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姜建芳
张志勇
施奇峰
离子风机aryang
赖祖红
南京理工大学自动化系（"#$$%!）
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吸油烟机止回阀
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辐照灭菌设备
摘
要
本文在分析了234控制系统常用仿真调试方法的基础上， 研制了基于24机的234仿真调试系统，介绍了该仿真调试系统的硬件构成，并结合单步调试和连续调试两种工作方式对软件的设计思路进行了阐述。 关键词：234，
仿真，调试接口板&
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扩展123模块
仿真调试系统软硬件设计
针对常用234仿真调试方法的不足和工程实践
及实验教学中的体会，作者设计制作了基于24机的仿真调试系统。该仿真调试系统对不同对象可重复使用，并具有操作方便，显示直观的特点。所有仿真调试都在24机上进行，既能手工单步调试，又能模拟控制对象运行来连续调试。为了更逼真得仿真控制系统的硬件工作情况，该系统在24机中嵌入了带有模拟量和开关量的数据采集卡，用于24机仿真信息与234控制信息的相互交换。 为了提高234控制软件调试效率，增强调试功能，仿真调试系统软件中还嵌入了常用的234编程软件，给编辑、修改、调试、上载、下载234控制程序带来了极大的方便。该系统主要由硬件部分和软件部分构成。
;?硬件部分：
硬件由234、数据采集卡、接口板等组成。这里以西门子的@A BCDD 系列23442ECCF （FGH I ?DGJ ）为例，数据采集卡选用的是研祥的243K?C2L （?M GH I ?MGJ ，?M!H I C!J ，对于开关量较多的实际系统，可加选243ACC ）。在此基础上还制作了234和数据采集卡之间的接口板，用以234与数据采集卡之间的信号转换和隔离。这样建立了234的输入输出信号与数据采集卡的输出输入信号之间的一一对应关系，24机便可通过数据采集卡及接口板对234的开关量和模拟量信息进行直接读
写，为该系统对被控对象的仿真和234控制程序的调试奠定了良好的硬件基础。为了提高仿真系统的可靠性和安全性，该系统接口板模拟量和开关量通道均加有光电隔离电路。该接口板能够与各种常用234的H I J 口方便对接， 增强了系统的通用性。系统硬件构成如图?所示。
图
?仿真调试系统硬件构成示意图
数据采集卡开关量信号为<<3电平，不能直接和234的输入输出信号相连，必须通过中间接口电路的转换。接口电路完成了信号状态显示、滤波、隔离和电平转换。系统开关量接口电路原理如图C 所示，由于模拟量接口电路较复杂，篇幅有限，本文未给出该电路。
图C 系统开关量接口电路原理图例
’)(控制系统的仿真调试研究
’)(控制系统的仿真调试研究
《工业控制计算机》!""#年#$卷第##期%
!"#软件部分
仿真调试系统软件在$%&’()平台上开发完成，仿真调试软件通过数据采集卡和接口板对*+,-./口进行操作，实现了*，机仿真调试软件与*+，控制系统之间的信息交换，达到了对*+，控制系统软硬件进行仿真调试的目的。该系统既可以模拟被控对象的连续运行，又可以以单步或全速方式对*+，控制系统进行仿真调试，同时*，机又能通过串行口对*+，运行过程中内部状态进行监视，通过这些手段发现*+，控制程序存在的错误后，即可通过嵌入到仿真系统中的常用*+，编程软件对*+，控制程序进行编辑、修改及下载，调试成功后便可方便得将*+，控制程序进行上载，以文件方式进行保存。
0!）单步调试。
单步调试，类似于模拟板调试方式，初始调试阶段或控制系统的输入信号没有严格的时序要求时可采
用此方式进行调试。图1为以,*2##3*+，为核心构成的简单控制系统在*，机上的单步调试界面。通过对*，机上单步调试界面的模拟输入开关的点击来模拟现场输入信号的开断状态，这些状态立即通过数据采集卡及接口板在*+，控制程序上得到反映；同时*+，根据被控对象对状态变化的要求做出相应的控制输出，输出结果又立即通过数据采集卡及接口板在*，机屏幕上得到直观的反映，调试人员结合串行口传来的*+，运行过程中内部状态（定时器、计数器、内部软继电器等状态）对*+，控制软件的正确与否进行判断并做出相应处理。从以上单步调试过程可以看出，该仿真调试系统的单步调试界面能够代替模拟板，除具有原模拟板所有的调试功能外，还具有可重复使用，操作方便，仿真逼真，形象直观的优点。
图1单步调试界面
0#）复杂控制对象的模拟运行和连续调试
对于简单的*+，控制程序可采用上述的单步调试的方法进行仿真调试。但对于复杂控制系统中*+，控制程序的仿真调试，若采用单步调试的方法，在调试过程中，若点击错开关，调试过程又得从头开始，调试效率低；若控制系统需要几个输入传感信号同时出现，或输入信号多且有时序要求时，采用单步调试中手工点击输入开关的方法难以达到实时仿真调试的要求。对于高速控制系统，系统中的高速输入输出信号用单步调试方法仿真根本难以实现。
在工程实践中常会遇到以下情况：!由于工程进度要求紧迫，*+，控制系统调试阶段没有被控对象可供调试；"虽有被控对象，但绝大部分调试过程不允许在被控对象上进行。因此仿真调试软件有必要具有模拟被控对象的功能。
70sec该仿真调试系统在单步调试的基础上，采用让用户用软件编程的方法来实现对被控对象的模拟，这种方法的好处是能用该仿真系统对各种被控对象进行仿真，提高了系统的通用性和重复使用性。此外，用软件模拟被控对象的方法能够在没有被控对象的情况下对复杂系统和快速系统进行逼真的仿真调试，克服了单步调试的不足。
为了提高系统的通用性，该系统允许用户根据不同的被控对象，用类似于*+，的逻辑编程语言对被控对象的工作过程进行建模。在这里*，机上的被控对象模拟程序可以看作是一个虚拟*+,，它对描述被控对象工作过程的建模程序进行解释运行，同时扫描实际*+，的控制输出（对应于虚拟*+，的输入），并按被控对象建模程序向实际*+，发出反馈信号，这样*，机上的虚拟*+，便仿真了实际被控对象。
整个运行过程描述如下：调试操作员首先对被控对象的初始状态进行设置；然后通过仿真运行开关启动运行被控对象工作过程的建模程序；再启动实际的*+,；最后调试操作员发出系统运行命令。此后，被控对象工作过程的建模程序与实际*+，自动进行信息交换，按照被控对象的工艺流程要求和控制程
序流程周而复始的运行下去。实际*+，根据操作命令和控制程序向虚拟*+，输出控制信号，虚拟*+，根据接收到的控制信号按照建模程序模拟的工艺流程运行，并模拟被控对象中的传感器和执行器状态变化，同时向实际*+，发出反馈信号，实际*+，接到反馈信号后，再按控制程序向虚拟*+，发出控制信号，这样周而复始运行下去，便完成了仿真控制系统的连续运行。
#应用示例
下面用一个简单的例子说明了仿真调试系统的
0下转第34页
5
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内。
!"#$$是以%$为基础的标准操作系统&其容量和规模可选，系统内核集成了所有’$()(系统功能，并提供了各种%*$系统的驱动软件。
+,-’./%0编程软件
’./%01(’2$软件可用于’23(.2$’0、’23(.2$30和’23(.2$$0可编程序控制器。该软件具有友好的用户界面，可帮助用户很容易地利用系统资源。它提供的功能包括：远程245从站的配置；系统诊断；第三方设备集成及6’)文件。
’./%01(’2$软件为自动化工程开发提供了各种工具，包括：
·’23(.2$管理器：集中管理有关’23(.2$’0、’23(.2$30、’23(.2$$0的所有工具软件和数据。
·符号编辑器：用于定义符号名称、数据类型和全局变量的注释。
·
硬件组态：用于系统组态和各种模板的参数设置。
·通信配置：用于3%2、%758219’:)%483’网络配置。
陶瓷灯头·信息功能：用于快速浏览$%9数据以及用户程序在运行中的故障原因。
’./%01(’2$软件提供了标准化编程语言，包括：语句表（’.*）、梯形图（*()）、控制系统流程图（$’8）。
；本系统特点
<=>高可靠性
我们的自动化监控系统是基于现场总线的，无论是%758219’总线还是(’:2总线，都使用总线方式代替一对一的245连线，减少了由接线点造成的不可靠因素。擦鞋巾配方
<->可维护性好
控制系统采用%758219’现场总线和(’:2总线相结合的技术，通过%758219’:)%可以获取大量丰富的现场设备数据，具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、
修改等参数化工作。同时，由于使用了特殊的扁平电缆，利用穿刺技术，集成(’:2芯片的现场元件可以方便地接入控制系统，使得系统的安装和维护都变得十分简便。
<+>开放性强
由于使用了%758219’技术，不同厂家的产品，只要采用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，从而大大提高了设备的集成能力，便于使用那些面向行业特点的监控系统。
<;>具有良好的可扩展性
由于系统使用(’:2总线技术，总线电缆采用%?8提供的特殊的扁平电缆，这样通过利用穿刺技术，集成(’:2芯片的现场元件可以方便地接入控制系统，同时因%758219’具有即插即用的特点，增加或删除一两个接点不会影响整个系统的工作，根据需要可以灵活方便地对总线系统进行扩展，从而使系统具有良好的扩展性。
<@>经济性良好
因系统采用现场总线技术，省去了大量的电缆、245模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本，具有很好的经济性。
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<；上接第@页>
应用<；如图;>。该例示意了十字路口交通灯控制系统，通过仿真调试系统能很方便的对%*$程序进行调试，并能够很形象的反映整个控制过程。
图；十字路口交通灯调试界面
+结束语
该%*$仿真调试系统既可以对%*$控制系统进行单步仿真调试，也可以进行连续仿真调试。该仿真系统也能对各种被控对象进行仿真，提高了系统的通用性和重复使用性。此外，用软件模拟被控对象的方法能够在没有被控对象的情况下对复杂系统和快速系统进行逼真的仿真调试，缩短调试周期，提高工作效率。在仿真调试中操作方便，仿真逼真，形象直观，具有明显的实用性、通用性和经济性等特点。该系统可直接用于工程实践和教学实验，具有一定的推广价值。
参考文献
=A吕宗智，)BCDE"实用技术精粹，人民邮电出版社，-FFFA+
-A蔡启仲，双可编程控制器仿真系统，机械工业自动化，=GG+A=
#$%&’()*和+*,’
总线在汽车生产线中的应用
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