PLC測(cè)控系統(tǒng)下計(jì)算機(jī)仿真論文

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1plc部分仿真實(shí)現(xiàn)

1．1梯形圖指令解釋實(shí)現(xiàn)

在特殊指令解釋時(shí)，需要將起始和終止共兩次的掃描狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)最大限度地保證其正確性。具體操作時(shí)可選用兩個(gè)虛擬內(nèi)存條，并引入“備用堆?！焙汀皞溆媒Y(jié)果寄存器”來(lái)保存起始掃描的計(jì)算結(jié)果，以及“堆?！焙汀敖Y(jié)果寄存器”來(lái)保存結(jié)束掃描的算結(jié)果，以下進(jìn)行具體說(shuō)明:(1)常開(kāi)(及常閉)觸點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)流程。取出觸點(diǎn)內(nèi)存地址→將結(jié)果寄存器中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)放入堆棧→將地址值(常閉觸點(diǎn)則取反)放入結(jié)果寄存器;(2)線圈作用的實(shí)現(xiàn)。將結(jié)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(nèi)存地址中。

1．2梯形圖程序運(yùn)行實(shí)現(xiàn)

仿真系統(tǒng)通過(guò)梯形圖程序的運(yùn)行并根據(jù)其轉(zhuǎn)化后的指令語(yǔ)句，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)PLC控制系統(tǒng)的模擬。各輸入點(diǎn)的狀態(tài)被依次掃描，并由系統(tǒng)軟件中用戶編制的程序進(jìn)行邏輯解算進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成指令進(jìn)行執(zhí)行，指令的執(zhí)行結(jié)果可以被后續(xù)待掃描的指令所利用，然后依次對(duì)應(yīng)向各輸出點(diǎn)發(fā)出控制信號(hào)。梯形圖程序運(yùn)行的流程為:在梯形圖編輯器中，用戶點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕→觸發(fā)系統(tǒng)定時(shí)器→系統(tǒng)初始化內(nèi)存地址(常開(kāi)觸點(diǎn)置零，常閉觸點(diǎn)的定時(shí)器及計(jì)數(shù)器清空)→逐一掃描各元器件并同時(shí)進(jìn)行其指令解釋→直至該條指令結(jié)束→自動(dòng)進(jìn)入下一條指令的掃描→直至用戶點(diǎn)擊“停止”按鈕。

2電路搭建部分仿真實(shí)現(xiàn)

在仿真系統(tǒng)中，本文通過(guò)在軟件中設(shè)置元素來(lái)模擬元器件，這里以設(shè)置通用繼電器的模擬元件為例來(lái)進(jìn)行分析。在元器件編輯器中，用戶可以在兩個(gè)菜單中分別選擇元器件(如繼電器、開(kāi)關(guān)按鈕、接觸器、熔斷器、電磁閥、限位開(kāi)關(guān)、電鈴、傳感器以及聲光指示裝置)以及對(duì)應(yīng)的元器件元素(如線圈、接線柱、觸頭、連接線以及保險(xiǎn)絲等)。在通用繼電器設(shè)計(jì)初始，用戶須通過(guò)定義邊框確定元器件大小，然后設(shè)置線圈及接線柱并用連接線連接，并設(shè)置一動(dòng)一靜兩個(gè)觸頭以及若干開(kāi)關(guān)，設(shè)置完成后即可點(diǎn)擊生成一個(gè)通用繼電器。在對(duì)電路進(jìn)行仿真之前，還需要對(duì)電子元器件進(jìn)行解釋，這里仍以通用繼電器為例來(lái)說(shuō)明解釋的原理和過(guò)程，由于電路解釋時(shí)需要即時(shí)刷新，這會(huì)導(dǎo)致電路中元件的動(dòng)作之間產(chǎn)生相互影響，本文這里引入“樹(shù)”的概念來(lái)解釋電路，通過(guò)將電路中的元器件作為單個(gè)節(jié)點(diǎn)加入到“樹(shù)”中，用戶在設(shè)置時(shí)，可首先新建“樹(shù)”，接著清空“樹(shù)節(jié)點(diǎn)(元器件)”的狀態(tài)，然后對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制電路不通時(shí)停止循環(huán)，最后遍歷節(jié)點(diǎn)并給出各元器件輸出值。

3應(yīng)用實(shí)例分析

3．1實(shí)例情況說(shuō)明

基于以上論述，本文這里選擇水塔水位控制系統(tǒng)作為仿真實(shí)例，對(duì)仿真系統(tǒng)的建立過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，并通過(guò)在仿真環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試來(lái)論證仿真系統(tǒng)的實(shí)用性。水塔水位控制系統(tǒng)是通過(guò)PLC自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)水塔自動(dòng)進(jìn)、出水，系統(tǒng)中主要的元器件包括液面?zhèn)鞲衅?、電磁閥、PLC控制器以及電動(dòng)機(jī)。圖4所示為水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖，其動(dòng)作流程為:當(dāng)水池水位低于水池低水界時(shí)，液面?zhèn)鞲衅魇筍3開(kāi)關(guān)接合(ON)，YV電磁閥門(mén)打開(kāi)，水池開(kāi)始蓄水。水位高于低水位界時(shí)，S3開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(OFF)。當(dāng)水位升高到高于水池高水位界時(shí)，液面?zhèn)鞲衅魇归_(kāi)關(guān)S4開(kāi)關(guān)接合(ON)，YV閥門(mén)關(guān)閉，水池停止蓄水。水塔水位低于水塔低水位界，液面?zhèn)鞲衅魇筍2開(kāi)關(guān)接合(ON)，若此時(shí)S3為斷開(kāi)狀態(tài)，則電動(dòng)機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)水泵抽水。水塔水位上升到高于水塔高水界時(shí)，液面?zhèn)鞲衅魇筍1開(kāi)關(guān)接合(ON)，電動(dòng)機(jī)M停轉(zhuǎn)，水泵停止工作。

3．2系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)

從以上分析可見(jiàn)該控制系統(tǒng)的工作原理，可以看出系統(tǒng)可通過(guò)相關(guān)元器件實(shí)現(xiàn)水塔和水池上、下限水位調(diào)節(jié)和水塔放水等功能?；诖?，本文做以下仿真設(shè)計(jì):

(1)將實(shí)例控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)并下載到仿真電路設(shè)計(jì)的PLC中。

(2)以實(shí)時(shí)水位、水位上限及水位下限作為變量，根據(jù)上節(jié)所述的系統(tǒng)工作原理對(duì)應(yīng)編制液位上升和下降函數(shù)，以模擬真實(shí)的水池和水塔液位變化。

(3)在仿真系統(tǒng)中設(shè)置6個(gè)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(dòng)機(jī)和電磁閥的開(kāi)關(guān)共6個(gè)元器件相對(duì)應(yīng)。在仿真系統(tǒng)的對(duì)話框中，首先設(shè)置水塔和水池的水位標(biāo)識(shí)，可分別用“L”、“M”、“H”對(duì)應(yīng)表示實(shí)時(shí)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(tài)，在另外一個(gè)對(duì)話框中，用戶可在輸入框中點(diǎn)擊選擇已經(jīng)在電路編輯器中編輯好的輸入、輸出量與真實(shí)控制系統(tǒng)中的6個(gè)實(shí)際元器件相對(duì)應(yīng)。在完成所有的設(shè)置之后，既可以運(yùn)行仿真系統(tǒng)并通過(guò)觀察模擬結(jié)果判斷PLC的程序正確與否以及電路是否搭建正確。經(jīng)過(guò)觀察，在仿真系統(tǒng)運(yùn)行期間各環(huán)節(jié)控制動(dòng)作正確，基本能夠?qū)崿F(xiàn)水池水塔自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際功能。

4結(jié)語(yǔ)

為減少PLC產(chǎn)品的研發(fā)周期及成本，本文在對(duì)PLC的工作原理及流程進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了PLC系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)軟件。通過(guò)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)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(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)PLC的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)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(gè)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)為例進(jìn)行了仿真分析，并以仿真所得結(jié)果論證了仿真系統(tǒng)的有效性。由于篇幅等各方面的原因，本文僅對(duì)PLC及其仿真系統(tǒng)中的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，在今后的研究中還需要進(jìn)一步完善對(duì)PLC的功能仿真，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)和真實(shí)系統(tǒng)的聯(lián)接。

作者：馬守東 馬毓 單位：南京工程高等職業(yè)學(xué)校 遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院