基于MCGS的PLC虛擬監(jiān)控系統(tǒng)平臺＊

靳雷，薛韶燁

（河南質量工程職業(yè)學院，河南 平頂山 467001）

PLC作為專門面向工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的核心控制器，具有可靠性高、抗干擾能力強、維護方便、功能完善等優(yōu)點，在工業(yè)自動化領域占有重要的位置，PLC控制系統(tǒng)的設計及調試就顯得尤為重要。由于受到時間、空間和硬件資源等諸多因素的制約，給系統(tǒng)的開發(fā)調試以及高校實驗教學帶來一定的困難［1］，因此虛擬仿真技術逐漸受到大家的關注。通過虛擬實驗平臺可以讓調試人員以交互的方式進行實驗操作，為項目設計調試縮短開發(fā)周期，同時也為高校實踐教學解決了實驗設備資源緊張等問題［2］。

鑒于此，采用組態(tài)軟件MCGS構建虛擬被控對象，并利用目前工業(yè)通信領域廣泛應用的OPC技術，結合PLC編程、仿真軟件共同構建的PLC全虛擬仿真系統(tǒng)平臺，程序調試人員不需要實物僅通過一臺計算機就可以動態(tài)實時地對控制程序調試驗證，極大地方便了控制系統(tǒng)的開發(fā)、調試［3-4］，同時也為高校的實驗教學提供了一條新的途徑。

1 虛擬教學實驗系統(tǒng)總體設計

1.1 軟件構成

（1）三菱編程軟件、仿真軟件

三菱PLC的編程軟件GX Developer結合三菱PLC程序仿真軟件GX Simulator，可實現PLC的離線和在線調試功能，通過模擬監(jiān)控外部設備I/O口的通斷狀態(tài)以及軟元件的測試達到對控制程序的調試，其缺點是程序調試時不能直觀觀測到控制過程。

（2）三菱OPC服務軟件MX OPC Server

OPC作為一個開放的接口標準，為數據源和數據使用者提供了一種標準的數據訪問機制，數據源可以是現場的I／O設備，也可以是其他的應用程序，不同廠商的軟、硬件只要提供符合OPC規(guī)范的接口，就可以集成到整個系統(tǒng)中去，達到控制系統(tǒng)的無縫鏈接［5-6］。

目前幾乎所有自動化軟件解決方案的提供者均支持OPC通訊協(xié)議，并提供OPC Server，三菱公司推出的MX OPC Server軟件，專門用于三菱全系列PLC的OPC服務器軟件，可以與任何標準的OPC客戶端通信并提供數據信息。系統(tǒng)平臺通信設計將以MX OPC Server作為OPC的服務器。

（3）MCGS軟件

MCGS作為一款優(yōu)秀的面向窗口、全中文的國產組態(tài)軟件，是一種用于快速構造和生成監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，在自動化領域有著更廣泛的應用。它擁有PLC、變頻器、智能模塊及儀表等常用設備組態(tài)模塊，支持OPC通信協(xié)議，MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略構成，用戶可以快速構造和生成監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 仿真平臺結構方案

PLC虛擬仿真平臺采用三菱編程軟件GX Developer、三菱編程調試仿真軟件GX Simulator構建虛擬PLC控制器，上位機利用組態(tài)軟件MCGS構建虛擬控制對象，用三菱MX OPC Server作為OPC服務器，建立起GX Simulator與MCGS實時數據庫的通信連接［7］，從而實現對PLC控制系統(tǒng)實時在線虛擬仿真監(jiān)控的功能。PLC虛擬監(jiān)控系統(tǒng)平臺結構框圖如圖1所示。

圖1 PLC虛擬監(jiān)控系統(tǒng)平臺結構框圖

1.3 虛擬PLC與OPC Server通信

（1）安裝三菱編程軟件GX Developer 8.86，再安裝三菱仿真軟件GX Simulator v6，在GX Developer中根據控制要求編制PLC控制程序后，啟動程序仿真。

（2）安裝三菱OPC服務軟件MX OPC Server6.04，打開Communication Setting Wizard-PC side對話框，選擇“PC side I/F”屬性為GX Simulator(仿真軟件)，“Station type”選擇“Host station”，“CPU type”選擇與編程軟件中程序的PLC類型相一致，在MX OPC Configurator中，添加虛擬PLC連接，在“Address Space”進行設備連接，新建“New Group”或“New Data Tag”，添加所要監(jiān)控的變量組及I/O變量，要保證I/O地址與編程軟件中的地址一致，完畢后可以啟動在線監(jiān)控［8］，通訊設置如圖2所示。

圖2 MX OPC Server通訊設置

1.4 MCGS與OPC Server通信

安裝MCGS 6.2通用版，創(chuàng)建MCGS工程，打開實時數據庫，根據系統(tǒng)的控制要求，點擊“新增對象”建立所需要監(jiān)控的數據變量，并在“對象屬性”里對不同的變量作對應的設置。打開設備組態(tài)窗口，在設備工具箱的“設備管理”里添加“OPC設備”，如圖3所示。打開“通用OPC設備屬性編輯”窗口，在“基本屬性”條目中點擊“OPC服務器”，在“選擇計算機上注冊的OPC服務器”條目中選擇“Mitsubishi.MXOPC.6”，如圖4所示，其后在“通道連接”條目中，找到MCGS實時數據庫中已經建立的數據變量，在“通道名稱”條目下，點擊“查詢通道”，在“瀏覽可用的數據項”選項中，找到MX OPC Server中已經建立的OPC數據變量，MCGS實時數據庫中的數據變量與OPC數據變量一一建立對應的數據連接，并選擇合適的通道類型及讀寫屬性，最后打開“設備調試”，對組態(tài)設備檢查無誤后即完成MCGS與OPC Server的通信設置。

圖3 設備管理添加OPC設備

圖4 OPC通道連接

2 仿真平臺應用實例

以四層電梯PLC控制系統(tǒng)為例進行仿真實驗，電梯控制中各種信號的出現具有不確定性，同時信號需要有自鎖保持、互鎖保護、優(yōu)先級排隊及數據比較等環(huán)節(jié)［9］，電梯的控制要求由于篇幅所限，不加贅述，詳見參考文獻［9］。

（1）利用GX Developer軟件編制控制系統(tǒng)程序，CPU類型選擇FX2N(C)，并利用其GX Simulator仿真軟件對編制的程序進行仿真調試。

（2）OPC設置，在MX OPC Server中建立與控制程序地址相對應的數據變量，啟動監(jiān)控模式進入在線監(jiān)控，通信顯示為“Good”，證明虛擬PLC與OPC軟件通信成功，虛擬PLC與OPC數據通訊監(jiān)視畫面如圖5所示。

圖5 虛擬PLC與OPC數據通訊監(jiān)視畫面

（3）上位機MCGS設置

根據四層電梯的控制要求，在實時數據庫建立所要監(jiān)控的數據變量，然后對設備窗口組態(tài)設置，在OPC設備屬性中，選擇OPC服務器“Mitsubishi.MXOPC.6”，建立對應的數據通道，MCGS與OPC數據通道連接如圖6所示。

圖6 MCGS與OPC數據通道連接

（4）在MCGS用戶窗口中進行相關畫面組態(tài)以及在運行策略中編寫腳本程序。

（5）對整個控制系統(tǒng)進行聯合仿真調試，需要將三菱仿真軟件GX Simulator、三菱OPC服務軟件MX OPC Server和MCGS均置于仿真運行監(jiān)控模式，便可動態(tài)地觀察到四層電梯的運行以及PLC程序的運行情況，調試好的上位機監(jiān)控畫面如圖7所示。

圖7 上位機監(jiān)控畫面

3 結論

設計的虛擬仿真平臺采用PLC編程、仿真軟件和MCGS軟件為載體，以MX OPC Sever作為上位機監(jiān)控軟件MCGS與下位機虛擬PLC數據通信的媒介，實現了二者之間實時在線通訊。在無PLC硬件和控制對象等實物的條件下，僅利用一臺PC機，就可實現對各種復雜的PLC控制系統(tǒng)進行實時監(jiān)控仿真［10］。仿真實例表明，平臺具有良好的開放性和交互性，為工程技術人員進行系統(tǒng)調試以及高校實驗教學提供一種新的方法，值得推廣和借鑒。