基于MCGS和西门子PLC软件的联合仿真系统通信设计与实现.pdf

信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期基于 MCGS 和西门子 PLC 软件的联合仿真系统通信设计与实现韩永成,于 洁(唐山工业职业技术学院 河北 唐山 063299)【摘摘要要】随着虚拟仿真技术的不断发展,各类工业仿真软件层出不穷,包括了工业控制的各个层级,给学习者和开发工程师在没有硬件情况下的开发测试验证提供了便利。针对 MCGS 触摸屏和西门子可编程控制器(programmable logic controller,PLC)的联合仿真的问题进行研究,通过 NettoPLCsim 软件实现 MCGS 触摸屏仿真软件和西门子 PLC 仿真软件之间的通信,为学习者和开发工程师提供了一种非常实用的联合仿真系统的设计与实现方法。【关关键键词词】M MC CG GS S 触触摸摸屏屏软软件件;西西门门子子 P PL LC C 软软件件;N Ne et tt to oP PL LC Cs si im m 软软件件;联联合合仿仿真真【中中图图分分类类号号】TP31 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】1009-5624(2023)07-0021-03Communication Design and Implementation of Joint Simulation System Based on MCGS and SiemensPLC SoftwareHAN Yongcheng,YU JieTangshan Polytechnic College,Tangshan,Hebei 063299,China【Abstract】With the continuous development of virtual simulation technology,various kinds of industrial simulation software emerge inendlessly,including all levels of industrial control,to learners and development engineers in the absence of hardware development testverification provides convenience.Research on the co-simulation between MCGS touch screen and Siemens Programmable Logic Controller(PLC),realize the communication between MCGS touch screen simulation software and Siemens PLC portal simulation software withNettoplcsim software.It provides a very practical design and implementation method of co-simulation system for learners and developmentengineers.【Key words】MCGS touch screen software;Siemens PLC portal software;NettoPLCsim software;Joint simulation0 引言随着虚拟仿真技术的不断发展,各类工业仿真软件层出不穷,包括了工业控制的各个层级,给学习者和开发工程师在没有硬件情况下的开发测试验证提供了便利。目前可编程控制器(programmable logic controller,PLC)在各种工业现场的应用越来越广泛,功能越来越强大,成了各种工业现场控制级的核心,因此各行各业对于精通 PLC的技术人员的需求量越来越大。PLC 品牌众多,其中西门子各系列 PLC 在中国市场占有相当大的份额,其提供的PLC 最新的编程软件为博途,同时也提供了仿真软件 S7-PLCSIM。通过这两个软件可以在没有硬件 PLC 的情况下实现工程的创建、编辑、离线测试等功能,给工程师在项目初期的调试和初学者的练习提供了便利。在工 程 实 际 应 用 中 人 机 交 互(human-machineinteraction,HMI)界面几乎也是自动控制系统必不可少的组成部分。对于初学者或调试工程师,可能需要学习不同种类的 PLC 与 HMI,并且希望能够在没有硬件的情况下进行仿真。例如西门子 PLC 软件就能够组态 HMI 界面,能够实现 HMI 界面、PLC 的联合仿真。但是对于非西门子的 HMI如果要进行联合仿真,则需要进行深入的研究。韩永成等1针对三菱 PLC 编程软件 Gx developer 和高级语言开发的界面通信问题开展研究,通过三菱公司提供的 MXComponent 软件和 C#函数,能够实现 PLC 仿真软件与高级语言设计界面的联合仿真。杨宇等2主要基于 S7-PLCSIM和 S7-1200 PLC 论述了 3 种仿真调试方法,这 3 种方法都有各自的不同特点,可以根据实际情况选择合适的调试方法。赵悦等3设计了物料分拣控制系统,并进行了仿真实验,避免了人工分拣容易出错的问题,使得生产流水线的工作高效进行,减少了人力资源的浪费。刘宏晔4运用西门子 PLC 软件 V14,以西门子 1200 系列 PLC 与 HMI 为例,进行联合虚拟仿真,方便了学习西门子设备。另外,西门子 PLC 软件和其他软件相结合进行仿真系统的设计也有学者进行了相关研究。刘双耀等5针对多机器人协作系统,对焊接柔性生产线双机器人如何协同焊接进行了仿真设计与分析,基于 KUKA SimPro3.1 对机器人工作站的实际加工环境进行仿真设计,配合西门子仿真软件 S7-PLCSIM,在上位机完成机器人之间的逻辑信号交互动作的虚拟,最终实现多机焊接工作站系统的离线编程。魏红星等6提出了西门子 PLC 与组态王软件联合仿真的方法,西门子 PLC 与组态王联合仿真是以西门子PLC 软 件 模 拟 PLC 作 为 下 位 机,NettoPLCsim 与KEPServerEx 软件作为中间桥梁,组态王软件作为上位机,通过 OPC 通信协议,实现了西门子 PLC 与组态王软件的联合仿真。12信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期本文针对 MCGS 触摸屏仿真软件与西门子 PLC 仿真软件的通信进行研究,建立联合仿真系统,为学习者在没有相关硬件的情况下进行学习提供了一种有效的方案。1 仿真系统设计本文设计的基于 MCGS 触摸屏软件仿真和西门子PLC 软件的联合仿真系统结构图如图 1 所示。图 1 仿真系统结构框图从图 1 可以看出整个仿真系统可在一台计算机实现,由三部分组成。一是西门子 PLC 软件及 PLC 仿真软件PLCsim,二是中间软件 NettoPLCsim,三是 MCGS 仿真软件。1.1 西门子 PLC 软件及 PLC 仿真软件西门子 PLC 软件是一款功能非常强大的软件,它能够实现西门子 PLC 的硬件组态与编程、西门子触摸屏的组态、网络组态、监控,另外还可以在安装变频器配置软件后对变频器进行相关配置。西门子 PLC 仿真软件,能够实现在没有 PLC 硬件的情况下模拟 PLC 硬件的作用,将西门子 PLC 软件编译完成的程序下装到仿真 PLC 中,对于检验程序的有效性具有非常重要的作用。这里的通信协议采用 S7 通信协议,主要用于将 PLC 软件连接到计算机工作站。1.2 NettoPLCsim 软件西门子 PLC 软件功能虽然很强大,但是对于非西门子的工控产品不能做到全部兼容,如果第三方的设备要与西门子设备组成一个控制系统,可以通过添加 GSD 文件的形式实现。所谓的 GSD 文件是指将通信扩大到操作员控制级。虽然使用基于 GSD 的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中,既简单又对用户友好,但是如果第三方设备厂商不提供 GSD 文件,西门子 PLC软件将无法实现。另外一种方式就是通过第三方软件来实现,NettoPLCsim 软件就是具备这种功能的软件。该软件具有画面简洁、操作简单等优点。1.3 MCGS 仿真软件MCGS 是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于 Windows 平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。MCGS 组态软件包括三个版本,分别是网络版、通用版、嵌入版,具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强等优点。通过与相关硬件设备结合(比如 PLC),可以快速、方便地开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统。MCGS 触摸屏组态软件提供了仿真功能,可以通过指定的端口与其他软件实现数据交换。2 仿真系统配置本节按照操作流程重点阐述仿真系统的创建与配置过程。2.1 创建 PLC 程序和仿真这里以西门子 PLC 软件 V15 为例来进行项目创建,并添加 PLC,之后进行 PLC 属性设置,主要是设置 PLC 的IP 地址,如图 2(a)所示;并勾选“允许来自远程的 PUT/GET 通信访问”,如图 2(b)所示。注:对于西门子 1200/1500 系列,必须要勾选允许 PUT/GET 访问,否则不能实现与其他设备的通信,对于 300/400,则不需要。图 2 PLC 硬件属性设置2.2 启动 S7-PLCSIM 仿真器S7-PLCSIM 是西门子公司开发的 PLC 模拟软件,它能够实现在没有硬件情况下的模拟,也可以与西门子触摸屏软件一同集成与实现上位机监控模拟。启动 S7-PLCSIM 仿真器如图 3 所示。当下载完成后可以通过软件模拟 PLC 的启动、停止并通过指示灯显示,还可以模拟显示故障、维护指示灯的状态。仿真器的 IP 地址就是西门子 PLC 软件设置的 PLC 的 IP 地址。图 3 S7-PLCSIM 仿真器22信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期2.3 NettoPLCsim 配置以管理员权限运行 NettoPLCsim 软件,在打开的窗口添加新站点,并进行相应 IP 地址的配置后,启动服务如图4 所示。图 4 配置 Nettoplcsim 软件的站点 其中 Name 为 NettoPLCsim 软件内部使用的名称,与西门子 PLC 软件及 MCGS 软件没有关联,因此名称可以根据自己的习惯命名即可;Network address 为计算机网卡或虚拟网卡的地址,PLCsim address 为 PLC 仿真器的 IP 地址,需要注意的是 Network address 与 PLCsim address 的 IP地址需要在同一个网段下,但是地址不能相同。当点击Start Server 按钮后,Status 可以显示出当前站点的运行状态,102 端口 OK 代表 NettoPLCsim 以太网通信端口已经打开,具备了通信的功能。2.4 创建 MCGS 工程及配置添加 MCGS 硬件,这里硬件只要选择能够支持以太网通信的型号即可。MCGS 软件的设备窗口添加 Siemens_1200 驱动。在设备编辑窗口,编辑设备属性值。设置远端 IP 地址:192.168.0.50(计算机 IP 地址),本地 IP 地址:192.168.0.20(MCGS 仿真触摸屏 IP 地址),需要与计算机 IP 相同网段,其他属性值保持默认即可。属性设置完成后,增加设备通道,添加所需要的变量。如图 5 所示。图 5 配置 MCGS 设备2.5 联合测试打开 MCGS 设备窗口,点击“启动设备调试”,可以看到 MCGS 软件与 S7-PLCSIM 仿真通信已成功。如图 6 所 示,图6(a)是 MCGS 仿真测试窗口,在图6(a)中将 M10.0强制为 1,在图 6(b)西门子 PLC 软件中模拟在线监控对应的点位的状态变为 TRUE,说明仿真系统通信成功。图 6 联合测试3 结语综上所述,本文通过深入研究 MCGS 仿真软件与西门子 PLC 软件及 PLC 仿真软件的功能,并引入 NettoPLCsim软件,通过相关的配置,实现了在没有硬件的情况下 MCGS与西门子 PLC 仿真软件的通信,为学习者和开发工程师提供了一种非常实用的联合仿真系统的设计与实现方法。【参考文献】1 韩永成,高丹,田超.采用 C#和 PLC 软件设计与实现虚拟仿真系统 J.福建电脑,2021,37(1):99-100.2 杨宇,段有艳,王旭,等.基于 S7-PLCSIM 的 S7-1200 PLC仿真调试方法探析 J.昆明冶金高等专科学校学报,2019,35(5):64-67.3 赵悦,莫莉,张阳.基于西门子 PLC 和 WINCC 组态的物料分拣控制系统的设计与仿真 J.成都大学学报(自然科学版),2021,40(4):384-389.4 刘宏晔.西门子人机界面(触摸屏 HMI)与虚拟仿真应用技术 J.电子技术与软件工程,2019(2):72.5 刘双耀,程文锋.基于 SimPro 和 TIA 的多机器人协同焊接虚拟仿真 J.科技与创新,2022(6):178-181.6 魏红星,胡春生,闫小鹏,等.西门子 PLC 与组态王的联合仿真方法研究J.工业控制计算机,2021,34(9):70-71.基金项目:唐山工业职业技术学院课题“基于触摸屏和西门子PLC 软件联合仿真研究”(YJKT202201)。作者简介:韩永成(1980),男,河北唐山,硕士,高级工程师,研究方向:机电一体化技术应用。32