试论如何用虚拟机构建工控实践平台

【摘 要】本文以PLC通用组态平台的实现为例，以新的角度，描述了在单台计算机上用虚拟机构建一个通用的工控实践平台的过程，展现了软件虚拟构建工控环境的的可行性，为工程人员培训、学习及联机调试各类工控项目提供了一个通用环境。

【关键词】PLC；虚拟机；通用工控平台；组态软件

0 引言

随着自动化水平的提高，成套设备制造商提供的功能单元中PLC的应用率也越来越广泛，成套的空压单元、气源净化单元、加热单元、氮气制造单元、厂区照明单元等控制系统全都由PLC组成，PLC是工业自动化领域中的关键单元，尽管IEC 61131-3制定了可编程逻辑控制器的相关标准，但仍然无法统一各PLC的组态环境，不同种类的PLC，其组态程序也截然不同，各类PLC组态环境对计算机系统的要求也不尽相同，通常情况下，工厂会针对PLC的种类，提供专属电脑用于现场调试及培训，从硬件利用率及工控系统开发进度的不一致角度看，在同一通用硬件平台上构建一个工控实践环境，对不同厂家的工控系统进行调试是工程实践中必将面临的一个客观现实。

1 构建工控系统的通用实践环境

1.1 硬件基础

工控系统实践环境，离不开通用的硬件平台――PC（个人电脑）和相关附件即编程电缆、USB转串口通信电缆、直连网线。以PLC为例，现在发行的PLC通常带有2个通讯口，一个是串行接口，一个以太网接口；串口是各类PLC一直保留的传统通讯接口，是PLC默认的组态接口，随着信息化的发展，工业以太网是逐渐成为必然的趋势，所以，新版的PLC几乎都带以太网接口，但随着技术的发展，新的PC上大多没有集成串口，PC只能通过USB转接串口或以太网口与PLC进行通讯，所以，相关的通讯电缆及PLC编程电缆是建立统一平台不可或缺的硬件。典型的硬件组合方式见下图，其中图1是通过PLC的RS-232接口与通用个人电脑进行连接，在连接过程中，需要PLC制造商提供PLC的编程电缆。图2是PLC通过以太网接口与PC进行通讯，这种方式，完全采用开放的通用硬件平台对PLC进行编程。

1.2 软件基础

1.2.1 系统软件

系统软件包括与实际PC硬件相匹配的操作系统、工控厂家提供的应用软件及与组态软件相兼容的操作系统。诸如，win7、winXP、winNT、unix等。

1.2.2 应用软件

应用软件包括虚拟机软件、工控组态软件及USB转串口的驱动程序。虚拟机软件如VMware Workstation、VirtualBox，只是前者使用范围更广泛；由于PLC的功能与软硬件结合较为紧密，所以工控组态软件是制造商单独提供的程序；USB转串口已成为PC的一个标准化扩展组件，属于通用组件，实现的方式较多，所以驱动程序也不尽相同，故操作系统内部没有集成其驱动程序，因此，数据线的驱动程序随数据一并由开发商提供。

1.2.3 软件结构

工控系统实践平台上OS（操作系统）及虚拟机软件是必不可少的构件。PC的硬件结构决定了OS的版本，OS的版本决定了虚拟机软件的版本，当PC上成功安装虚拟机软件后，就可以在虚拟机上安装新的OS及与组态软件，构建工控实践平台。软件系统图见图3。

2 工控组态环境的构建实现

2.1 系统平台构建

本实例以主流的通用个人电脑（支持64位版本的win7平台）为基础，在通用平台上构建Rockwell公司SLC500系列PLC组态平台，（SLC500 PLC组态软件是Rockwell公司提供的Rslogix500，组态环境要求32位版本的操作系统WinXP SP2），构建整个PLC组态平台的关键部分是虚拟机软件（VMware Workstation）。首先，在win7个人电脑上，安装虚拟机软件，然后在虚拟机上安装winXP SP2操作系统，最后，运行虚拟机，在虚拟机上安装Rslogix500，至此，SLC500 PLC调试平台搭建完毕。

2.2 通用组态平台实践

虚拟机及工控组态环境设置完毕后，重新启动宿主机中的虚拟机，将SLC500 PLC的CPU通过以太网接口与宿主机连接，虚拟机上运行运行Rslinx（Rockwell 提供的组态通讯软件），建立虚拟机与PLC的通讯链路，运行RsLogix500对PLC进行组态及下装调试。

3 结束语

通用工控机平台只是基于应用软件基础上的应用，用虚拟机构建通用工控环境，符合模块化解决问题的思路，虚拟机中的组态环境能够与实际存在的硬件进行交互，是虚拟环境下的现实，实现后的工控环境与实际环境几乎一致，但是宿主机与实际的工控环境相互隔离，这种方式保护了宿主机的系统的独立性与安全性，是工控人员学习、实践工控组态的良好环境，同时虚拟机中可构建若干工控环境，工程人员根据需要可对各个工控环境进行单独镜像，将镜像文件转存至其他位置，需要时通过拷贝的方式，即可重构其工控环境，一次构建即可重复使用，重构速度快效率高，方便工程人员研习不同的工控环境及在同一机器上对不同工控平台的项目进行调试。

【参考文献】

[1]于莉，郭晶.使用虚拟机搭建PLC实验平台[J].民营科技，2012（02）.

[2]薛迎成.罗克韦尔PLC技术基础及应用[M].中国电力出版社，2009.