試論如何用虛擬機構(gòu)建工控實踐平臺

徐世亮

(濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，山東 濟寧272037)

0 引言

隨著自動化水平的提高，成套設(shè)備制造商提供的功能單元中PLC的應(yīng)用率也越來越廣泛，成套的空壓單元、氣源凈化單元、加熱單元、氮氣制造單元、 廠區(qū)照明單元等控制系統(tǒng)全都由PLC 組成，PLC 是工業(yè)自動化領(lǐng)域中的關(guān)鍵單元，盡管IEC 61131-3 制定了可編程邏輯控制器的相關(guān)標準， 但仍然無法統(tǒng)一各PLC 的組態(tài)環(huán)境， 不同種類的PLC，其組態(tài)程序也截然不同，各類PLC 組態(tài)環(huán)境對計算機系統(tǒng)的要求也不盡相同，通常情況下，工廠會針對PLC 的種類，提供專屬電腦用于現(xiàn)場調(diào)試及培訓(xùn)，從硬件利用率及工控系統(tǒng)開發(fā)進度的不一致角度看，在同一通用硬件平臺上構(gòu)建一個工控實踐環(huán)境，對不同廠家的工控系統(tǒng)進行調(diào)試是工程實踐中必將面臨的一個客觀現(xiàn)實。

1 構(gòu)建工控系統(tǒng)的通用實踐環(huán)境

1.1 硬件基礎(chǔ)

工控系統(tǒng)實踐環(huán)境，離不開通用的硬件平臺——PC（個人電腦）和相關(guān)附件即編程電纜、USB 轉(zhuǎn)串口通信電纜、直連網(wǎng)線。 以PLC 為例，現(xiàn)在發(fā)行的PLC 通常帶有2 個通訊口，一個是串行接口，一個以太網(wǎng)接口；串口是各類PLC 一直保留的傳統(tǒng)通訊接口，是PLC 默認的組態(tài)接口，隨著信息化的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)是逐漸成為必然的趨勢，所以，新版的PLC 幾乎都帶以太網(wǎng)接口，但隨著技術(shù)的發(fā)展，新的PC 上大多沒有集成串口，PC 只能通過USB 轉(zhuǎn)接串口或以太網(wǎng)口與PLC 進行通訊，所以，相關(guān)的通訊電纜及PLC 編程電纜是建立統(tǒng)一平臺不可或缺的硬件。 典型的硬件組合方式見下圖，其中圖1 是通過PLC 的RS-232 接口與通用個人電腦進行連接，在連接過程中，需要PLC 制造商提供PLC 的編程電纜。 圖2 是PLC 通過以太網(wǎng)接口與PC 進行通訊，這種方式，完全采用開放的通用硬件平臺對PLC 進行編程。

圖1 PC 與PLC 通過串口進行通訊

圖2 PC 與PLC 通過以太網(wǎng)接口通訊

1.2 軟件基礎(chǔ)

1.2.1 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括與實際PC 硬件相匹配的操作系統(tǒng)、 工控廠家提供的應(yīng)用軟件及與組態(tài)軟件相兼容的操作系統(tǒng)。 諸如，win7、winXP、winNT、unix 等。

1.2.2 應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件包括虛擬機軟件、 工控組態(tài)軟件及USB 轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動程序。 虛擬機軟件如VMware Workstation、VirtualBox，只是前者使用范圍更廣泛；由于PLC 的功能與軟硬件結(jié)合較為緊密，所以工控組態(tài)軟件是制造商單獨提供的程序；USB 轉(zhuǎn)串口已成為PC 的一個標準化擴展組件，屬于通用組件，實現(xiàn)的方式較多，所以驅(qū)動程序也不盡相同，故操作系統(tǒng)內(nèi)部沒有集成其驅(qū)動程序，因此，數(shù)據(jù)線的驅(qū)動程序隨數(shù)據(jù)一并由開發(fā)商提供。

1.2.3 軟件結(jié)構(gòu)

工控系統(tǒng)實踐平臺上OS（操作系統(tǒng)）及虛擬機軟件是必不可少的構(gòu)件。PC 的硬件結(jié)構(gòu)決定了OS 的版本，OS 的版本決定了虛擬機軟件的版本，當PC 上成功安裝虛擬機軟件后，就可以在虛擬機上安裝新的OS 及與組態(tài)軟件，構(gòu)建工控實踐平臺。 軟件系統(tǒng)圖見圖3。

圖3 通用工控平臺的軟件架構(gòu)

2 工控組態(tài)環(huán)境的構(gòu)建實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)平臺構(gòu)建

本實例以主流的通用個人電腦（支持64 位版本的win7 平臺）為基礎(chǔ)， 在通用平臺上構(gòu)建Rockwell 公司SLC500 系列PLC 組態(tài)平臺，（SLC500 PLC 組態(tài)軟件是Rockwell 公司提供的Rslogix500，組態(tài)環(huán)境要求32 位版本的操作系統(tǒng)WinXP SP2），構(gòu)建整個PLC 組態(tài)平臺的關(guān)鍵部分是虛擬機軟件（VMware Workstation）。 首先，在win7 個人電腦上，安裝虛擬機軟件，然后在虛擬機上安裝winXP SP2 操作系統(tǒng)，最后，運行虛擬機，在虛擬機上安裝Rslogix500，至此，SLC500 PLC 調(diào)試平臺搭建完畢。

2.2 通用組態(tài)平臺實踐

虛擬機及工控組態(tài)環(huán)境設(shè)置完畢后， 重新啟動宿主機中的虛擬機，將SLC500 PLC 的CPU 通過以太網(wǎng)接口與宿主機連接，虛擬機上運行運行Rslinx（Rockwell 提供的組態(tài)通訊軟件），建立虛擬機與PLC的通訊鏈路，運行RsLogix500 對PLC 進行組態(tài)及下裝調(diào)試。

3 結(jié)束語

通用工控機平臺只是基于應(yīng)用軟件基礎(chǔ)上的應(yīng)用，用虛擬機構(gòu)建通用工控環(huán)境，符合模塊化解決問題的思路，虛擬機中的組態(tài)環(huán)境能夠與實際存在的硬件進行交互，是虛擬環(huán)境下的現(xiàn)實，實現(xiàn)后的工控環(huán)境與實際環(huán)境幾乎一致， 但是宿主機與實際的工控環(huán)境相互隔離，這種方式保護了宿主機的系統(tǒng)的獨立性與安全性，是工控人員學(xué)習、實踐工控組態(tài)的良好環(huán)境，同時虛擬機中可構(gòu)建若干工控環(huán)境，工程人員根據(jù)需要可對各個工控環(huán)境進行單獨鏡像，將鏡像文件轉(zhuǎn)存至其他位置，需要時通過拷貝的方式，即可重構(gòu)其工控環(huán)境，一次構(gòu)建即可重復(fù)使用，重構(gòu)速度快效率高，方便工程人員研習不同的工控環(huán)境及在同一機器上對不同工控平臺的項目進行調(diào)試。

［1］于莉，郭晶.使用虛擬機搭建PLC 實驗平臺[J].民營科技，2012（02）.

［2］薛迎成.羅克韋爾PLC 技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].中國電力出版社，2009.