試論如何用虛擬機(jī)構(gòu)建工控實(shí)踐平臺(tái)

徐世亮

(濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，山東 濟(jì)寧272037)

0 引言

隨著自動(dòng)化水平的提高，成套設(shè)備制造商提供的功能單元中PLC的應(yīng)用率也越來(lái)越廣泛，成套的空壓?jiǎn)卧?、氣源凈化單元、加熱單元、氮?dú)庵圃靻卧?廠區(qū)照明單元等控制系統(tǒng)全都由PLC 組成，PLC 是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的關(guān)鍵單元，盡管IEC 61131-3 制定了可編程邏輯控制器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 但仍然無(wú)法統(tǒng)一各PLC 的組態(tài)環(huán)境， 不同種類的PLC，其組態(tài)程序也截然不同，各類PLC 組態(tài)環(huán)境對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求也不盡相同，通常情況下，工廠會(huì)針對(duì)PLC 的種類，提供專屬電腦用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及培訓(xùn)，從硬件利用率及工控系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)度的不一致角度看，在同一通用硬件平臺(tái)上構(gòu)建一個(gè)工控實(shí)踐環(huán)境，對(duì)不同廠家的工控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試是工程實(shí)踐中必將面臨的一個(gè)客觀現(xiàn)實(shí)。

1 構(gòu)建工控系統(tǒng)的通用實(shí)踐環(huán)境

1.1 硬件基礎(chǔ)

工控系統(tǒng)實(shí)踐環(huán)境，離不開通用的硬件平臺(tái)——PC（個(gè)人電腦）和相關(guān)附件即編程電纜、USB 轉(zhuǎn)串口通信電纜、直連網(wǎng)線。 以PLC 為例，現(xiàn)在發(fā)行的PLC 通常帶有2 個(gè)通訊口，一個(gè)是串行接口，一個(gè)以太網(wǎng)接口；串口是各類PLC 一直保留的傳統(tǒng)通訊接口，是PLC 默認(rèn)的組態(tài)接口，隨著信息化的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)是逐漸成為必然的趨勢(shì)，所以，新版的PLC 幾乎都帶以太網(wǎng)接口，但隨著技術(shù)的發(fā)展，新的PC 上大多沒(méi)有集成串口，PC 只能通過(guò)USB 轉(zhuǎn)接串口或以太網(wǎng)口與PLC 進(jìn)行通訊，所以，相關(guān)的通訊電纜及PLC 編程電纜是建立統(tǒng)一平臺(tái)不可或缺的硬件。 典型的硬件組合方式見(jiàn)下圖，其中圖1 是通過(guò)PLC 的RS-232 接口與通用個(gè)人電腦進(jìn)行連接，在連接過(guò)程中，需要PLC 制造商提供PLC 的編程電纜。 圖2 是PLC 通過(guò)以太網(wǎng)接口與PC 進(jìn)行通訊，這種方式，完全采用開放的通用硬件平臺(tái)對(duì)PLC 進(jìn)行編程。

圖1 PC 與PLC 通過(guò)串口進(jìn)行通訊

圖2 PC 與PLC 通過(guò)以太網(wǎng)接口通訊

1.2 軟件基礎(chǔ)

1.2.1 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括與實(shí)際PC 硬件相匹配的操作系統(tǒng)、 工控廠家提供的應(yīng)用軟件及與組態(tài)軟件相兼容的操作系統(tǒng)。 諸如，win7、winXP、winNT、unix 等。

1.2.2 應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件包括虛擬機(jī)軟件、 工控組態(tài)軟件及USB 轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)程序。 虛擬機(jī)軟件如VMware Workstation、VirtualBox，只是前者使用范圍更廣泛；由于PLC 的功能與軟硬件結(jié)合較為緊密，所以工控組態(tài)軟件是制造商單獨(dú)提供的程序；USB 轉(zhuǎn)串口已成為PC 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)展組件，屬于通用組件，實(shí)現(xiàn)的方式較多，所以驅(qū)動(dòng)程序也不盡相同，故操作系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有集成其驅(qū)動(dòng)程序，因此，數(shù)據(jù)線的驅(qū)動(dòng)程序隨數(shù)據(jù)一并由開發(fā)商提供。

1.2.3 軟件結(jié)構(gòu)

工控系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)上OS（操作系統(tǒng)）及虛擬機(jī)軟件是必不可少的構(gòu)件。PC 的硬件結(jié)構(gòu)決定了OS 的版本，OS 的版本決定了虛擬機(jī)軟件的版本，當(dāng)PC 上成功安裝虛擬機(jī)軟件后，就可以在虛擬機(jī)上安裝新的OS 及與組態(tài)軟件，構(gòu)建工控實(shí)踐平臺(tái)。 軟件系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3。

圖3 通用工控平臺(tái)的軟件架構(gòu)

2 工控組態(tài)環(huán)境的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建

本實(shí)例以主流的通用個(gè)人電腦（支持64 位版本的win7 平臺(tái)）為基礎(chǔ)， 在通用平臺(tái)上構(gòu)建Rockwell 公司SLC500 系列PLC 組態(tài)平臺(tái)，（SLC500 PLC 組態(tài)軟件是Rockwell 公司提供的Rslogix500，組態(tài)環(huán)境要求32 位版本的操作系統(tǒng)WinXP SP2），構(gòu)建整個(gè)PLC 組態(tài)平臺(tái)的關(guān)鍵部分是虛擬機(jī)軟件（VMware Workstation）。 首先，在win7 個(gè)人電腦上，安裝虛擬機(jī)軟件，然后在虛擬機(jī)上安裝winXP SP2 操作系統(tǒng)，最后，運(yùn)行虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)上安裝Rslogix500，至此，SLC500 PLC 調(diào)試平臺(tái)搭建完畢。

2.2 通用組態(tài)平臺(tái)實(shí)踐

虛擬機(jī)及工控組態(tài)環(huán)境設(shè)置完畢后， 重新啟動(dòng)宿主機(jī)中的虛擬機(jī)，將SLC500 PLC 的CPU 通過(guò)以太網(wǎng)接口與宿主機(jī)連接，虛擬機(jī)上運(yùn)行運(yùn)行Rslinx（Rockwell 提供的組態(tài)通訊軟件），建立虛擬機(jī)與PLC的通訊鏈路，運(yùn)行RsLogix500 對(duì)PLC 進(jìn)行組態(tài)及下裝調(diào)試。

3 結(jié)束語(yǔ)

通用工控機(jī)平臺(tái)只是基于應(yīng)用軟件基礎(chǔ)上的應(yīng)用，用虛擬機(jī)構(gòu)建通用工控環(huán)境，符合模塊化解決問(wèn)題的思路，虛擬機(jī)中的組態(tài)環(huán)境能夠與實(shí)際存在的硬件進(jìn)行交互，是虛擬環(huán)境下的現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)后的工控環(huán)境與實(shí)際環(huán)境幾乎一致， 但是宿主機(jī)與實(shí)際的工控環(huán)境相互隔離，這種方式保護(hù)了宿主機(jī)的系統(tǒng)的獨(dú)立性與安全性，是工控人員學(xué)習(xí)、實(shí)踐工控組態(tài)的良好環(huán)境，同時(shí)虛擬機(jī)中可構(gòu)建若干工控環(huán)境，工程人員根據(jù)需要可對(duì)各個(gè)工控環(huán)境進(jìn)行單獨(dú)鏡像，將鏡像文件轉(zhuǎn)存至其他位置，需要時(shí)通過(guò)拷貝的方式，即可重構(gòu)其工控環(huán)境，一次構(gòu)建即可重復(fù)使用，重構(gòu)速度快效率高，方便工程人員研習(xí)不同的工控環(huán)境及在同一機(jī)器上對(duì)不同工控平臺(tái)的項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)試。

［1］于莉，郭晶.使用虛擬機(jī)搭建PLC 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].民營(yíng)科技，2012（02）.

［2］薛迎成.羅克韋爾PLC 技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社，2009.