广东 阳江 529500
摘要：工控机组态和PLC控制系统是工业自动化的重要控制核心,也是自动化生产的大脑。为了提高控制效果，文章结合实际工作经验，分别就工控机组态和PLC控制系统的调试进行了分析，为提高自动化工程的工作效率提供必要的支持和保障。
关键词：工控机组态；PLC控制系统；自动化工程
随着社会科技不断发展和进步,工业自动化技术正在加快普及和应用,对减少人力的工作量,降低生产成本,提高生产效率发挥重要作用。近十年来,随着工业水平的不断提高,对生产过程的自动化控制以及信息通讯技术也提出了更高要求。其中，工控机组态和PLC控制系统是工业自动化的重要控制核心,在工业自动化生产中扮演重要角色。在这样的社会背景之下，就其展开研究是时代的课题。
1.基于工控机组态与PLC控制系统的结构
在整个PLC控制系统中，PC机作为上位机，负责运行MCGS（监视与控制通用系统）组态软件。而PLC作为现场控制器，一方面需要接受上位机发送的指令，并完成相应的控制动作；另一方面自身也具备可编程功能，可以通过人为输入程序，来完成一些特定的控制功能。这样一来，管理人员只需要在终端计算机上登录和运行相应的管理软件，利用有线或无线网络将控制指令发送出去，即可完成对基层各硬件设备的动作控制。
按照系统的优先级来看，总体结构自上而下可分为三大模块：最顶端是通信模块，主要由PC机和PLC控制器完成数据交互。借助于RS232转换器，可以将PC机上的控制指令传输到PLC中，然后利用MCGS组态软件进行动态监控；中间是扩展模块。通常情况下，同一个控制系统中设置一个终端控制计算机，而对应的功能性PLC则有多个。为了提高系统控制效率，需要对PC机进行虚拟系统扩展，以便于实现PC机和PLC之间一对一的通信；最底层是驱动模块，可以通过程序进行控制，完成上级系统发送的控制指令。
2.实现PLC虚拟控制系统的网络控制功能
2.1网络控制结构
基于工控机组态的PLC控制系统采用的是TCP/IP协议，该控制结构的应用优势主要体现在两方面：其一是可以实现信息的自动化收集，并根据指令要求自动发布信息，提高了PLC控制系统的工作效率。其二是可以借助于Web浏览的方式，实现远程数据的统一管理和保存，对于系统功能的拓展也起到了一定作用。根据控制系统所要实现功能的不同，网络控制结构也存在较大的差异，其中最基本的网络控制框架如图1所示。
图1 网络控制框图
2.2网络安全
2.2.1工程安全
基于工控机组态的PLC控制系统，具备较为完善的安全保护机制。系统管理人员可以人为设定权限，包括系统访问权限、系统操作权限等。同时，可以对数据库等重要系统加设密码，从而杜绝了非法访问和误操作风险。
2.2.2浏览安全
PLC控制系统的原有串口界面无法进行外部更改，当用户需要浏览相关信息时，需要在原有界面的基础上重新建立一个新的用户窗口。一方面，两个窗口相互独立，用户的各种操作不会对PLC控制界面产生影响；另一方面，还可以及时获取用户的各种操作行为，保障了控制系统的安全。
2.2.3控制安全
部分情况下，需要用户远程进行PLC系统控制。出于安全考虑，可以重新选择一个控制按钮和组态工程，并在新建立的操作窗口中进行远程控制操作。例如，可以对命令按钮编写click脚本程序，然后利用!CheckUserGroup命令来完成权限设置。这样一来，管理人员可以在新窗口中完成系统操作，而其他不具备操作权限的用户则无法进行操作，从而保障了远程控制安全。其中脚本程序为：
!Logon（）
If!CheekUserGroup（“gao”）then
窗口0.控件0.Visible==1
else
窗口0.控件0.Visible==0
endif
3.基于工业组态软件的其他设备的远程虚拟控制系统
3.1驱动程序设计方法和步骤
在VB中编写驱动程序有两种方法：一是利用开发向导进行编写；二是利用样例程序移植。MCGS把大多数设备驱动构件的源程序代码都随系统一起提供。
样例程序移植设计：
从MCGS高级开发工具包中找到所需要的样例源程序代码，假定安装高级开发工具包时所选的安装目录为：
D：\MCGS\McgsSdk
则对应的源程序位于目录D：\MCGS\Mcgssdk\samples\Deviee下。本次设计选取研华ADAM4050设备驱动程序为样例程序。
建立一个新目录：D：\MyDev，把ADAM4050目录内的所有内容拷贝到：D：\MyDev目录下，新的设备驱动构件的源程序将位于本目录下。
3.2程序的进一步修改
在程序修改过程需考虑的因素，首先是DevChannel，在设计的系统中我们需要9个数据通道，其中8个作为数据的显示通道，1个作为控制通道。还有需要修改函数GetChlType。
alngChlDatTayPe（InghIdex）=1
astrChlExplain（Ingnldex）=”设备到Mcgs”
NextInglndex
aIngChlDatTayPe（8）=－2
astrChlExplain（8）=”Mcgs到设备”
在设计中采用的数据通道是RS232串口，将返回来的ASCn码先转换为一个字符，再将字符分割为两个字符。编写DataBase的模块，在里面有一个FetchDataFomrComm（）的函数，这个函数是对串口进行操作。
主要修改如下：
PublicConstgcDeviceNmae=”基于MCGS的单片机驱动程序”
InReadLen=objCommPearnt.ocmoutindat（bytOutPut（），Len
（srtCommOrde）r，3，2，20，1000）
'*bytOutPut（）为从串行口输出的信息和从串行口中读取的信息Len（）要从串行口输出的字节数；INPUTLAG从串行口读取信息的方式
'*其中最后一个字符的ASCⅡ码应该为20
'*如果没有读到数据就出错退出
3.3测试和挂接设备驱动构件
MCGS为设备驱动构件提供了一套在VB环境下进行在线调试的运行机制，按F5键运行工程组，出现如图2所示的窗口，该窗口中的两个按钮分别用于调用组态环境的接口和运行组态环境的接口，中间的输入框用来显示设备构件的类型名称。
图2测试窗口
4.基于工控机组态与PLC控制系统的调试
4.1数据扫描时间和响应时间的调试
系统时间是工控机和PLC控制系统中至关重要的参数之一。工控机和PLC要想完成一个完整的控制动作，一定会存在信号的输入和输出。而信号的输入时间、PLC的响应时间等，都会影响到整个控制系统的运行效果。通常来说，根据具体内容的不同，可以将系统时间分为以下几部分：（1）基础部分，包括清除时间监视器、检查存储器；（2）功能部分，主要是数据的输入和输出控制器；（3）执行部分，主要包括终端指令传输和指令的执行；（4）反馈部分，包括指令动作效果的反馈以及前端信息的传输等。其中，扫描时间是系统时间中的重要组成部分，扫描时间的长短直接影响到了I/O的点数，以及系统外围数据的处理速度等。
扫描时间的长短在很大程度上受软件指令的影响。通常情况下，从PC端接受一个输入信号开始，直到输出端输出一个控制信号为止，整个过程所花费的时间称之为系统的响应时间。由于PC端信号处理速率的不同，以及采用传输介质的不同，导致响应时间和扫描周期也会受到影响。例如，工控机组态和PLC控制系统的工程流程为：在本次扫描周期完成后，控制系统会收到一个输入信号；完成信号识别后自动进入下一个扫描周期，循环往复。信号识别速度越快，则系统的响应时间越短；反之，如果信号识别速度超过了设定标准，则会出现输出延迟。对于同一个输出信号来说，其计算公式为：
最长响应时间=输出时间+延迟时间+2×扫描时间
最短响应时间=输出时间+输入延迟时间+扫描时间
根据公式可以看出，决定响应时间长短的共性因素有输出时间和扫描时间。其中，影响扫描时间的主要因素是控制系统的硬件设备，而影响输出时间的主要因素则是控制系统中软件设计的指令程序。因此，在进行工控机组态和PLC控制系统调试时，需要重点做好扫描时间的调试工作。
4.2软件复位的调试
继电器控制是PLC控制系统中最基本的控制方式之一。其中，保持继电器具有记忆功能，主要用来存储工控机的运行情况，以便于管理人员随时进行查看和管理。在保持继电器的控制下，每一个控制信号对应着一个相应的机械动作；当该动作完成后，时间继电器正常复位，并根据程序指令发送下一个控制信号。如果保持继电器出现故障不能及时复位，那么在完成本次动作之后，就无法继续发送下一个指令，机械设备将处于停止或重复上一动作的状态。因此，在前期进行工控机组态和PLC控制系统的调试时，一般需要单独设计硬件复位按钮，当系统控制软件不能正常发送动作指令时，可以人为启动硬件复位按钮，确保整个系统重新运行。硬件复位按钮主要安装在继电器、计数器以及定时器等位置。
4.3系统硬件电路的调试
硬件电路作为工控机组态和PLC控制系统的框架结构，只有保证硬件电路正常运行，才能使各个控制指令顺利下达，指挥硬件电路完成相应的动作。但是由于系统硬件电路的组成较为复杂，加上工作环境等因素的影响，导致硬件电路在运行过程中容易出现误动作，影响到整个控制系统的正常运行。例如，在控制系统中接入一个两线式的传感器（光电开关、限位开关等），该传感器会将所采集到的模拟信号转换为数字信号，并传递到工控机组态和PLC控制系统中。在正常情况下，输入信号的控制接口为ON；如果硬件电路出现误动作，例如电路中存在漏电流等情况，则会导致控制接口由“ON”变为“OFF”，此时传感器所采集到的信号就不能正常传递到工控机组态和PLC控制系统中。因此，为了避免此类问题的出现，需要在进行系统硬件电路调试过程中，在输入端并联一个电阻。电阻的阻值需要根据PLC漏电电流的大小来确定。这样一来，即便是硬件电路中出现漏电流，也可以将其切换到并联电阻的线路中，从而避免了因漏电流导致工控机组态和PLC控制系统出现误动作。
4.4系统中PLC控制程序的调试
在工作中经常会遇到这种情况：控制程序编写完成后经过仿真检测，不存在问题。但是该程序在实际执行过程中，却出现诸多错误。之所以出现类似问题，很大的原因在于PLC系统是一个相对复杂的整体，而程序在执行过程中，容易受到多方面因素的影响。因此，需要通过程序调试，检查出PLC控制系统的运行问题，进而及时采取相应的处理措施。总体来说，整个调试工作可以分为两大模块：其一是I/O端子测试，其二是系统调试。
（1）I/O端子测试
将外部开关接入到PLC控制系统中，然后利用外部开关替换现场输入信号。此时，技术人员可以用手动方式对PLC系统的各个数据输入串口进行检测，直到所有串口检查完毕。检测过程中，如果PLC输入端的指示灯亮起，则表明线路正常通电；如果指示灯忽明忽暗，则说明I/O端子的接线处接触不良；如果指示灯一直处于熄灭状态，则需要检查是否I/O点损坏。
（2）系统调试
调试之前，技术人员应先检查连接线路，确保电源、输入端子等各个设备连接良好后，再通电进行调试。通电后，启动PLC控制程序，并观察设备的运行情况。如果硬件设备出现误动作，立即停止运行，并检测PLC控制程序，找出程序中存在的错误并进行修改。重复上述步骤，直到整个操作步骤完成。另外，还有一些程序问题需要经过较长时间的运行后才能暴露出问题，为了提高调试效率，也可以适当加快系统运行速度。
5.结语
总之,PLC与工控机组态在自动控制各个行业有着难以取代的核心控制作用,只有实现两者间的数据传输和交互控制,才能形成一个相对完善的监控系统，确保工业自动化设备得以正常运行。对此，相关技术人员也需要通过进行不断的进行调试与优化，确保工控机组态和PLC控制系统能够在实际应用中发挥更大的价值
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论文作者:敖立争
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
标签：组态论文; 控制系统论文; 系统论文; 工控机论文; 时间论文; 指令论文; 信号论文; 《防护工程》2018年第2期论文;