西门子软PLC虚拟工控仿真与SCADA系统实践

一. SIMATIC WinAC工控虚拟环境简介　　研究对象简介：　　目前主流PLC供应商都推出自己的软件PLC系列 如：西门子的WinAC、Beckhoff的TwinCAT、ab的SoftLogix系列等。

本案西门子采用西门子WinAC RTX软PLC系列搭建工控虚拟　　SIMATIC WinAC是西门子公司开发的基于PC控制的核心组件，它的出现扩展了SIMATIC S7的控制范围WinAC 是一个名副其实的控制中心，它将PLC控制、数据处理、通讯、可视化及工艺集成于一台PC机上。

　　SIMATIC WinAC产品包括软件型和插槽型两大类，包括如下5种产品：　　1. WinAC Basis (WinAC 基本型)　　WinAC Basis 是低成本解决方案，用于对控制无精确时间要求，有大量、快速的数据处理与控制任务(控制任务指 PLC 的控制功能)相结合或其它PC任务的控制场合。

　　2. WinAC PN　　第一个支持PROFInet通讯标准的SIMATIC CPU，性能与WinAC Basis 相似WinAC PN支持基于组件的自动化(CBA)和PROFInet通讯标准基于组件的自动化和PROFInet提供了一个开放的标准，用于在复杂任务中机械和系统单元之间的数据交换。

数据交换通过SIMATIC iMap工具来进行配置WinAC PN适应于以下任务：　　? 来自整个复杂系统的机械和车间区域之间的协调和连接　　? 控制系统单元或机械可被集成到一个全范围的复杂系统　　WinAC Basis 4.1有一个选件WinAC PN，带有WinAC PN选件的WinAC Basis 4.1支持PROFInet和CBA。

　　3.WinAC RTX(WinAC 实时型)　　WinAC RTX提供了Windows 2000/XP的实时子系统，具有“硬实时”和“抗死机”特 性适应于具有高速和精确时间要求的控制任务的场合，如运动控制、闭环控制等。

　　4.WinAC MP　　WinAC MP基于WinCE操作系统和SIMATIC MP370(一种多功能面板)硬件平台MP370为无硬盘、无风扇设计，WinCE 具有实时特性，可实现严格的确定性动作。

WinAC MP用在恶劣工业环境和有大量数据要处理的场合　　5.WinAC Slot 412/416　　以板卡的形式插入在PC中，在板卡上已经集成了用于控制任务的CPU、存储器等元件它可独立于PC进行控制操作。

板卡上集成一个MPI/DP 接口和一个DP口WinAC Slot适用于对安全性和稳定性要求较高的场合WinAC Slot 412/416在性能上与S7-412/416相近　　使用场景与用途：　　由于其功能强大的开放和灵活的接口，SIMATIC WinAC成为基于PC自动化解决方案的理想平台。

　　? WinAC 运行在基于Windows 2000/XP操作系统下的标准PC平台中　　? 与 SIMATIC S7有一致的代码兼容性，统一的编程环境，生成的程序也可被SIMATIC S7所使用　　? 提供了OPC、ActiveX控件、DCOM 接口等方法，与其它PC应用程序交换数据　　? 为具有特殊工艺硬件软件相结合的控制任务提供了开放的接口　　WinAC 适用于以下任务：　　? 由于空间和性能的原因，数据处理、通讯、可视化和控制任务必须集成在同一台PC平台上　　? 需要有高性能数据处理的任务　　? 在协调控制功能中必须有被执行的特殊过程任务　　二. 虚拟工控环境研究用途　　本案基于WinAC RTX搭建一种基于软件PLC的虚拟工控仿真系统环境，通过该环境可以模拟工业生产流程运行，产生工业协议数据交互流量，为工业数据采集和工控安全研究培训提供基础环境。

　　三. 实现过程(研究内容)　　3.1 研究环境　　系统环境：vmare workstation15pro ，win7 ultimate版32位的虚拟机系统　　WinAC 软件对操作系统的要求比较高，一般的windows 系统常常在安装过程中会报错或者异常终止，最好选择windows的原版系统。

　　WinAC RTX 2010 安装的软件需求　　WinAC RTX 2010支持下面所列出的操作系统：　　? Microsoft Windows XP Professional, Service Pack 2　　? Microsoft Windows XP Professional, Service Pack 3　　? Microsoft Windows XP Embedded, Service Pack 2　　? Microsoft Windows Embedded Standard 2009　　? Microsoft Windows 7 Ultimate　　? Microsoft Windows 7 Professional　　? Microsoft Windows 7 Enterprise　　*注意!　　WinAC RTX 只支持32位操作系统。

　　3.2 具体步骤　　01　　安装虚拟机操作系统和文件配置　　1.1在vmare workstation15pro上创建虚拟机，安装win7 32位操作系统，选择旗舰版，专业版或者企业版　　1.2安装好操作系统后，在虚拟机的安装文件夹内打开.vmx文件，在其中添加如下信息:　　ethernet0.virtualDev = "e1000e"bios440.filename="FUJITSU211_314.ROM"　　1.3到西门子官网下载文件“FUJITSU211_314.ROM”和WINACRTX CARD.wld，并将文件放置在虚拟机安装目录下。

　　02　　WinAC RTX 2010 的安装过程　　以管理员身份登录到Windows，运行安装光盘上的Setup.exe文件启动安装过程选择安装语言为英文，全勾选安装程序如图1所示，按照安装提示完成安装。

　　安装过程中提示安装授权时可将 WinAC RTX 2010 套件所含U盘中的授权文件安装到硬盘或先跳过，在完成安装后通过授权管理器安装授权　　?　图为WinACRTX 安装的软件　　*提示!　　RTX 2009 Runtime：Windows的实时扩展　　Windows Logic Controller RTX V4.6：软PLC　　WinAC TimSync V4.2：WinAC时间同步　　Automation License Manager：授权管理器　　WinAC RTX 2010 安装后系统的变化：　　? 桌面上增加了Station Configuration Editor图标，用于启动PC Station 配置界面。

　　? Windows 程序组中增加Simatic PC based control WinLC RTX, 用来启动WinLC RTX 操作面板程序　　? Windows 设备管理器中增加了SIMATIC NET，SIMATIC SoftBus，安装在同一PC上的Step 7、WinCC Flexible RT、OPC Server 等可通过SoftBus与WinLC RTX通信。

　　? Windows控制面板中增加了Set PC/PG Interface　　03　　WinLC RTX 的启停和操作　　WinLC RTX WinAC的核心软件PLC通过下列路径打开WinLC RTX 操作面板程序：Windows开始 ? 程序 ? Simatic ? PC Based Control ? WinLC RTX，详见图为操作界面。

　　?　　图为操作界面　　图中操作界面中区域1的ON指示灯在 Start Controller 后点亮，在 Shut Down Controller 后熄灭BATF 指示灯暂无作用，一直处于熄灭状态　　区域2中指示灯为WinLC RTX 运行状态和运行时的故障指示。

　　区域3中的按钮RUN 和 STOP 作用与 S7-300/400的模式选择开关作用一致，用鼠标单击来切换WinLC RTX 的运行模式　　区域4中的按钮MRES 用来复位存储区，即清除Step 7 程序，复位内存区 (I、Q、M、T、C) ，加载默认系统配置，删除所有激活或打开的通信任务。

第一次打开操作界面时，WinLC RTX 处于启动状态，STOP模式，即图2区域1中的ON指示灯点亮、区域2中的STOP指示灯点亮可以在图25的CPU菜单下选择Shut Down Controller 用来关闭WinLC RTX ，相当于S7-300/400 的断电 (Power Off) 。

而Start Controller用来启动WinLC RTX ，相当于S7-300/400 的上电(Power On)WinLC RTX 初次启动后处于STOP 模式，可通过图 2所示区域3的RUN 和 STOP 按钮切换WinLC RTX 的运行模式。

如下图运行界面所示　　?　　图为运行界面　　04　　WinAC RTX 的内部架构　　图 4WinAC 内部架构所示的WinAC RTX由两部分组成，一部分运行于RTX 实时子系统中，用来执行 Step 7 为 WinAC RTX 编制的控制程序，具有最高优先级;另一部分运行于Windows，作为 Windows 与 RTX 的通信接口，为 WinAC RTX 提供了很好的开放性，即安装在同一PC上的Step7、 WinCC Flexible RT 、WinCC、OPC Server 等可通过 PC Internal (Soft Bus)与WinAC RTX 通信，而且用户可使用WinAC ODK在Windows下使用Visual Studio 等开发环境开发与WinAC RTX交互的应用程序。

　　PC 上分配给WinAC RTX作为SubModule的CP卡可做为现场总线主站扩展远程 I/O 未分配给WinAC RTX的CP卡可与SIMATIC NET软件一起作为OPC Server等应用程序与外部SIMATIC控制器通信的接口，但不能连接远程 I/O 。

　　?　　图为WinAC内部架构　　05　　WinAC RTX 的配置　　在安装 WinAC RTX 2010 后，打开Station Configuration Editor可以看到第2槽已添加了一个WinLC RTX组件，如图5 PC Station编辑界面所示。

WinLC RTX 组件如同OPC Server 组件一样可以插入PC Station虚拟底板的任一插槽中(注意：Step 7 V 5.4 SP4 中只能插入2-18槽中)，只需与Step7 V5.X或TIA Portal中的硬件配置一致即可。

将WinLC RTX组件插入PC Station虚拟底板的插槽中，相当于将 S7-400的CPU安装到无源底板的槽位中　　?　　图为PC Station 编辑界面　　双击WinLC RTX组件图标，打开WinLC RTX组件属性对话框，如下图WinLC属性界面所示。

　　?　　图为WinLC 属性界面　　06　　用 Step7 进行 WinAC 的硬件组态　　对于 WinAC,不能从PC站上上载正确组态信息到 Step7中，必须手工在Step7中完成硬件组态在STEP 7创建的WinAC硬件组态，它应和PC站组态编辑器中的组态相吻合。

　　一. 插入SIMATIC PC Station　　启动SIMATIC Manager，创建一个新的工程，并在此工程下插入一个“SIMATIC PC Station”,如下图所示　　?　　图为插入SIMATIC PC 站　　在硬件组态窗口中选择右边的硬件目录，并从中选择WinLC4.1并把它拖放到左边的第二个插槽上(插槽号对应 PC 站组态编辑器中的索引号)，如下图所示：　　?　　我们举一个例子，在Step7中编写一段程序，并运行在线监控。

　　四. 参考链接　　https://blog.csdn.net/weixin_34167819/article/details/93649314　　https://support.industry.siemens.com/tf/ww/en/threads/138/?page=0&pageSize=10免责声明：本文来源：[中国传动网]的所有文字、图片、音视和视频文件，版权均为中国传动网(www.chuandong.com)独家所有。

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