以PLC自動控制生產過程為基礎的實時仿真系統設計

熊 媛，鄒言云

（江西工業職業技術學院，江西 南昌 330039）

以PLC自動控制生產過程為基礎的實時仿真系統設計

熊 媛，鄒言云

（江西工業職業技術學院，江西 南昌 330039）

在現代三維物流的仿真模型系統設計中都采用了模擬自動化的生產運行過程，但是，在仿真系統上設計的軟件都基本建立在PLC事實仿真模型來控制信號，運用不同的軟件組向PLC中采集信號并可進行控制等參數。通過程序的設計，將數據庫中參數進行控制，便可完成對數據的采集工作，做到仿真的效果。文章主要分析了實時仿真系統的設計，在設計上重點研究PLC信號的采集和數據的收集，在仿真的過程的驗證中達到了實時仿真的效果。

PLC；實時仿真；數據采集

隨著經濟的發展和科技的進步，傳統的生產模式逐漸被淘汰，現代的生產模式都采用自動化生產，自動化生產模式已成為國內生產企業產業升級的發展趨勢。但是，在自動化生產系統中的設計較為復雜，必須引入一種對系統全面評估的方法，對系統的仿真效果全面設計，并且運行復雜系統工具，廣泛地運用到企業自動化生產的改造中來。

文章主要從PLC自動控制生產過程為基礎的實時仿真系統設計控制方面展開分析，深入了解仿真系統的控制系統運行狀況，構建生產過程自動控制系統的數學模型，設計出相應的高評價的仿真系統，此種控制模型在運行穩定性、精度要求較好的地方較適用，且在分幅式的控制當中，應用效果更顯著。

PLC最早誕生于1969年的美國，盡管當時PLC只有幾種簡單功能，但就當時的生產技術水平來說，已經在很大程度上提高了部分生產工作的效率。而在20世紀70年代，隨著微處理器的研發成功，并將其結合在PLC技術當中，才完善了PLC的功能。

PLC技術在我國正式開始運用是在20世紀70年代，后來也隨之產生了一系列的優秀成果，如DKK就是由杭州機床電器廠所生產出來的。PLC技術編程應用于氣動機械手控制系統設計時，要根據實際情況認真分析PLC技術控制的要求，程序按照PLC外部電路接線等進行編制，嚴格按照相關格式規則對進行氣動機械手控制系統程序編寫。

1 實時仿真系統結構

在本次的實時仿真系統中主要采用數據采集、仿真引擎技術、決策系統、仿真模型、數據模型、仿真輸出以及各個設備間的通信等組成，在仿真引擎中主要對信息的參數進行決策和修改等指令，生成后并離散在整個事件的安排；數據采集是在整個自動化的控制系統中的數據在給予加工，收集在各個設備和工作中的數據在進行實時加工，將加工后的數據再保存到模型中來。在整個實時仿真控制系統的主要工作流程為：

（1）仿真引擎技術：在模型中所接收到數據進行實時參數，并且在工作中和設備上的實時信息進行加工。

（2）數據采集：實時采集自動化控制中的數據并加工，包括對設備、零部件以及對生產中的時間進行加工等，最后，將所收集到的數據進行保存，以防日后方便使用。

（3）實時仿真系統在設備的運行后，對系統的運行、暫停或者是輸出等過程數據的仿真實體。

2 實時仿真模型數據處理

如圖1所示，在實時仿真模型數據處理中，主要是對PLC現場的控制、數據的采集和Flex sim模型中所運行的所有數據的調用。在PLC現場的控制、數據的采集和Flex sim模型的數據傳輸都是以數據庫為中介的調用模型

圖1 實時數據調用數據流程

在這三者的數據傳輸中都存在一一對應的變量關系，在采集數據中，將PLC中所控制的數據進行保存到相對應的數據庫中；在調用數據時，在數據庫中尋找與Flex sim數據的變量值與相對應的設備，并將Flex sim數據的變量值仿真實體模型的數據處理。

（1）PLC數據采集。PLC具有如下5個方面的優點：①PLC主要是通過軟件來實現控制的，不但功能齊全且具備良好的靈活性，即使是控制對象不同也依然可以采用相同的硬件來進行配置，控制場合的大多數要求基本上都可以滿足。②具有極強的干擾能力和良好的可靠性，不管是在任何工業環境之下都可以照常作業。此外，不管是軟件還是硬件，都采用了一系列措施（濾波、屏蔽、故障診斷以及光電隔離）。③PLC主要是使用梯形圖來進行變成，較為簡便，語句表、流程圖二者可自行的轉換，操作使用都具備良好的便捷性。④PLC屬于模塊化結構，用戶可自己配置模塊化結構，不管擴展還是維修都較為方便。⑤PLC安裝過程簡單且容易調試，只需要把I/O端進行子連接即可完成了接線的任務，安裝時間較短。

以西門子的PLC技術、InTouch組態軟件為基礎的集散控制系統，能夠有效提升全集成自動化系統水平，因此，在PLC的控制系統中可編程控制器具備良好的適應性、強大的功能，且靈活性高，被廣泛運用在自動化生產的領域中。

軟件系統設計兩大部分（觸摸屏組態和PLC編程）。觸摸屏組態主要是選用WinCC flexible 2007，可在STEP-7項目插入WinCC項目，便可進行調試軟件以及相關模擬。在觸摸屏上，主要是清晰顯示各項機組的參數、組態工藝流程簡圖以及調節需要認為設置的參數，各項參數在設置之后都會在于PLC的變量中進行保存。除此之外，在觸摸屏中還可詳細記錄各個工藝參數數據并保存，通過對數據分析，可作為判定設備運行狀況的依據，以便及時發現故障，及時進行對應處理。PLC在整個編程的過程當中,主要使用西門子公司研發的編程軟件STEP-7，該編程軟件不但可以達到通信網絡組態、完成各種硬件，還可用以編寫梯形圖程序以及實邏輯功能的控制。編寫梯形圖程序的作用除了把控制信號向外輸出之外，還用以處理開關量以及模擬量。

（2）Flex sim數據調用。Flex sim是美國公司Flex sim所開發，到現在是世界上第一個也是唯一一個能夠在圖形中C++IDE和編譯器所集成的仿真軟件。在Flex sim中將資料、圖像、語言等不同因素相結合中都可以與其他的軟件一起使用，并且還可以從Excel的表中讀取不同的額資料和對數據的輸出，在生產線中的數據直接讀取實時資料以及作業的分析功能。

3 結語

綜上所述，在PLC自動化控制生產過程的實時仿真系統設計，不僅減少了傳統的自動化生產過程系統的復雜操作流程，更提高了工作效率和工作速度。除此之外，PCL仿真系統設計更具有自動化生產的現場過程工藝數據的參數，為現代的自動化生產系統更加進一步的分析和仿真優化的數據提供了建模的基礎。隨著科技的進一步發展，相信基于PCL的自動化生產過程中所進行的數據采集和仿真引擎的優化系統會越來越完善，這將會給現代的生產化系統大大提高了生產的效率。

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熊媛（1979-），女，大學本科，講師，主要研究方向:電氣自動化、機電一體化。