利用 MCGS实现对 PLC硬件的虚拟扩展.pdf

7 6 工业仪表与自动化装置 2 0 1 4年第 3期 利 用 MC GS实现对 P L C硬件 的虚拟扩展 杨柳春 ， 李庆臣 1 ． 兰州石化职业技术学院 电子电气工程 系， 兰州 7 3 0 0 6 0 ； 2 ． 中国石化销售有限公 司华南分公 司维修 中心 ， 广州 5 1 0 7 2 5 摘要 在 MC G S组态 中通过虚拟拓展方式， 用 中间继电器 M来代 替输 出映像 寄存 器 Q进行输 出， 以解决程序设计中复杂控制系统接口不够用的状况， 以软代硬实现复杂控制系统的有效运行， 简化 了 P L C控制 系统的组建手段和验证方法 ， 节省 了投资。 关键词 M C G S ； P L C； 中间继电器； 程序验证 ； 虚拟拓展 中图分类号 T P 3 9 1 ． 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 4 0 3 0 0 7 6一 o 3 Us e t he M CGS t o r e a l i z e v i r t ua l e x t e n s i o n o f t h e PLC h a r dwa r e Y A N G L i u c h u n ， L I Q i n g c h e n 1 ．D e p a r t m e n t o f E le c t r i c a l E n g i n e e ri n g ，L a n z h o u P e t r o c h e mi c a l C o l l e g e of V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y， L a n z h o u 7 3 0 0 6 0， C h i n a ； 2 ．S o u t h B r a n c h S e r v i c e C e nt e r ，S i n o p e c S a l e s C o ． ， L t d ．， G u a n g z h o u 5 1 0 7 2 5 ，C h i na Ab s t r ac t Th e MCGS c o n fig ur a t i o n h a s b e e n i n t r o d uc e d i n t h i s p a pe r ．Th r o u g h v i r t u a l e x t e ns i o n wa y w i t h i n t e r m e d i a t e r e l a y M f o r o u t p u t i n s t e a d o f t h e o u t p u t i m a g e r e g i s t e r Q， t o s o l v e t h e p r o g r a mm i n g i n t e r r a c e i s n o t e n o u g h i n t h e c o n d i t i o n o f t h e c o mp l e x c o n t r o l s y s t e m． By s o f t wa r e i n s t e a d o f h a r d wa r e t o r e a l i z e c o mpl e x c o n t r o l s y s t e m e f f e c t i v e o p e r a t i o n，s i mp l i f i e s t h e PLC c o nt r o l s y s t e m c o n s t r u c t i o n me a n s a n d v a l i d a t i o n me t h o d，a n d s a v e t he i n v e s t me n t ． Ke y wo r ds MCGS；PL C；i n t e rm e d i a t e r e l a y；p r o g r a m v e r i f i c a t i o n；v i rtu a l e x t e ns i o n 0引言 1 交通灯控制系统控制要求及分析 在中小型 P L C控制 系统 中， 输入输 出接 口的使 用数量很多 ， 当对程序设计进行调试时 ， 必须配置相 同数量的输入输出接 口才能进行， 而在设计调试过 程 中， 经常会出现接 口不够的现象 ， 程序调试不得不 暂停 ； 在一些 中小 型 P L C控制 系统 中， 为 了节 省投 资 ， P L C的配置一般都很低 ， 在检修和调试 中仅能组 建一些简单 的控制系统 ， 复杂的控制 系统 因接 口不 足而往往无法验证。为了提高 P L C的利用率 ， 解决 复杂控制系统接 口不够用的状况 ， 该文 以交通灯控 制系统为实例， 提出利用 M C G S 软件， 对中小型控制 系统 P L C硬件进行虚拟扩展 ， 实现复杂控制系统 的 程序设计与投运 。 收稿 日期 2 0 1 31 01 0 基金项目 甘肃省高等学校研究生导师科研项目 1 0 1 5 0 3 作者简 介 杨柳春 1 9 5 6 ， 男 ， 浙江诸 暨人 ， 教授 ， 研究方 向为工 业 电气 自动化 。 设计十字路 口交通灯控制系统 ， 具体要求如下 东西红灯亮并保持 3 8 S ， 同时南北绿灯亮 ， 保持 3 0 S ， 3 0 S 之后 ， 南北绿灯 闪亮 2次 每周期 1 S 后熄灭。 继而南北黄灯亮并保持 4 S ， 到 4 S 后， 南北黄灯灭， 南 北红灯亮并保持 2 8 S ， 同时东西红灯灭 ， 东西绿灯亮 2 0 S ， 2 0 S 之后， 东西绿灯闪亮 2次 每周期 1 S 后熄 灭。继而东西黄灯亮并保持 4 S ， 到 4 S 后 ， 东西黄灯 灭 ， 东西红灯亮 ， 同时南北红灯灭 ， 南北绿灯亮。到此 完成一个循环 ， 控制系统要求能实现倒计时。 交通灯控制系统 I ／ 0点分析 系统需要启动 、 停 止按钮各一个 ， 交通灯 需要 6个输 出点 Q 。～Q ， 东 西 向倒计时数码管需 1 4个输出点 ， 南北 向倒计时数 码管需 1 4个输出点 ， 合计共用 3 4个输出点 ， 在程序 设计阶段 ， 如果接好所有的硬件 ， 会浪费很多时间和 精力， 而且存在 P L C接口短缺无法调试的问题， 因 此采用 MC G S软件借助 于 P L C的 中间继 电器实现 对硬件的替代 ， 实现程序的设计与调试。 2 0 1 4年第 3期 工业仪表与 自动化装置 7 7 2 交通灯控制系统计算机监控界面与 P L C 虚 拟接线 交通灯控制系统计算 机监控界 面与 P L C虚拟 接线如 图 1 所示 。 L E D3东西姥示个位 厂 c d D h L E D4东两显示 卜 t D a ‘ b B e 东两红 东凶绿 东西黄 L E Dl南北显示个位 M 3 ． O M 3 ． 1 M 3 ． 2 M 3 ． 3 M 3 4 M 3 ． 5 M 3 ． 6 M 3 ． 7 M 1 ． 0 M 1 ． 1 M 1 2 M l _ 3 M 1 ． 4 M 1 ． 5 M 1 ． 6 M 1 ． 7 S 7 ． 2 0 0 P LC M 4 0 M 4 ． 1 M 4 2 M 4 ． 3 M 4 ． 4 M 4 ． 5 M 4 6 M 4 7 Q O 3 Q O ． 4 Q O ． 5 M 2 ． O M 2 ． 1 M 2． 2 M 2． 3 M 2． 4 M2． 5 M 2． 6 M 2． 7 Q O 0 Q O ． 1 Q O ．2 A D L E D2南北显示 十 位 D 南北绿 南北黄 南北红 图 1 交通灯控制系统计算机监控界面与 P L C虚拟接线图 3 借助于中间继电器实现交通灯监控系统 的 P L C程序 设计 借助于 P L C的中间继电器 M B 1 一MB 4实现对数 码管程序的设计 ， 交通灯监控系统 P L C控制程序包 含主程序和子程序。主程序主要完成上机清零和数 据采集 ； 子程序完成倒计时及数码管显示等功能 。 1 上机清零程序如图 2所示。 Ne t wo r k 1 ／ ／网络 标题 O I O． 】 M 0． 0 ／卜 Ne t w o r k 2 0 - t I N O U T MB 2 卜 E N 0 I N OUT MB3 _ _ J I 卜 EN 0 - t IN O U T MB 4 -一 l 卜 EN 0- t N OUT w0 一 I I VW M OV _ W l VW 30 O 图2 上机清零程序 2 数据采集程序如图 3所示。 Ne t wo r k 3 T3 7 M0 ． 0 QO ． 0 3 4 0 Ne t wo r k 5 l T 3 7 T 3 7 M0 ． 0 Q O ． 1 H l 卜 】 卜 _ _ _ 1 卜 l 3 4 0 3 8 0 Ne t wo r k 6 I T 3 7 T 3 7 M0 ． 0 Q O ． 2 H 1 卜 c I 卜 _ 1 卜 I I 3 8 0 6 6 0 L I T 3 7 T 3 7 M0 ． 0 Q O ． 3 H 1 卜 1 卜 卜 l 0 3 8 0 Ne t wo r k 9 l T 3 7 T 3 7 M 0 ． 0 Q O ． 5 H ， l 卜 _ l 卜 _ _ _ 1 卜 _ I 6 2 0 6 6 0 图3 数据采集程序 3 显示子程序如图 4所示。 4 采用 MC GS软件 实现对 交通灯 系统硬件 的模拟 MC G S是一套用于快速构造和生成计算机监控 系统的组态软件 ， 工程 由主控窗 口、 设备窗 口、 用户 窗 口、 实时数据库和运行策略 5部分构成 ， 它能够在 基于 Mi c r o s o ft的各种 3 2位 Wi n d o w s 平 台上运行 ， 通 过对现场数据的采集处理 ， 以动画显示 、 报警处理、 流程控制和报表输 出等多种方式 向用户提供解决实 际工程问题的方案 ， 具有 图形功能完备 、 界面一致性 好、 易学易用 的特点 ， 在 自动化领域有 着更广泛 的 应用。 一 一莨 m 2 0 1 4年第3期 工业仪表与自动化装置 1 0 1 的方 法。S t a c k l n t e ma l D a t a由 R e s o u r c e M a n a g e r 、 C h a ～ n n e l M a n a g e r 以及 s o 印c o n n e c ti o n M a n a g e r 这些类 组成。S e s s i o n类、 S e c u r e C h a n n e l类 和 S o a p C o n n e c t i o n类互为依赖关 系。同样 ， S e c u r e O b j e c t 类 和 s e c u r e o b j e c t 、 C o n fi g u r a t i o n类也互为依 赖关系。S e c u r eO b j e c t 类 由 S i g n a t u r e和 E n c r y p t i o n类 构成 ， S i g n a tu r e 和 E n c r y p t i o n类里包含 了签名和加密算 法。C h a n n e l Ma n a g e r实例 管 理所 有 的 S e c u r e C h a n n e l对 象 。S o a p C o n n e c t i o n对 象 由 T C P ／ U D P和 H T T P类组成 ， T C P ／ U D P和 H 1 T r P类处理底层 的物 理连接。 4 结束语 该文从 O P C u A应用环境和通信安全 的角度对 O P C u A的系统安全问题进行 了探讨。为了保证应 用系统能够抵抗来 自网络 的各种攻击 ， 安全调度方 法是建立在 O P C U A应用的分布式网络上的。通过 在分布式 网络的安全策 略服务器上定义安全策略 ， O P C u A的客户端与服务器在局域网和互联网上都 可 以受到保护。 O P C u A的通信安全分为 5级， 每一级的保护 措施已详细说明。根据 O P C u A安全模型的不足 ， 在现有模型的基础上加入安全策略模块。采用这种 方法 ， 开发者和用户可根据安全需求对模块进行配 置 。并且根据新的安全模型建立 了信息模型。通过 上述方法， O P C U A的通信效率与安全可以得到很 好 的平衡 。 后续的研究工作主要是验证安全模型的有效性 以及设计安全策略， 提 出更有效 的 O P C U A签名及 加密技术。 参 考文献 [ 1 ] Wo lf g a n g Ma h n k e ， S t e f a nH e l m u t L e i t n e r ． O P C统一架构 [ M] ． 马国华， 译． 北京 机械工、 l 出版社， 2 0 1 1 1 7 0 2 0 9 ． [ 2 ] A n n e r o s e B t ann e ， S t e f a n H e n n i g ， S e b a s t i a n H e g l e r ．E v a l u a t i o n o f O P C U A S e c u r e C o mmu n i c a t i o n i n We b B r o ws e r A p p l i c a t i o n s [ C ] ．K o r e a T h e I E E E I n t e rna t i o n al C o n f e r e n c e I n d u s t ri a l I nfo r ma t i e s ， 2 0 0 8 0 7 1 6 6 0 1 6 6 5 ． [ 3 ] 孙发， 刘枫． 基于 O P C U n i fi e d A r c h i t e c t u r e 的服务器研 究[ J ] ． 仪器仪表标准化与计量 ， 2 0 0 5 0 5 1 41 7 ． [ 4 ] 陈在平， 彭登峰． 基于 V i s u a l S t u d i o ． N E T的 O P C客户端 的研究与实现[ J ] ． 制造业 自动化， 2 O 0 8 1 2 2 2 2 4 ． [ 5 ] 杨传颖， 刘志鸿． 基于 Mi c r o s o f t． N E T F r a m e w o r k的 O P C客户端开发方式的究[ J ] ． 工业控制计算机 ， 2 0 0 7 1 3 1 3 2 ． [ 6 ] O P C u n d a t i o n ． O P C U n i fi e d A r c h i t e c t u r e s p e c i fi c a t i o n P a r t l [ s ] ． O v e i e w a n d C o n c e p t s 1 ． 0 1 ， 2 0 0 8 1 2 ． [ 7 ] J e f f r e y C， J a c k s o n ． We b技术[ M] ． 北京 清华大学出版 社 ， 2 0 0 7 1 0 2 5 ． [ 8 ] T o m H a n n e l i u s ． R o a d m a p t o a d o p t i n g O P C U A[ C ] ．D a e j e o n ， S o u t h K o r e a P r o c e e d i n g s o f I E E E C o n f e r e n c e O n I nd us t r i a l I nfo r ma t i c s，2 008 7 56761 ． [ 9 ] 钱东海 ， 李福军． 基于 We b和 O P C技术的远程监控系 统的研究[ J ] ． 计算机应用与软件 ， 2 0 0 8 ， 2 5 2 1 7 0 1 7 2， 2 0 0 ． [ 1 0 ] 微软公 司． Mi c r o s o f t． N E T战略 [ M] ． 王黎， 袁永康 ， 译． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 2 ． [ 1 1 ] T h o m a s H a d l i c h ．P r o v i d i n g d e v i c e i n t e g r a t i o n w i t h O P C U A[ C] ．S i n g a p o r e 2 0 0 6 I E E E I n t e r n a t i o n a l C o nfe r - e n c e o n I n d u s t r i a l I n f o r ma t i c s ， 2 0 0 6 2 6 32 6 8 ． [ 1 2 ] T o m H a n n e l i u s ． R o a d m a p t o a d o p t i n g O P C U A[ C ] ．D a e j e o n ， S o u t h K o r e a P r o c e e d i n g s o f I E E E C o nfe r e n c e O n I n d u s t r i a l I nfo r ma t i c s ， 2 0 0 8 7 5 67 6 1 ． [ 1 3 ] 王华 ， 刘枫． 基于 F D T与 O P C U A的设备集成研究 [ J ] ． 微计算机信息， 2 0 0 9 2 5 1 9 2 1 ． [ 1 4 ] 杨明极， 郭剑虹， 沈强． O P C技术在工业控制领域的 研究[ J ] ． 哈尔滨理工大学学报 ， 2 0 0 8 8 2 9 3 1 ． [ 1 5 ] 刘烨， 季石磊． c 编程及应用程序[ M] ． 北京 清华大 学出版社 ， 2 0 0 7 0 9 ． 上接 第7 8页 参考文献 [ 1 ] 陈海生， 郑萍． 组态软件与三菱虚拟 P L C通信构件的 研究与实现[ J ] ． 自动化仪表， 2 0 1 2 1 2 2 1 2 4 ． [ 2 ] 李红萍， 贾秀明， 赵晓莉． 基于 MC G S的 P L C温度监控系 统设计[ J ] ． 工业仪表与自动化装置， 201 2 5 8 3 8 5 ． [ 3 ] 蔡岱贤． 基于三菱 F X 2 N和组态王 6 ． 5 3的交通灯监控 系统[ J ] ． 机电工程技术， 2 0 1 2 1 0 3 33 58 0 ． [ 4 ] 李红萍， 李艺鸿 ， 贾秀杰， 等． 基于 MC G S的 P I D调节 规律仿真教学系统设计[ J ] ． 工业仪表与自动化装置， 2 0 1 3 32 12 4． [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 杜宝江 ， 刘 坡． 虚 拟联 动仿 真技术 的实 现与应 用 [ J ] ． 包装工程 ， 2 0 1 3 9 6 ． 祝颖泓 ， 沈备军， 金波． 虚拟密码设备系统的设计与实 现[ J ] ． 计算机工程， 2 0 1 1 1 0 1 0 81 1 0 ． 高成月． 基于 MC G S组态软件 的舞台灯光监控系统 [ J ] ． 可编程控制器与工厂 自动化， 2 0 1 2 2 7 2 7 4 ． 李红萍 ， 张德泉， 贾秀明． 基于虚拟技术的 C S 3 0 0 0实 训室的构建 [ J ] ． 工业仪表与 自动化装置， 2 0 1 1 5 7】一73．