基于Labview虚拟对象的PLC控制实现

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文章编号：１００８－０５７０（２００７）０２－１－００２３－０３

控制系统

基于Ｌａｂｖｉｅｗ虚拟对象的ＰＬＣ控制实现

ＰＬＣＣｏｎｔｒｏｌＤｅｓｉｇｎｆｏｒＬａｂＶＩＥＷＢａｓｅｄＶｉｒｔｕａｌＯｂｊｅｃｔ

（中国石油大学（华东））何新霞

ＨＥＸＩＮＸＩＡ

摘要：应用图形化编程语言ＬａｂＶＩＥＷ，根据松下ＦＰ１可编程控制器通信协议，开发出ＦＰ１ＰＬＣ与Ｌａｂｖｉｅｗ通信驱动程序，并以

运料小车等，实现ＰＬＣ对虚拟对象的控制。Ｌａｂｖｉｅｗ为平台构建ＰＬＣ虚拟控制对象：十字路口交通灯、

关键词：ＬａｂＶＩＥＷ；ＰＬＣ控制；虚拟对象；串口通讯中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｖｉｒｔｕａｌｏｂｊｅｃｔｓｏｆｔｒａｆｆｉｃｌｉｇｈｔａｎｄｃａｒｇｏｖｅｈｉｃｌｅ，ｗｈｉｃｈａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：ＬａｂＶＩＥＷ．ＡｃｏｒｄｉｎｇｔｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＰａｎａｓｏｎｉｃＦＰ１ｓｅｒｉｅｓＰＬＣ，ａｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｒｉｖｅｐｒｏｇｒａｍｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｅｅｗｎｔｈｅＬａｂＶＩＥＷａｎｄｔｈｅＦＰ１ｓｅｒｉｅｓ．Ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｏｂ－ｊｅｃｔｆｏｒｔｈｅｔｒａｆｆｉｃｌｉｇｈｔｓｉｎｃｒｏｓｓｒｏａｄａｎｄｃａｒｇｏｖｅｈｉｃｌｅｍａｙｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｅａｓｉｌｙｂｙＰＬＣ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬａｂＶＩＥＷ，ＰＬＣＣｏｎｔｒｏｌ，ＶｉｒｔｕａｌＯｂｊｅｃｔ，Ｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

实现ＰＬＣ对虚拟对象的控制，一方面可摆脱实物模型的限制，另一方面也可大大节约实物模型的制作成本，文献利用

多接点写命令（ＷＣＰ）２、

写发送帧格式如下：

ＴｕｒｂｏＣ开发了几套ＰＬＣ控制对象的仿真模型，但需要编制一定的程序才能实现。ＬａｂＶＩＥＷ是美国国家仪器公司开发的虚拟

仪器开发平台软件，功能强大灵活，广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实验室仿真等各个领域。文献虽利用Ｌａｂｖｉｅｗ开发出了一套ＰＬＣ控制对象：虚拟小车，但ＰＬＣ与上位ＰＣ机间数据交换还需单片机８０５２作为信号转换器。本文利用Ｌａｂｖｉｅｗ构建十字路口交通灯、运料小车等虚拟控制对象，根据松下

技

术创新

ＦＰ１ＰＬＣ通信协议，开发出了Ｌａｂｖｉｅｗ与ＦＰ１ＰＬＣ进行串口通信的驱动程序，有效地实现了ＰＬＣ对虚拟对象的控制，从而可

以摆脱硬件模型限制。

要实现ＰＬＣ对虚拟对象的控制，问题的关键是要根据ＦＰ１

ＰＬＣ通信协议，利用Ｌａｂｖｉｅｗ开发出ＰＬＣ与Ｌａｂｖｉｅｗ的通信驱

动程序。现结合虚拟交通灯模型，分别以多接点读命令及多接点写命令为例加以说明。

１ＦＰ１ＰＬＣ与Ｌａｂｖｉｅｗ的串口通信

ＦＰ系列ＰＬＣ通信是遵照松下电工专用通讯协议ＭＥＷＴＯ－ＣＯＬ来实现的。计算机通过ＭＥＷＴＯＣＯＬ—ＣＯＭ协议中的命

写和监控等。令，可对ＰＬＣ进行读、

多接点读命令（ＲＣＰ）１、

读发送帧格式如下：

２．１多接点读命令

读取ＰＬＣ输出继电器Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３状态值可分为以下三个步骤：

第一初始化串口：串口初始化是通过ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＩｎｉｔ模块来实现，设置端口号为０，波特率为９６００ｂｐｓ，数据位为８位，停止位为１位，奇偶校验为奇校验，框图程序如图１所示。

图１初始化串口框图程序

第二向ＰＬＣ发送多接点读命令的命令参数：向ＰＬＣ发送

何新霞：工学硕士副教授

基金项目：国家高技术（８６３）研究发展专项经费资助项目（２００２ＡＡ６１６０６０）ＰＬＣ技术应用２００例》

多接点读命令命令参数是通过ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＷｒｉｔｅ模块来完成的，其框图程序如图２所示。框图程序左侧部分的功能为产生输入命令的ＢＣＣ校验码，ＭＥＷＴＯＣＯＬ－ＣＯＭ协议采用异或校验码，

：３６０元／年－

２３－

控制系统

中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第２－１期

ＢＣＣ校验码产生规则为发送方把所有待发送的ＡＳＣＩＩ码字符，

从头到尾按位作异或运算，把结果作为ＢＣＣ校验码发出。ＮｕｍｂｅｒＴｏＨｅｘａｄｅｃｉｍａｌＳｔｒｉｎｇ子ＶＩ将输入数字转换成规定字

节数的字符串。

第三读取ＰＬＣ反馈信息：其框图程序如图３所示，读取

ＰＬＣ反馈信息采用ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＲｅａｄ模块。在读取数据之前，需

应用ＢｙｔｅｓａｔＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ模块查询当前串口接收缓冲区中的数据字节数，并将该数值存放于ｂｙｔｅｃｏｕｎｔ中。如果ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ

Ｒｅａｄ要读取的字节数大于缓冲区中的数据字节数，ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＲｅａｄ操作将一直等待，直至Ｔｉｍｅｏｕｔ或者缓冲区中的数据字节数达到要求的字节数。图３中的ＳｕｂｓｅｔＳｔｒｉｎｇ函数的功能是从ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＲｅａｄ模块输出的字符串中提取控制十字路口交通灯所需输出继电器状态值的字符，ＳｃａｎＦｒｏｍＳｔｉｎｇ函数的作用是将ＳｕｂｓｅｔＳｔｒｉｎｇ函数所提取的字符串转换成规定类型的数据。

为了能够控制十字路口交通灯的亮灭，将其转换成可控制开关变量的Ｂｏｏｌｅａｎ型数据。

图３读取ＰＬＣ反馈信息框图程序

２十字路口交通灯虚拟对象的控制实现

为了使基于ＬａｂＶＩＥＷ构建的模型能够正确模拟十字路口交通灯的正常运行，应将所有的读取和写入操作编辑成可为顶层ＶＩ调用的子ＶＩ程序。ＰＬＣ控制急车强通十字路口交通灯的子ＶＩ有：读取用于控制东西方向红灯、黄灯的输出继电器状态值的子ＶＩ２Ａ１；读取控制东西方向绿灯和南北方向红灯的输出继电器状态值的子ＶＩ２Ａ２；读取控制南北方向黄灯和绿灯的输出继电器状态值的子ＶＩ２Ｂ１；用于写入反映急车强通信号的子

１．２多接点写命令

对于急车强通信号的控制，可采用外部硬开关控制，也可在用ＬａｂＶＩＥＷ构建的虚拟模型中设置两个开关来进行控制。此控制方式需要将ＰＬＣ程序中的急车强通信号（Ｘ１，Ｘ２）改为中间继电器。当ＬａｂＶＩＥＷ前面板的急车强通开关闭合时，就将强通开关的状态写入ＰＬＣ中间继电器Ｒ３，Ｒ４，使程序进入强通运行状态，其运行结果在ＬａｂＶＩＥＷ前面板显示。向中间继电器写入数据的部分框图程序如图４所示。串口初始化部分与多接点读命令相同。

技

术创新

ＶＩＲ３４。最后将这些子ＶＩ组合到一起，并与前面板的交通灯相

连就可以实现一个完整的十字路口交通灯模拟控制系统。

图５是在东西方向有急车强通时的前面板状态图。此时，东西方向的急车强通开关闭合，同时东西方向来车的车顶警示灯变亮。呼叫后东西方向的交通灯变绿，急车强行通过；南北方向的红灯变亮，以方便急车通过。急车强通信号一旦为ＯＦＦ，灯的状态即转为来车方向的绿灯闪３次，随后向下顺序运行。

图２向ＰＬＣ发送多接点读命令命令参数框图程序

图５东西方向有急车时的前面板状态

定位系统的控制实现３小车自动选向、

小车模型前面板的设计包含一个运行边框、运料小车和几个用来检测小车位置的光电开关，是利用簇结构编辑的。对于小车运行的动态效果处理，采用定义属性节点的方法，对位置属性节点进行加减常数或者加减０运算来实现小车的

图４向ＰＬＣ中间继电器写入数据

运行、停止。

－－／：现场总线技术应用２００例》

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图６为小车模型的部分框图程序。子ＶＩＳＥ的功能是用来读取ＰＬＣ发出的控制信号，即用来判断小车左行、右行还是停止，当ＰＬＣ发出正转（反转（“２”）、“１”）或停止（“０”）信号时，通过Ｃａｓｅ结构将程序转到对应的位置上，实现位置属性节点加、减常数或０。子ＶＩＲ的功能用来检测小车位置，即通过光电开关来判断小车位置，并将位置信号传送给ＰＬＣ中间继电器，再通过ＰＬＣ程序控制，以此实现小车的定位。

控制系统

通讯地址：（２５７０６１山东东营中国石油大学信息与控制工程学院）何新霞

（收稿日期：２００６．１０．１２）（修稿日期：２００６．１１．９）

（上接第４３页）

否则要出现超时错误警报而停止工作。本系统半年多来运行正常，各项指标均达到设计要求，使剪切精度控制在正负

０．００５ｍｍ，效果良好。

图６小车模型框图程序

４结束语

本文以Ｌａｂｖｉｅｗ为平台构建了十字路口交通灯、运料小车虚拟控制对象，基于ＬａｂＶＩＥＷ串口通讯函数，开发出ＬａｂＶＩＥＷ与ＰＬＣ通信驱动程序，最后实现了ＰＬＣ对十字路口交通灯、运料小车虚拟对象的控制，控制效果良好，且具有很好的直观性，已应用于ＰＬＣ实验教学。以此为基础，可开发出适应面更为广泛的虚拟工业控制对象，实现以ＰＬＣ为核心的工业控制系统的虚拟设计、调试，为机电一体化产品的虚拟样机开发提供技术基础。

本文作者创新点：根据松下ＦＰ１可编程控制器通信协议，基于ＬａｂＶＩＥＷ开发出ＦＰ１ＰＬＣ与Ｌａｂｖｉｅｗ通信驱动程序，并成功实现ＰＬＣ对基于ＬａｂＶＩＥＷ虚拟对象的控制。

高精度的变尺剪切。

图４程序流程图

本文作者创新点：对剪切线位置控制方式进行改进，实现了

技

术创新

参考文献

［１］刘君华等．虚拟仪器图形化编程语言Ｌａｂｖｉｅｗ教程．西安：西安电子科技大学出版社．２００１

［２］汪敏生．ＬａｂＶＩＥＷ基础教程．北京：电子工业出版社，２００２：４－４９

［３］ＲｏｂｅｒｔＨ．Ｂｉｓｈｏｐ．乔瑞萍，林欣等译．ＬａｂＶＩＥＷ６ｉ实用教程．北京：电子工业出版社．２００３

［４］单士源，张良祖，刘美兰．一种对虚拟对象进行控制的系统设计［Ｊ］微计算机信息，２００３，１９（１１）：２１－２２

［５］汪晓光，孙晓瑛，等．可编程控制器原理及应用，第２版．北京：机械工业出版社．２００１

作者简介：何新霞（１９６６．１０－），女，河南滑县人，工学硕士，副教授，主要从事计算机仿真及应用研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｍｃｈｅｎ＠ｈｄｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＨｅＸｉｎｘｉａ，ｆｅｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎ１９６６，ＭＳ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，ｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄ：ｄｉｇｉｔａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｍｃｈｅｎ＠ｈｄｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．

（２５７０６１山东东营中国石油大学（华东）信息与控制工程学院）

何新霞

参考文献：

［１］席小东，王伟明．ＰＬＣ和伺服系统在高速管材剪切装置中的应用［Ｊ］．塑料：２００３，１：５９－６１

［２］罗兵，杨崇倡．基于ＰＬＣ的自动试样织机控制系统的开发［Ｊ］微计算机信息：２００６，４－１：５７－５９

［３］邹奎政，涂仁发，吴康寅．ＦＸ２型可编程序控制器在配料控制中的应用［Ｊ］．华中理工大学学报：１９９５，２３（Ｓ１）：１１９－１２２．

作者简介：程曼（１９８２－），女，汉族，硕士，研究方向为智能检测与控制技术，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｍａｎ＿１＠１６３．ｃｏｍ；张曙光（１９５９－），男，汉族，教授，硕士生导师，专门从事自动化方面的研究（注：责任导师）。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｃｈｅｎｇｍａｎ（１９８２－），ｆｅｍａｌｅ，ｈａｎ，ｍａｓｔｅｒ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｍａｎ＿１＠１６３．ｃｏｍ；ＺｈａｎｇＳｈｕｇｕａｎｇ（１９５９－），ｍａｌｅ，ｈａｎ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒｏｆｍａｓｔｅｒ，ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ

（０７１００１河北保定河北农业大学机电工程学院）程曼张曙光

邵利敏刘晓艳高丽艾

通讯地址：（０７１００１河北河北农业大学机电工程学院２００４级研究生）程曼

（收稿日期：２００６．１０．１２）（修稿日期：２００６．１１．９）

ＰＬＣ技术应用２００例》：３６０元／年－

２５－

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s4r1.html