PLC測控系統(tǒng)下計算機仿真論文
1PLC部分仿真實現(xiàn)
1．1梯形圖指令解釋實現(xiàn)
在特殊指令解釋時，需要將起始和終止共兩次的掃描狀態(tài)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(xiàn)流程。取出觸點內存地址→將結果寄存器中的現(xiàn)有數(shù)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(xiàn)。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(xiàn)
仿真系統(tǒng)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(xiàn)對真實PLC控制系統(tǒng)的模擬。各輸入點的狀態(tài)被依次掃描，并由系統(tǒng)軟件中用戶編制的程序進行邏輯解算進一步轉化成指令進行執(zhí)行，指令的執(zhí)行結果可以被后續(xù)待掃描的指令所利用，然后依次對應向各輸出點發(fā)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(fā)系統(tǒng)定時器→系統(tǒng)初始化內存地址(常開觸點置零，常閉觸點的定時器及計數(shù)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(xiàn)
在仿真系統(tǒng)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(jié)點加入到“樹”中，用戶在設置時，可首先新建“樹”，接著清空“樹節(jié)點(元器件)”的狀態(tài)，然后對各節(jié)點進行循環(huán)檢查，當發(fā)現(xiàn)控制電路不通時停止循環(huán)，最后遍歷節(jié)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(tǒng)作為仿真實例，對仿真系統(tǒng)的建立過程進行說明，并通過在仿真環(huán)境中進行測試來論證仿真系統(tǒng)的實用性。水塔水位控制系統(tǒng)是通過PLC自動控制來實現(xiàn)水塔自動進、出水，系統(tǒng)中主要的元器件包括液面?zhèn)鞲衅鳌㈦姶砰y、PLC控制器以及電動機。圖4所示為水塔水位自動控制系統(tǒng)示意圖，其動作流程為:當水池水位低于水池低水界時，液面?zhèn)鞲衅魇筍3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?zhèn)鞲衅魇归_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?zhèn)鞲衅魇筍2開關接合(ON)，若此時S3為斷開狀態(tài)，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?zhèn)鞲衅魇筍1開關接合(ON)，電動機M停轉，水泵停止工作。
3．2系統(tǒng)仿真實現(xiàn)
從以上分析可見該控制系統(tǒng)的工作原理，可以看出系統(tǒng)可通過相關元器件實現(xiàn)水塔和水池上、下限水位調節(jié)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(tǒng)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(jié)所述的系統(tǒng)工作原理對應編制液位上升和下降函數(shù)，以模擬真實的水池和水塔液位變化。
(3)在仿真系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行期間各環(huán)節(jié)控制動作正確，基本能夠實現(xiàn)水池水塔自動控制系統(tǒng)的實際功能。
4結語
為減少PLC產品的研發(fā)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(tǒng)的計算機仿真平臺軟件。通過對PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)為例進行了仿真分析，并以仿真所得結果論證了仿真系統(tǒng)的有效性。由于篇幅等各方面的原因，本文僅對PLC及其仿真系統(tǒng)中的幾個重要環(huán)節(jié)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(xiàn)仿真系統(tǒng)和真實系統(tǒng)的聯(lián)接。
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