component simulation, I/O simulation, instruction simulation and communication simulation.
Secondly, the simulation realization method is researched according to the object-oriented program (OOP) design's ideology. Program editing, offline simulating and simulation of basic sequential instructions and application instructions are discussed. The program is designed to realize simulating input signal with analog switch box and simulating output with analog PLC panel. Moreover, the simulation approach of serial communication based on the mechanism of OMRON PLC Link and Host Link is developed.
Thirdly, consider OMRON CPM1A/CPM2A as simulative object, a soft named SPLC by Visual C++ 6.0 is designed, which can simulate all sequential instructions and commonly used instructions, realize statement table list editing and guiding, simulate input signals by analog switch box and output results by analog PLC panel. Furthermore, SPLC posseses other functions such as monitor and modification of register and memory, PLC Link and Host Link communication simulation.
Finally, using the function of PLC Link communication in SPLC, the simulation of two elevator parallel system by two PLC is finished.This proves the validity of the simulation soft SPLC.
引文
1 薛澄歧．PLC仿真实验系统的设计：[学位论文]江苏：东南大学，2002
2 陈波．基于虚拟仿真的PLC模拟实验系统研究：[学位论文]浙江：浙江大学，2005
3 董毅．PLC应用程序的仿真CAI系统：[学位论文]北京：北京科技大学，2002
4 叶理平．PLC控制系统的计算机仿真研究：[学位论文]上海：华东理工大学，2000
5 刘思华．可编程控制器(PLC)应用程序的仿真：[学位论文]山东：山东大学，2005
6 汪晓平．PLC可编程控制器系统开发实力导航．北京：人民邮电出版社，2004：4～7
7 宫淑珍，王冬青，徐世许．可编程控制器原理及应用．北京：人民邮电出版社，2002．3～15
8 徐世许．可编程序控制器原理·应用·网络．合肥：中国科学技术大学出版社，2000：9～21
9 欧阳三泰，周琴，欧阳希．软PLC控制技术综述．电气传动．2005．35(9)：52～54
10 黄延延，林跃，于海斌．软PLC技术研究及实现．计算机工程．2004．30(1)：165～167
11 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC技术的发展现状及应用前景．计算机工程与应用．2004．24：57～60
12 付应红，李晓帆，项进解．软PLC(SoftPLC)技术、产品及控制方案探讨．测控自动化．2003．20(12)：11～13
13 刘美俊．基于PC的开放式软PLC技术．机床电器．2006．33(1)：5～8
14 刘成云，吴谨，陈振学．开放式分布控制系统的研究．测控自动化．2004．20(9)：25～27
15 SIEMENS. SIMATIC S7-PLCSIM V5.0 User Manual. Beijing: SIEMENS, 2001
16 关朝旺，廖常初．西门子S7-PLCSIM仿真软件的应用．电工技术．2004(1)：64～65
17 MITSUBISHI. GX Developer Ver.7/Simulator Ver.6 Operation Manual. Beijing: MITSUBISHI, 2002
18 OMRON CX-Simulator ver. 1.4 OPERATION MANUAL. Shanghai: OMRON, 2003
19 OMRON. CX-Programmer ver. 6. 0 OPERATION MANUAL. Shanghai: OMRON, 2005
20 田裕康．PLC编程语言解释方法研究与系统实现：[学位论文]湖北：武汉理工大学，2004
21 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC编辑系统的设计与实现．计算机工程与应用．2005．7：111～113
22 赵玉昆．PLC控制对象的计算机仿真．计算机自动测量与控制，2001．9(6)：30～32
23 张思祥．基于开放式数控系统的软PLC的研究与开发：[学位论文]北京：北京工业大学，2005
24 施光林，刘利．可编程序控制器通信与网络．北京：机械工业出版社，2006
25 郭宗仁，吴亦峰，郭永．可编程序控制器应用系统设计及网络通信技术．北京：人民邮电出版社，2000
26 刘路放．Visual C++与面形对象程序设计教程．北京：高等教育出版社，2002
27 黄维通．Visual C++面向对象与可视化程序设计．第2版．北京：清华大学出版社，2003
28 OMRON. CQM1H Programming Manual. Shanghai: OMRON, 2002
29 OMRON. CPM1/CPMIA/CPM2A/CPM2AH/CPM2C/SRM1 Programmable Controllers Programming Manual. Shanghai: OMRON, 2003
30 欧姆龙公司．可编程序控制器C200HX／C200HG／C200HE编程手册．上海：欧姆龙公司，1997
31 OMRON. CQM1/CPM1/CPMIA/SRM1 Programmable Controllers Programming Manual. Shanghai: OMRON, 1999
32 OMRON．COMl编程手册．上海：欧姆龙公司，1997
33 Dougall, David J. Applications and benefits of real-time I/O simulation for PLC and PC control systems. ISA Transactions, v 36, n 4, 1997: 305～311
34 郭禾，杨晶友等．基于PLC教学仿真系统的设计与实现．系统仿真学报．2003．15(2)：205～207
35 许世法，秦付军．基于PC平台的软PLC技术的实现．仪器仪表标准化与计量．2006．2：19～21
36 周恒磊，李小海，程君实．PLC离线仿真软件的设计与实现．微计算机信息．2000．16(4)：41～43
37 郑健，徐世许，李显辉．基于电话网实现上位机与三菱PLC远程通信．自动化仪表，2006．5：43～45
38 李现勇．Visual C++串口通信技术与工程实践．北京：人民邮电出版社，2002．60～76
39 苏俭．基于串行口通信技术的PLC仿真调试系统．自动化仪表．2006．27(12)：43～45
40 徐世许，孙卫国，于金鹏，郑健．基于VC的上位机与PLC远程通信设计．青岛大学学报(工程技术版)，2006．31(3)：41～45
41 徐世许，孙卫国，于金鹏等．基于VC的上位机与PLC远程通信设计．2006．21(3)：41～46
42 张建，苏敏，李亚力．PLC串行通信在虚拟电梯系统中的开发与应用．仪表技术与传感器．2005．3：29～30
43 李秧耕，何乔治，何峰峰．电梯基本原理及安装维修全书．北京：机械工业出版社，2004
44 王荣海，彭红．并联电梯调度原则的研究．信息技术．2005．29(9)：80～81
45 梁永忠．PLC控制2台电梯并联运行．中国电梯．2005．16．(9)：41～43
2 陈波．基于虚拟仿真的PLC模拟实验系统研究：[学位论文]浙江：浙江大学，2005
3 董毅．PLC应用程序的仿真CAI系统：[学位论文]北京：北京科技大学，2002
4 叶理平．PLC控制系统的计算机仿真研究：[学位论文]上海：华东理工大学，2000
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7 宫淑珍，王冬青，徐世许．可编程控制器原理及应用．北京：人民邮电出版社，2002．3～15
8 徐世许．可编程序控制器原理·应用·网络．合肥：中国科学技术大学出版社，2000：9～21
9 欧阳三泰，周琴，欧阳希．软PLC控制技术综述．电气传动．2005．35(9)：52～54
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11 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC技术的发展现状及应用前景．计算机工程与应用．2004．24：57～60
12 付应红，李晓帆，项进解．软PLC(SoftPLC)技术、产品及控制方案探讨．测控自动化．2003．20(12)：11～13
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19 OMRON. CX-Programmer ver. 6. 0 OPERATION MANUAL. Shanghai: OMRON, 2005
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21 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC编辑系统的设计与实现．计算机工程与应用．2005．7：111～113
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29 OMRON. CPM1/CPMIA/CPM2A/CPM2AH/CPM2C/SRM1 Programmable Controllers Programming Manual. Shanghai: OMRON, 2003
30 欧姆龙公司．可编程序控制器C200HX／C200HG／C200HE编程手册．上海：欧姆龙公司，1997
31 OMRON. CQM1/CPM1/CPMIA/SRM1 Programmable Controllers Programming Manual. Shanghai: OMRON, 1999
32 OMRON．COMl编程手册．上海：欧姆龙公司，1997
33 Dougall, David J. Applications and benefits of real-time I/O simulation for PLC and PC control systems. ISA Transactions, v 36, n 4, 1997: 305～311
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36 周恒磊，李小海，程君实．PLC离线仿真软件的设计与实现．微计算机信息．2000．16(4)：41～43
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39 苏俭．基于串行口通信技术的PLC仿真调试系统．自动化仪表．2006．27(12)：43～45
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42 张建，苏敏，李亚力．PLC串行通信在虚拟电梯系统中的开发与应用．仪表技术与传感器．2005．3：29～30
43 李秧耕，何乔治，何峰峰．电梯基本原理及安装维修全书．北京：机械工业出版社，2004
44 王荣海，彭红．并联电梯调度原则的研究．信息技术．2005．29(9)：80～81
45 梁永忠．PLC控制2台电梯并联运行．中国电梯．2005．16．(9)：41～43