一. SIMATIC WinAC工控虛拟環境簡介
研究對象簡介：
目前主流PLC供應商都推出自己的軟體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系列搭建工控虛拟。
SIMATIC WinAC是西門子公司開發的基于PC控制的核心元件，它的出現擴充了SIMATIC S7的控制範圍。WinAC 是一個名副其實的控制中心，它将PLC控制、資料處理、通訊、可視化及工藝內建于一台PC機上。
SIMATIC WinAC産品包括軟體型和插槽型兩大類，包括如下5種産品：
1． WinAC Basis (WinAC 基本型)
WinAC Basis 是低成本解決方案，用于對控制無精确時間要求，有大量、快速的資料處理與控制任務(控制任務指 PLC 的控制功能)相結合或其它PC任務的控制場合。
2． WinAC PN
第一個支援PROFInet通訊标準的SIMATIC CPU，性能與WinAC Basis 相似。WinAC PN支援基于元件的自動化(CBA)和PROFInet通訊标準。基于元件的自動化和PROFInet提供了一個開放的标準，用于在複雜任務中機械和系統單元之間的資料交換。資料交換通過SIMATIC iMap工具來進行配置。WinAC PN适應于以下任務：
• 來自整個複雜系統的機械和工廠中的房間區域之間的協調和連接配接
• 控制系統單元或機械可被內建到一個全範圍的複雜系統
WinAC Basis 4.1有一個選件WinAC PN，帶有WinAC PN選件的WinAC Basis 4.1支援PROFInet和CBA。
3．WinAC RTX(WinAC 實時型)
WinAC RTX提供了Windows 2000/XP的實時子系統，具有“硬實時”和“抗當機”特 性。适應于具有高速和精确時間要求的控制任務的場合，如運動控制、閉環控制等。
4．WinAC MP
WinAC MP基于WinCE作業系統和SIMATIC MP370(一種多功能面闆)硬體平台。MP370為無硬碟、無風扇設計，WinCE 具有實時特性，可實作嚴格的确定性動作。WinAC MP用在惡劣工業環境和有大量資料要處理的場合。
5．WinAC Slot 412/416
以闆卡的形式插入在PC中，在闆卡上已經內建了用于控制任務的CPU、存儲器等元件。它可獨立于PC進行控制操作。闆卡上內建一個MPI/DP 接口和一個DP口。WinAC Slot适用于對安全性和穩定性要求較高的場合。WinAC Slot 412/416在性能上與S7-412/416相近。
使用場景與用途：
由于其功能強大的開放和靈活的接口，SIMATIC WinAC成為基于PC自動化解決方案的理想平台。
• WinAC 運作在基于Windows 2000/XP作業系統下的标準PC平台中
• 與 SIMATIC S7有一緻的代碼相容性，統一的程式設計環境，生成的程式也可被SIMATIC S7所使用
• 提供了OPC、ActiveX控件、DCOM 接口等方法，與其它PC應用程式交換資料
• 為具有特殊工藝硬體軟體相結合的控制任務提供了開放的接口
WinAC 适用于以下任務：
• 由于空間和性能的原因，資料處理、通訊、可視化和控制任務必須內建在同一台PC平台上
• 需要有高性能資料處理的任務
• 在協調控制功能中必須有被執行的特殊過程任務
二. 虛拟工控環境研究用途
本案基于WinAC RTX搭建一種基于軟體PLC的虛拟工控仿真系統環境，通過該環境可以模拟工業生産流程運作，産生工業協定資料互動流量，為工業資料采集和工控安全研究教育訓練提供基礎環境。
三. 實作過程（研究内容）
3.1 研究環境
系統環境：vmare workstation15pro ，win7 ultimate版32位的虛拟機系統
WinAC 軟體對作業系統的要求比較高，一般的windows 系統常常在安裝過程中會報錯或者異常終止，最好選擇windows的原版系統。
WinAC RTX 2010 安裝的軟體需求
WinAC RTX 2010支援下面所列出的作業系統：
• 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 隻支援32位作業系統。
3.2 具體步驟
01
安裝虛拟機作業系統和檔案配置
1.1在vmare workstation15pro上建立虛拟機，安裝win7 32位作業系統，選擇旗艦版，專業版或者企業版。
1.2安裝好作業系統後，在虛拟機的安裝檔案夾内打開.vmx檔案，在其中添加如下資訊:
ethernet0.virtualDev = "e1000e"
bios440.filename="FUJITSU211_314.ROM"
1.3到西門子官網下載下傳檔案“FUJITSU211_314.ROM”和WINACRTX CARD.wld，并将檔案放置在虛拟機安裝目錄下。
02
WinAC RTX 2010 的安裝過程
以管理者身份登入到Windows，運作安裝CD光牒上的Setup.exe檔案啟動安裝過程。選擇安裝語言為英文，全勾選安裝程式如圖1所示，按照安裝提示完成安裝。
安裝過程中提示安裝授權時可将 WinAC RTX 2010 套件所含U盤中的授權檔案安裝到硬碟。或先跳過，在完成安裝後通過授權管理器安裝授權。
圖為WinACRTX 安裝的軟體
*提示！
RTX 2009 Runtime：Windows的實時擴充
Windows Logic Controller RTX V4.6：軟PLC
WinAC TimSync V4.2：WinAC時間同步
Automation License Manager：授權管理器
WinAC RTX 2010 安裝後系統的變化：
• 桌面上增加了Station Configuration Editor圖示，用于啟動PC Station 配置界面。
• Windows 程式組中增加Simatic PC based control WinLC RTX, 用來啟動WinLC RTX 操作面闆程式。
• Windows 裝置管理器中增加了SIMATIC NET，SIMATIC SoftBus，安裝在同一PC上的Step 7、WinCC Flexible RT、OPC Server 等可通過SoftBus與WinLC RTX通信。
• Windows控制台中增加了Set PC/PG Interface。
03
WinLC RTX 的啟停和操作
WinLC RTX WinAC的核心軟體PLC。通過下列路徑打開WinLC RTX 操作面闆程式：Windows開始 ® 程式 ® Simatic ® PC Based Control ® WinLC RTX，詳見圖為操作界面。
圖為操作界面
圖中操作界面中區域1的ON訓示燈在 Start Controller 後點亮，在 Shut Down Controller 後熄滅。BATF 訓示燈暫無作用，一直處于熄滅狀态。
區域2中訓示燈為WinLC RTX 運作狀态和運作時的故障訓示。
區域3中的按鈕RUN 和 STOP 作用與 S7-300/400的模式選擇開關作用一緻，用滑鼠單擊來切換WinLC RTX 的運作模式。
區域4中的按鈕MRES 用來複位存儲區，即清除Step 7 程式，複位記憶體區 (I、Q、M、T、C) ，加載預設系統配置，删除所有激活或打開的通信任務。第一次打開操作界面時，WinLC RTX 處于啟動狀态，STOP模式，即圖2區域1中的ON訓示燈點亮、區域2中的STOP訓示燈點亮。可以在圖25的CPU菜單下選擇Shut Down Controller 用來關閉WinLC RTX ，相當于S7-300/400 的斷電 (Power Off) 。而Start Controller用來啟動WinLC RTX ，相當于S7-300/400 的上電(Power On)。WinLC RTX 初次啟動後處于STOP 模式，可通過圖 2所示區域3的RUN 和 STOP 按鈕切換WinLC RTX 的運作模式。如下圖運作界面所示。
圖為運作界面
04
WinAC RTX 的内部架構
圖 4WinAC 内部架構所示的WinAC RTX由兩部分組成，一部分運作于RTX 實時子系統中，用來執行 Step 7 為 WinAC RTX 編制的控制程式，具有最高優先級；另一部分運作于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 PC Internal (Soft Bus)與WinAC RTX 通信，而且使用者可使用WinAC ODK在Windows下使用Visual Studio 等開發環境開發與WinAC RTX互動的應用程式。
PC 上配置設定給WinAC RTX作為SubModule的CP卡可做為現場總線主站擴充遠端 I/O 。未配置設定給WinAC RTX的CP卡可與SIMATIC NET軟體一起作為OPC Server等應用程式與外部SIMATIC控制器通信的接口，但不能連接配接遠端 I/O 。
圖為WinAC内部架構
05
WinAC RTX 的配置
在安裝 WinAC RTX 2010 後，打開Station Configuration Editor可以看到第2槽已添加了一個WinLC RTX元件，如圖5 PC Station編輯界面所示。WinLC RTX 元件如同OPC Server 元件一樣可以插入PC Station虛拟底闆的任一插槽中(注意：Step 7 V 5.4 SP4 中隻能插入2-18槽中)，隻需與Step7 V5.X或TIA Portal中的硬體配置一緻即可。将WinLC RTX元件插入PC Station虛拟底闆的插槽中，相當于将 S7-400的CPU安裝到無源底闆的槽位中。
圖為PC Station 編輯界面
輕按兩下WinLC RTX元件圖示，打開WinLC RTX元件屬性對話框，如下圖WinLC屬性界面所示。
圖為WinLC 屬性界面
06
用 Step7 進行 WinAC 的硬體組态
對于 WinAC,不能從PC站上上載正确組态資訊到 Step7中，必須手工在Step7中完成硬體組态。在STEP 7建立的WinAC硬體組态，它應和PC站組态編輯器中的組态相吻合。
一. 插入SIMATIC PC Station
啟動SIMATIC Manager，建立一個新的工程，并在此工程下插入一個“SIMATIC PC Station”,如下圖所示。
圖為插入SIMATIC PC 站
在硬體組态視窗中選擇右邊的硬體目錄，并從中選擇WinLC4.1并把它拖放到左邊的第二個插槽上(插槽号對應 PC 站組态編輯器中的索引号)，如下圖所示：
我們舉一個例子，在Step7中編寫一段程式，并運作線上監控。
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