基于硬件和对象的PLC仿真.pdf

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1、基于硬件和对象的PLC仿真计控部华优基关键词：PLC仿真PLCSIM控制对象KeyWords:PLC;Simulation;PLCSIM;Controlledobject一、前言可编程序控制器(PLC)是一种通用的控制微机，广泛应用于工业生产的各个领域，是实现工业控制首选的控制器，其广泛而普及的应用要求我们从事电类专业的人员都能较好地掌握这项应用技术。然而，传统的PLC控制系统设计和调试均离不开硬件PLC，如果能够利用计算机构造一个虚拟的PLC，模拟实现其功能，即利用计算机仿真PLC，则会给PLC控制

2、系统的开发带来极大的便利。同时也给初学者提供几乎与实际情况一样的实践机会，对于教学培训领域也可提供良好的教学方法。PLC应用在工业生产中，工业生产的连续性和对有关过程参数的稳定的范围要求，对我们现场的调试提出了很高的要求，就是要尽可能地在进入现场前将有关参数和功能调整好。如果有了对控制对象的仿真，就可以实现在室内模仿工业生产实际情况，实现模拟调试，积累有效地实际工作经验。本文从PLC硬件仿真和过程控制对象模拟两方面出发，介绍西门子PLC仿真软件PLCSIM的功能和基本使用法，运用自动控制理论分析最典型

3、的控制对象，给出模仿此对象的程序段，以使我们能在没有硬件和在实验室运行调试我们的PLC程序。二、PLCSIM及其应用1.PLCSIM的基本知识PLCSIM可以在计算机上进行不依赖于硬件的S7程序测试，在程序开发早期消除错误。目前该软件的最新版本是PLCSIMV5.4,使用中需要授权。在一台计算机中，PLCSIM安装的先决条件是安装了相容版本的STEP7,安装顺序是先STEP7,再PLCSIM,然后安装WinCC。2.PLCSIM的功能（1）可对S7-300、400PLC程序进行离线仿真与调试，可以访问

4、模拟PLC的I/O存储器、累加器和寄存器。通过在仿真运行窗口中改变输入变量的ON/OFF状态来控制程序的运行，并观察有关输出变量的状态来监视程序运行的结果。（2）可实现定时器和计数器的监视和修改，通过程序使定时器自动运行或手动复位。（3）仿真软件还可以模拟位存储器、外围输入变量区和外围输出变量区的操作，以及对存储在数据块的数据的读写。（4）可在仿真PLC中使用中断组织块测试程序的特性，并记录一系列操作事件及回放记录，从而自动测试程序。3.PLCSIM的使用首先在你的计算机中”设置PG/PC”为“PLC

5、SIM(MPI)”。打开SIMATIC资源管理器，然后再打开一个已经创建的项目，如图1打开仿真程序图1可以通过STEP7菜单Options>SimulateModules，激活S7-PLCSIM；或者通过点击工具栏中的图标，来激活S7-PLCSIM。在已打开的项目中，打开其硬件介面，下载硬件，如图2图2在仿真界面，添加I/O,见图3，可设置输入信号，也可观察输出信号，点击RUN-P选择框，进入运行状态，RUN灯亮。图33．点击这儿，见图31．点击这儿加两个输入，2．点击这儿加两个输出，如IB0，IB1

6、如QB0，QB1再次回到SIMATIC资源管理器，下载程序块，如图41．先选中Blocks3．打开OB1或其它2．再点击下载，按提FC块，见图5示全部选择“YES”或“OK”图4图5对选中的程序块，点击监视开关即“眼镜”进行监控。在仿真界面，可对I/O点进行设置和取消设置，然后观察程序运行状态，根据所需的逻辑关系调整用户程序。图64.PLCSIM与WinCC的连接打开已做好的WinCC项目，在“变量管理”的MPI中设置系统参数，如图7，点击“单元”，逻辑设备名称选为“PLCSIM(MPI)”。确认设定

7、。图7激活WinCC项目，如图8。图8三、典型控制对象的仿真1.基本算法离散系统对控制变量的测量不是连续的，只测得这些变量在各个时刻的数值（即采样值），其动态过程是用线性差分方程来描述的。典型的一阶惯性环节的传递函数为：KG(S)=TS+1(1)f其微分方程为：dy(t)T+y(t)=Ku(t)fdt(2)式中:Tf---时间常数；K---静态放大倍数；y---对象输出；u---对象输入。经数学运算后[1]得到的差分方程为：y(k+1)−ay(k)=bu(k)(3)TT−−TfTf式中：a=e；b=K

8、(1−e)。T为采样周期。T−TfT一般情况下，时间常数Tf》采样周期T，有e≈1−，因此TfTTa=1−,b=K。运算将被进一步地简化。TTff有了(3)式这个差分方程，我们就不难在PLC上实现一阶惯性环节。以此类推，对于典型的一阶惯性带纯滞后环节的传递函数为：K−τsG(S)=eTS+1（4）f式中：τ为纯滞后时间，其微分方程为：dy(t)T+y(t)=Ku(t−τ)fdt（5）经数学运算后[1]得到的差分方程为：y(k+1)−ay(k)=bu(k−