PLC測控系統下計算機仿真論文

PLC測控系統下計算機仿真論文

　　1PLC部分仿真實現

　　1．1梯形圖指令解釋實現

　　在特殊指令解釋時，需要將起始和終止共兩次的掃描狀態進行對比，來最大限度地保證其正確性。具體操作時可選用兩個虛擬內存條，并引入“備用堆棧”和“備用結果寄存器”來保存起始掃描的計算結果，以及“堆棧”和“結果寄存器”來保存結束掃描的算結果，以下進行具體說明:(1)常開(及常閉)觸點的實現流程。取出觸點內存地址→將結果寄存器中的現有數據放入堆棧→將地址值(常閉觸點則取反)放入結果寄存器;(2)線圈作用的實現。將結果寄存器中的值輸出至分別起輸出、輔助、保持作用的“繼電器”內存地址中。

　　1．2梯形圖程序運行實現

　　仿真系統通過梯形圖程序的運行并根據其轉化后的指令語句，即可實現對真實PLC控制系統的模擬。各輸入點的狀態被依次掃描，并由系統軟件中用戶編制的程序進行邏輯解算進一步轉化成指令進行執行，指令的執行結果可以被后續待掃描的指令所利用，然后依次對應向各輸出點發出控制信號。梯形圖程序運行的流程為:在梯形圖編輯器中，用戶點擊“運行”按鈕→觸發系統定時器→系統初始化內存地址(常開觸點置零，常閉觸點的定時器及計數器清空)→逐一掃描各元器件并同時進行其指令解釋→直至該條指令結束→自動進入下一條指令的掃描→直至用戶點擊“停止”按鈕。

　　2電路搭建部分仿真實現

　　在仿真系統中，本文通過在軟件中設置元素來模擬元器件，這里以設置通用繼電器的模擬元件為例來進行分析。在元器件編輯器中，用戶可以在兩個菜單中分別選擇元器件(如繼電器、開關按鈕、接觸器、熔斷器、電磁閥、限位開關、電鈴、傳感器以及聲光指示裝置)以及對應的元器件元素(如線圈、接線柱、觸頭、連接線以及保險絲等)。在通用繼電器設計初始，用戶須通過定義邊框確定元器件大小，然后設置線圈及接線柱并用連接線連接，并設置一動一靜兩個觸頭以及若干開關，設置完成后即可點擊生成一個通用繼電器。在對電路進行仿真之前，還需要對電子元器件進行解釋，這里仍以通用繼電器為例來說明解釋的原理和過程，由于電路解釋時需要即時刷新，這會導致電路中元件的動作之間產生相互影響，本文這里引入“樹”的概念來解釋電路，通過將電路中的元器件作為單個節點加入到“樹”中，用戶在設置時，可首先新建“樹”，接著清空“樹節點(元器件)”的狀態，然后對各節點進行循環檢查，當發現控制電路不通時停止循環，最后遍歷節點并給出各元器件輸出值。

　　3應用實例分析

　　3．1實例情況說明

　　基于以上論述，本文這里選擇水塔水位控制系統作為仿真實例，對仿真系統的建立過程進行說明，并通過在仿真環境中進行測試來論證仿真系統的實用性。水塔水位控制系統是通過PLC自動控制來實現水塔自動進、出水，系統中主要的元器件包括液面傳感器、電磁閥、PLC控制器以及電動機。圖4所示為水塔水位自動控制系統示意圖，其動作流程為:當水池水位低于水池低水界時，液面傳感器使S3開關接合(ON)，YV電磁閥門打開，水池開始蓄水。水位高于低水位界時，S3開關斷開(OFF)。當水位升高到高于水池高水位界時，液面傳感器使開關S4開關接合(ON)，YV閥門關閉，水池停止蓄水。水塔水位低于水塔低水位界，液面傳感器使S2開關接合(ON)，若此時S3為斷開狀態，則電動機M運轉，驅動水泵抽水。水塔水位上升到高于水塔高水界時，液面傳感器使S1開關接合(ON)，電動機M停轉，水泵停止工作。

　　3．2系統仿真實現

　　從以上分析可見該控制系統的工作原理，可以看出系統可通過相關元器件實現水塔和水池上、下限水位調節和水塔放水等功能。基于此，本文做以下仿真設計:

　　(1)將實例控制系統的PLC程序設計并下載到仿真電路設計的PLC中。

　　(2)以實時水位、水位上限及水位下限作為變量，根據上節所述的系統工作原理對應編制液位上升和下降函數，以模擬真實的水池和水塔液位變化。

　　(3)在仿真系統中設置6個可供用戶自行定義和更改的控制單位，并將它們分別與水塔和水池的高、低液位傳感器以及電動機和電磁閥的開關共6個元器件相對應。在仿真系統的對話框中，首先設置水塔和水池的水位標識，可分別用“L”、“M”、“H”對應表示實時水位“低于低液位傳感器”、“高于低液位且低于高液位的傳感器”、“高于高液位傳感器”的三種狀態，在另外一個對話框中，用戶可在輸入框中點擊選擇已經在電路編輯器中編輯好的輸入、輸出量與真實控制系統中的6個實際元器件相對應。在完成所有的設置之后，既可以運行仿真系統并通過觀察模擬結果判斷PLC的程序正確與否以及電路是否搭建正確。經過觀察，在仿真系統運行期間各環節控制動作正確，基本能夠實現水池水塔自動控制系統的實際功能。

　　4結語

　　為減少PLC產品的研發周期及成本，本文在對PLC的工作原理及流程進行分析的基礎上，設計了PLC系統的計算機仿真平臺軟件。通過對PLC控制系統的工作原理進行分析，掌握了其各組成部分的特性以及仿真需注意的要點，并以此為基礎對PLC的計算機仿真系統進行了總體布置，并分別確定了其各部分的組成及功能。文章以一個水塔水位自動控制系統為例進行了仿真分析，并以仿真所得結果論證了仿真系統的有效性。由于篇幅等各方面的原因，本文僅對PLC及其仿真系統中的幾個重要環節進行了分析，在今后的研究中還需要進一步完善對PLC的功能仿真，并進一步實現仿真系統和真實系統的聯接。

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