有“贝”而“莱” 强势围观 | 使用纯软仿真实现X20对交通灯的控制 025

有“贝”而“莱” 强势围观 | 使用纯软仿真实现X20对交通灯的控制 025

写在前面

本年度专为工业自动化爱好者而生的“2021贝加莱橙色灯塔杯技术最强音挑战赛”已经接近尾声，感谢合作伙伴和技术粉丝们的厚爱，感谢大家的踊跃参与！

The Voice of B&R Tech技术最强音竞赛

025

使用纯软仿真实现X20对交通灯的控制

周德兴

一、概 述

如果你没有任何硬件，你也可以编写、调试X20软件，实现大量的小型工业对象的控制（例如交通灯、液位混合，机械手控制等），也可以实现过程自动化工厂、柔性制造生产线等稍大工业场景的控制。脱离硬件进行PAC的学习，大大提高教学实训的便捷性，可以在任何时间，任何地点，只需要电脑就可以实现Auto Studio和X20的学习。

仿真架构如图所示，X20通过Modbus/TCP协议，连接到COSAI-AS3700仿真软件，该仿真软件连接了大量的仿真对象，如同X20的一个扩展模块。

二、仿真X20的IO接口软件

COSAI_AS3700接口软件支持所有Flash，Unit3D等动画软件提供的大量的PLC,PAC控制对象。可以提供真实AS3700 IO模块的连接，实现与真实控制器的电缆连接；可以提供MODBUS/RTU、MODBUS/TCP总线通信，实现与真实控制器，仿真控制器的通信连接。我们目前提供6大类西门子PLC，研华PAC控制器，贝加莱X20控制器的仿真。

难点是首先实现MODBUS/TCP通信，COSAI-AS3700作为服务器，X20作为客户端，通信只实现读取，或者写出WORD类型数据。我们的所有对象的数字量传感器信号寄存器为1~4（4个WORD），每个寄存器包括了16个数字量信号；模拟量传感器为5~21,6400~32000对应信号4~20mA。

“COSAI_AS3700软件”可以连接所有的仿真对象，然后与仿真X20之间进行MODBUS/TCP。在“打开对象”菜单中选择本次实验的仿真对象（实验三：a8405s交通灯）；选择“在本软件中打开”。如图2所示。

图2 打开对象

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三、纯软CPU仿真与对象仿真​

CPU仿真，需要配置CPU，修改Simulation使能。如图1所示。

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图1 CPU仿真

增加了两个全局变量MD_IN,MD_OUT。然后关联到Modbus Tcp_any，如图2所示。

图2 关联ModbusTcp_any变量

增加一个C语言程序，分拆变量，如图3所示。注意使用BT0，BT1两个按钮。

图3  变量转换代码

四、仿真的交通灯控制

仿真对象如图4所示。

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图4 A8405仿真交通灯对象

其中数码管显示也可以单独使用“七段数码显示”仿真完成。如图5所示。启动时，LED不断显示0-F。保持时，保持当前状态。

图5 七段数码显示模块

4.1、实验目的​

1、学习时序控制方式中的同步控制方式。

2、熟悉定时循环OB块的使用。

3、熟悉LED数码管组合逻辑编码。

4、通过子程序，实现启动，停止加入到时序同步控制方式中。

4.2、控制要求​

信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。开关置于保持位置时，保持当前灯状态。

六个阶段：​

0~10秒，南北红灯亮，东西绿灯亮。显示绿灯倒计时。10~15秒，南北红灯亮，东西绿灯闪烁，0.5秒切换。显示绿灯倒计时。15~20秒，南北红灯亮，东西黄灯亮；显示黄灯倒计时。20~30秒，南北绿灯亮，东西红灯亮；显示绿灯倒计时。30~35秒，南北绿灯闪烁，0.5秒切换，东西红灯亮；显示绿灯倒计时。35~40秒，南北黄灯亮，东西红灯亮；显示黄灯倒计时。

周而复始。

4.3、输入/输出分配​

本实例以PAC来进行交通灯实验，接线均以PAC对应的点位连接。真实设备的点位连接如图所示。

真实对象接线点位与编程IO点位如表6.2.1所示。前面的点位有可能保留给运动控制。

如果使用仿真软件，则这里使用COSAI-AS3700软件，作为Modbus/TCP服务器（从站），通过PLC建立客户端，连接这个软件，作为扩展IO模块。而且要注意，是否16位的8BYTE前后相反。

仿真对象接线点如表所示

4.4、周期中断编程思路与参考程序​

变量如图7所示。

图7  交通灯程序变量

本地变量，用于七段译码器，如图8所示。

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图8  交通灯本地变量

具体交通灯程序如表所示。

void _CYCLIC ProgramCyclic(void){ TimerCount500ms++; if(TimerCount500ms>80) TimerCount500ms=0; if((TimerCount500ms % 2)==0) Flash500ms=1; else Flash500ms=0; TimerCoun1000ms=TimerCount500ms/2; //0-10秒．南北红灯亮．东西绿灯亮。显示绿灯倒计时。 //10-15秒，南北红灯亮．东西绿灯闪烁．0.5s秒切换。显示绿灯倒计时。 if(TimerCoun1000ms<15) { if(TimerCoun1000ms<=10) Flash500ms=1; if(Flash500ms) TraficLightOut=0x21;//100001 else TraficLightOut=0x1; TimerRemain=15-TimerCoun1000ms; } //15-20秒．南北红灯亮．东西黄灯亮：倒计时灭。 else if(TimerCoun1000ms>=15 && TimerCoun1000ms<20) { TraficLightOut=0x11;//010001 TimerRemain=200;//表示关闭 } //20-30秒，南北绿灯亮．东西红灯亮：显示绿灯倒计时。 //30-35秒．南北绿灯闪烁．0.5秒切换．东西红灯亮：显示绿灯倒计时。 else if(TimerCoun1000ms>=20 && TimerCoun1000ms<35) { if(TimerCoun1000ms<=30) Flash500ms=1; if(Flash500ms) TraficLightOut=0xC;//001100 else TraficLightOut=0x8;//001100 TimerRemain=35-TimerCoun1000ms; } //35-40秒．南北黄灯亮．东西红灯亮：倒计时灭。 else if(TimerCoun1000ms>=35 && TimerCoun1000ms<40) { TraficLightOut=0xA;//001010 TimerRemain=200; } if(TimerRemain>=0 &&TimerRemain <=9 ) Show7S=Code[TimerRemain]; else Show7S=0; SNRed=((TraficLightOut & 0x1)>0); SNYellow=((TraficLightOut & 0x2)>0); SNGreen=((TraficLightOut & 0x4)>0); EWRed=((TraficLightOut & 0x8)>0); EWYellow=((TraficLightOut & 0x10)>0); EWGreen=((TraficLightOut & 0x20)>0);}

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剩余时间显示，LED解码，注意7段数码管的显示段规则。直接使用了一个数组。

VAR TimerRemain : USINT; TimerCount500ms : USINT; Flash500ms : BOOL; Code : ARRAY[0..9] OF USINT:=[63,6,91,79,102,109,125,7,127,111,119,124,57,94,121,113]; TimerCoun1000ms : USINT;END_VAR

​

使用MODBUS/TCP，则增加如下指令

Start=((MD_IN & 1)>0); Pause=((MD_IN & 2)>0);

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变量SNY,SNR,SNG，EWR,EWY,EWG删除。增加MODBUS/TCP的配置。

if(Start==0) TraficLightOut=0x22;//010010黄灯 temp=Show7S<<6; MD_OUT= TraficLightOut;//;//拼合14位 MD_OUT+=temp;

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4.5、实验步骤与结果​

1、按照输入和输出两个配置表，将PAC的输入输出与相应对象的端子用连接线连好；

2、按照输入输出配置，参照参考程序，编写实验程序；

3、下载编写程序到PAC，运行程序；

4、模拟动作实验板上的按钮和开关，验证所编程序的逻辑;

注意，倒计时从15~0，可能出现A,B,C,D,E,F等字符。

下载程序，模拟运行。Watch中增加变量，如图9所示。

图9 观察变量调试窗口

采用MODBUS/TCP的半实物或纯软件实验，结果如图10所示

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图10 交通灯仿真对象运行效果

五、总 结

验证了仿真的X20能够与外部IO接口软件或仿真模块通信，从而只有仿真PLC纯软件即可与外部IO接口通信。而外部IO接口可以实现大量的工业场景模拟。

使用纯软仿真与对象仿真的联合实训模式，使得学习成本降低，随时随地学习，并使得学习更加形象生动。而数字孪生的仿真，功能强大，为开发、调试、故障追溯、学习培训提供非常好的条件。​

END

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