一. SIMATIC WinAC工控虛擬環(huán)境簡(jiǎn)介

　　研究對(duì)象簡(jiǎn)介：

　　目前主流PLC供應(yīng)商都推出自己的軟件PLC系列 如：西門子的WinAC、Beckhoff的TwinCAT、ab的SoftLogix系列等。本案西門子采用西門子WinAC RTX軟PLC系列搭建工控虛擬。

　　SIMATIC WinAC是西門子公司開發(fā)的基于PC控制的核心組件，它的出現(xiàn)擴(kuò)展了SIMATIC S7的控制范圍。WinAC 是一個(gè)名副其實(shí)的控制中心，它將PLC控制、數(shù)據(jù)處理、通訊、可視化及工藝集成于一臺(tái)PC機(jī)上。

　　SIMATIC WinAC產(chǎn)品包括軟件型和插槽型兩大類，包括如下5種產(chǎn)品：

　　1. WinAC Basis (WinAC 基本型)

　　WinAC Basis 是低成本解決方案，用于對(duì)控制無(wú)精確時(shí)間要求，有大量、快速的數(shù)據(jù)處理與控制任務(wù)(控制任務(wù)指 PLC 的控制功能)相結(jié)合或其它PC任務(wù)的控制場(chǎng)合。

　　2. WinAC PN

　　第一個(gè)支持PROFInet通訊標(biāo)準(zhǔn)的SIMATIC CPU，性能與WinAC Basis 相似。WinAC PN支持基于組件的自動(dòng)化(CBA)和PROFInet通訊標(biāo)準(zhǔn)。基于組件的自動(dòng)化和PROFInet提供了一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，用于在復(fù)雜任務(wù)中機(jī)械和系統(tǒng)單元之間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換通過(guò)SIMATIC iMap工具來(lái)進(jìn)行配置。WinAC PN適應(yīng)于以下任務(wù)：

　　? 來(lái)自整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的機(jī)械和車間區(qū)域之間的協(xié)調(diào)和連接

　　? 控制系統(tǒng)單元或機(jī)械可被集成到一個(gè)全范圍的復(fù)雜系統(tǒng)

　　WinAC Basis 4.1有一個(gè)選件WinAC PN，帶有WinAC PN選件的WinAC Basis 4.1支持PROFInet和CBA。

　　3.WinAC RTX(WinAC 實(shí)時(shí)型)

　　WinAC RTX提供了Windows 2000/XP的實(shí)時(shí)子系統(tǒng)，具有“硬實(shí)時(shí)”和“抗死機(jī)”特 性。適應(yīng)于具有高速和精確時(shí)間要求的控制任務(wù)的場(chǎng)合，如運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)控制等。

　　4.WinAC MP

　　WinAC MP基于WinCE操作系統(tǒng)和SIMATIC MP370(一種多功能面板)硬件平臺(tái)。MP370為無(wú)硬盤、無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，WinCE 具有實(shí)時(shí)特性，可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的確定性動(dòng)作。WinAC MP用在惡劣工業(yè)環(huán)境和有大量數(shù)據(jù)要處理的場(chǎng)合。

　　5.WinAC Slot 412/416

　　以板卡的形式插入在PC中，在板卡上已經(jīng)集成了用于控制任務(wù)的CPU、存儲(chǔ)器等元件。它可獨(dú)立于PC進(jìn)行控制操作。板卡上集成一個(gè)MPI/DP 接口和一個(gè)DP口。WinAC Slot適用于對(duì)安全性和穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合。WinAC Slot 412/416在性能上與S7-412/416相近。

　　使用場(chǎng)景與用途：

　　由于其功能強(qiáng)大的開放和靈活的接口，SIMATIC WinAC成為基于PC自動(dòng)化解決方案的理想平臺(tái)。

　　? WinAC 運(yùn)行在基于Windows 2000/XP操作系統(tǒng)下的標(biāo)準(zhǔn)PC平臺(tái)中

　　? 與 SIMATIC S7有一致的代碼兼容性，統(tǒng)一的編程環(huán)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，與其它PC應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)

　　? 為具有特殊工藝硬件軟件相結(jié)合的控制任務(wù)提供了開放的接口

　　WinAC 適用于以下任務(wù)：

　　? 由于空間和性能的原因，數(shù)據(jù)處理、通訊、可視化和控制任務(wù)必須集成在同一臺(tái)PC平臺(tái)上

　　? 需要有高性能數(shù)據(jù)處理的任務(wù)

　　? 在協(xié)調(diào)控制功能中必須有被執(zhí)行的特殊過(guò)程任務(wù)

　　二. 虛擬工控環(huán)境研究用途

　　本案基于WinAC RTX搭建一種基于軟件PLC的虛擬工控仿真系統(tǒng)環(huán)境，通過(guò)該環(huán)境可以模擬工業(yè)生產(chǎn)流程運(yùn)行，產(chǎn)生工業(yè)協(xié)議數(shù)據(jù)交互流量，為工業(yè)數(shù)據(jù)采集和工控安全研究培訓(xùn)提供基礎(chǔ)環(huán)境。

　　三. 實(shí)現(xiàn)過(guò)程(研究?jī)?nèi)容)

　　3.1 研究環(huán)境

　　系統(tǒng)環(huán)境：vmare workstation15pro ，win7 ultimate版32位的虛擬機(jī)系統(tǒng)

　　WinAC 軟件對(duì)操作系統(tǒng)的要求比較高，一般的windows 系統(tǒng)常常在安裝過(guò)程中會(huì)報(bào)錯(cuò)或者異常終止，最好選擇windows的原版系統(tǒng)。

　　WinAC RTX 2010 安裝的軟件需求

　　WinAC RTX 2010支持下面所列出的操作系統(tǒng)：

　　? 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位操作系統(tǒng)。

　　3.2 具體步驟

　　01

　　安裝虛擬機(jī)操作系統(tǒng)和文件配置

　　1.1在vmare workstation15pro上創(chuàng)建虛擬機(jī)，安裝win7 32位操作系統(tǒng)，選擇旗艦版，專業(yè)版或者企業(yè)版。

　　1.2安裝好操作系統(tǒng)后，在虛擬機(jī)的安裝文件夾內(nèi)打開.vmx文件，在其中添加如下信息:

　　ethernet0.virtualDev = "e1000e"bios440.filename="FUJITSU211_314.ROM"

　　1.3到西門子官網(wǎng)下載文件“FUJITSU211_314.ROM”和WINACRTX CARD.wld，并將文件放置在虛擬機(jī)安裝目錄下。

　　02

　　WinAC RTX 2010 的安裝過(guò)程

　　以管理員身份登錄到Windows，運(yùn)行安裝光盤上的Setup.exe文件啟動(dòng)安裝過(guò)程。選擇安裝語(yǔ)言為英文，全勾選安裝程序如圖1所示，按照安裝提示完成安裝。

　　安裝過(guò)程中提示安裝授權(quán)時(shí)可將 WinAC RTX 2010 套件所含U盤中的授權(quán)文件安裝到硬盤。或先跳過(guò)，在完成安裝后通過(guò)授權(quán)管理器安裝授權(quán)。

　　*提示!

　　RTX 2009 Runtime：Windows的實(shí)時(shí)擴(kuò)展

　　Windows Logic Controller RTX V4.6：軟PLC

　　WinAC TimSync V4.2：WinAC時(shí)間同步

　　Automation License Manager：授權(quán)管理器

　　WinAC RTX 2010 安裝后系統(tǒng)的變化：

　　? 桌面上增加了Station Configuration Editor圖標(biāo)，用于啟動(dòng)PC Station 配置界面。

　　? Windows 程序組中增加Simatic PC based control WinLC RTX, 用來(lái)啟動(dòng)WinLC RTX 操作面板程序。

　　? Windows 設(shè)備管理器中增加了SIMATIC NET，SIMATIC SoftBus，安裝在同一PC上的Step 7、WinCC Flexible RT、OPC Server 等可通過(guò)SoftBus與WinLC RTX通信。

　　? Windows控制面板中增加了Set PC/PG Interface。

　　03

　　WinLC RTX 的啟停和操作

　　WinLC RTX WinAC的核心軟件PLC。通過(guò)下列路徑打開WinLC RTX 操作面板程序：Windows開始 ? 程序 ? Simatic ? PC Based Control ? WinLC RTX，詳見圖為操作界面。

　　圖中操作界面中區(qū)域1的ON指示燈在 Start Controller 后點(diǎn)亮，在 Shut Down Controller 后熄滅。BATF 指示燈暫無(wú)作用，一直處于熄滅狀態(tài)。

　　區(qū)域2中指示燈為WinLC RTX 運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行時(shí)的故障指示。

　　區(qū)域3中的按鈕RUN 和 STOP 作用與 S7-300/400的模式選擇開關(guān)作用一致，用鼠標(biāo)單擊來(lái)切換WinLC RTX 的運(yùn)行模式。

　　區(qū)域4中的按鈕MRES 用來(lái)復(fù)位存儲(chǔ)區(qū)，即清除Step 7 程序，復(fù)位內(nèi)存區(qū) (I、Q、M、T、C) ，加載默認(rèn)系統(tǒng)配置，刪除所有激活或打開的通信任務(wù)。第一次打開操作界面時(shí)，WinLC RTX 處于啟動(dòng)狀態(tài)，STOP模式，即圖2區(qū)域1中的ON指示燈點(diǎn)亮、區(qū)域2中的STOP指示燈點(diǎn)亮。可以在圖25的CPU菜單下選擇Shut Down Controller 用來(lái)關(guān)閉WinLC RTX ，相當(dāng)于S7-300/400 的斷電 (Power Off) 。而Start Controller用來(lái)啟動(dòng)WinLC RTX ，相當(dāng)于S7-300/400 的上電(Power On)。WinLC RTX 初次啟動(dòng)后處于STOP 模式，可通過(guò)圖 2所示區(qū)域3的RUN 和 STOP 按鈕切換WinLC RTX 的運(yùn)行模式。如下圖運(yùn)行界面所示。

　　04

　　WinAC RTX 的內(nèi)部架構(gòu)

　　圖 4WinAC 內(nèi)部架構(gòu)所示的WinAC RTX由兩部分組成，一部分運(yùn)行于RTX 實(shí)時(shí)子系統(tǒng)中，用來(lái)執(zhí)行 Step 7 為 WinAC RTX 編制的控制程序，具有最高優(yōu)先級(jí);另一部分運(yùn)行于Windows，作為 Windows 與 RTX 的通信接口，為 WinAC RTX 提供了很好的開放性，即安裝在同一PC上的Step7、 WinCC Flexible RT 、WinCC、OPC Server 等可通過(guò) PC Internal (Soft Bus)與WinAC RTX 通信，而且用戶可使用WinAC ODK在Windows下使用Visual Studio 等開發(fā)環(huán)境開發(fā)與WinAC RTX交互的應(yīng)用程序。

　　PC 上分配給WinAC RTX作為SubModule的CP卡可做為現(xiàn)場(chǎng)總線主站擴(kuò)展遠(yuǎn)程 I/O 。未分配給WinAC RTX的CP卡可與SIMATIC NET軟件一起作為OPC Server等應(yīng)用程序與外部SIMATIC控制器通信的接口，但不能連接遠(yuǎn)程 I/O 。

　　05

　　WinAC RTX 的配置

　　在安裝 WinAC RTX 2010 后，打開Station Configuration Editor可以看到第2槽已添加了一個(gè)WinLC RTX組件，如圖5 PC Station編輯界面所示。WinLC RTX 組件如同OPC Server 組件一樣可以插入PC Station虛擬底板的任一插槽中(注意：Step 7 V 5.4 SP4 中只能插入2-18槽中)，只需與Step7 V5.X或TIA Portal中的硬件配置一致即可。將WinLC RTX組件插入PC Station虛擬底板的插槽中，相當(dāng)于將 S7-400的CPU安裝到無(wú)源底板的槽位中。

　　雙擊WinLC RTX組件圖標(biāo)，打開WinLC RTX組件屬性對(duì)話框，如下圖WinLC屬性界面所示。

　　06

　　用 Step7 進(jìn)行 WinAC 的硬件組態(tài)

　　對(duì)于 WinAC,不能從PC站上上載正確組態(tài)信息到 Step7中，必須手工在Step7中完成硬件組態(tài)。在STEP 7創(chuàng)建的WinAC硬件組態(tài)，它應(yīng)和PC站組態(tài)編輯器中的組態(tài)相吻合。

　　一. 插入SIMATIC PC Station

　　啟動(dòng)SIMATIC Manager，創(chuàng)建一個(gè)新的工程，并在此工程下插入一個(gè)“SIMATIC PC Station”,如下圖所示。

　　在硬件組態(tài)窗口中選擇右邊的硬件目錄，并從中選擇WinLC4.1并把它拖放到左邊的第二個(gè)插槽上(插槽號(hào)對(duì)應(yīng) PC 站組態(tài)編輯器中的索引號(hào))，如下圖所示：

　　我們舉一個(gè)例子，在Step7中編寫一段程序，并運(yùn)行在線監(jiān)控。

　　四. 參考鏈接

　　https://blog.csdn.net/weixin_34167819/article/details/93649314

　　https://support.industry.siemens.com/tf/ww/en/threads/138/?page=0&pageSize=10