基于MCGS的PLC虚拟监控系统平台＊

靳雷，薛韶烨

（河南质量工程职业学院，河南 平顶山 467001）

PLC作为专门面向工业环境下的应用而设计的核心控制器，具有可靠性高、抗干扰能力强、维护方便、功能完善等优点，在工业自动化领域占有重要的位置，PLC控制系统的设计及调试就显得尤为重要。由于受到时间、空间和硬件资源等诸多因素的制约，给系统的开发调试以及高校实验教学带来一定的困难［1］，因此虚拟仿真技术逐渐受到大家的关注。通过虚拟实验平台可以让调试人员以交互的方式进行实验操作，为项目设计调试缩短开发周期，同时也为高校实践教学解决了实验设备资源紧张等问题［2］。

鉴于此，采用组态软件MCGS构建虚拟被控对象，并利用目前工业通信领域广泛应用的OPC技术，结合PLC编程、仿真软件共同构建的PLC全虚拟仿真系统平台，程序调试人员不需要实物仅通过一台计算机就可以动态实时地对控制程序调试验证，极大地方便了控制系统的开发、调试［3-4］，同时也为高校的实验教学提供了一条新的途径。

1 虚拟教学实验系统总体设计

1.1 软件构成

（1）三菱编程软件、仿真软件

三菱PLC的编程软件GX Developer结合三菱PLC程序仿真软件GX Simulator，可实现PLC的离线和在线调试功能，通过模拟监控外部设备I/O口的通断状态以及软元件的测试达到对控制程序的调试，其缺点是程序调试时不能直观观测到控制过程。

（2）三菱OPC服务软件MX OPC Server

OPC作为一个开放的接口标准，为数据源和数据使用者提供了一种标准的数据访问机制，数据源可以是现场的I／O设备，也可以是其他的应用程序，不同厂商的软、硬件只要提供符合OPC规范的接口，就可以集成到整个系统中去，达到控制系统的无缝链接［5-6］。

目前几乎所有自动化软件解决方案的提供者均支持OPC通讯协议，并提供OPC Server，三菱公司推出的MX OPC Server软件，专门用于三菱全系列PLC的OPC服务器软件，可以与任何标准的OPC客户端通信并提供数据信息。系统平台通信设计将以MX OPC Server作为OPC的服务器。

（3）MCGS软件

MCGS作为一款优秀的面向窗口、全中文的国产组态软件，是一种用于快速构造和生成监控系统的组态软件，在自动化领域有着更广泛的应用。它拥有PLC、变频器、智能模块及仪表等常用设备组态模块，支持OPC通信协议，MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略构成，用户可以快速构造和生成监控系统。

1.2 仿真平台结构方案

PLC虚拟仿真平台采用三菱编程软件GX Developer、三菱编程调试仿真软件GX Simulator构建虚拟PLC控制器，上位机利用组态软件MCGS构建虚拟控制对象，用三菱MX OPC Server作为OPC服务器，建立起GX Simulator与MCGS实时数据库的通信连接［7］，从而实现对PLC控制系统实时在线虚拟仿真监控的功能。PLC虚拟监控系统平台结构框图如图1所示。

图1 PLC虚拟监控系统平台结构框图

1.3 虚拟PLC与OPC Server通信

（1）安装三菱编程软件GX Developer 8.86，再安装三菱仿真软件GX Simulator v6，在GX Developer中根据控制要求编制PLC控制程序后，启动程序仿真。

（2）安装三菱OPC服务软件MX OPC Server6.04，打开Communication Setting Wizard-PC side对话框，选择“PC side I/F”属性为GX Simulator(仿真软件)，“Station type”选择“Host station”，“CPU type”选择与编程软件中程序的PLC类型相一致，在MX OPC Configurator中，添加虚拟PLC连接，在“Address Space”进行设备连接，新建“New Group”或“New Data Tag”，添加所要监控的变量组及I/O变量，要保证I/O地址与编程软件中的地址一致，完毕后可以启动在线监控［8］，通讯设置如图2所示。

图2 MX OPC Server通讯设置

1.4 MCGS与OPC Server通信

安装MCGS 6.2通用版，创建MCGS工程，打开实时数据库，根据系统的控制要求，点击“新增对象”建立所需要监控的数据变量，并在“对象属性”里对不同的变量作对应的设置。打开设备组态窗口，在设备工具箱的“设备管理”里添加“OPC设备”，如图3所示。打开“通用OPC设备属性编辑”窗口，在“基本属性”条目中点击“OPC服务器”，在“选择计算机上注册的OPC服务器”条目中选择“Mitsubishi.MXOPC.6”，如图4所示，其后在“通道连接”条目中，找到MCGS实时数据库中已经建立的数据变量，在“通道名称”条目下，点击“查询通道”，在“浏览可用的数据项”选项中，找到MX OPC Server中已经建立的OPC数据变量，MCGS实时数据库中的数据变量与OPC数据变量一一建立对应的数据连接，并选择合适的通道类型及读写属性，最后打开“设备调试”，对组态设备检查无误后即完成MCGS与OPC Server的通信设置。

图3 设备管理添加OPC设备

图4 OPC通道连接

2 仿真平台应用实例

以四层电梯PLC控制系统为例进行仿真实验，电梯控制中各种信号的出现具有不确定性，同时信号需要有自锁保持、互锁保护、优先级排队及数据比较等环节［9］，电梯的控制要求由于篇幅所限，不加赘述，详见参考文献［9］。

（1）利用GX Developer软件编制控制系统程序，CPU类型选择FX2N(C)，并利用其GX Simulator仿真软件对编制的程序进行仿真调试。

（2）OPC设置，在MX OPC Server中建立与控制程序地址相对应的数据变量，启动监控模式进入在线监控，通信显示为“Good”，证明虚拟PLC与OPC软件通信成功，虚拟PLC与OPC数据通讯监视画面如图5所示。

图5 虚拟PLC与OPC数据通讯监视画面

（3）上位机MCGS设置

根据四层电梯的控制要求，在实时数据库建立所要监控的数据变量，然后对设备窗口组态设置，在OPC设备属性中，选择OPC服务器“Mitsubishi.MXOPC.6”，建立对应的数据通道，MCGS与OPC数据通道连接如图6所示。

图6 MCGS与OPC数据通道连接

（4）在MCGS用户窗口中进行相关画面组态以及在运行策略中编写脚本程序。

（5）对整个控制系统进行联合仿真调试，需要将三菱仿真软件GX Simulator、三菱OPC服务软件MX OPC Server和MCGS均置于仿真运行监控模式，便可动态地观察到四层电梯的运行以及PLC程序的运行情况，调试好的上位机监控画面如图7所示。

图7 上位机监控画面

3 结论

设计的虚拟仿真平台采用PLC编程、仿真软件和MCGS软件为载体，以MX OPC Sever作为上位机监控软件MCGS与下位机虚拟PLC数据通信的媒介，实现了二者之间实时在线通讯。在无PLC硬件和控制对象等实物的条件下，仅利用一台PC机，就可实现对各种复杂的PLC控制系统进行实时监控仿真［10］。仿真实例表明，平台具有良好的开放性和交互性，为工程技术人员进行系统调试以及高校实验教学提供一种新的方法，值得推广和借鉴。