2024年5月26日发(作者：融丽佳)
中国设备工程
China Plant
Engineering
浅谈基于SoftLogix5800软PLC的应用
宋昊鹏，刘岩，彭勋
（北京奔驰汽车有限公司，北京 100176）
摘要：
制造业现场设备的逻辑运算控制广泛地依赖可编程逻辑控制器，即PLC。在全球疫情与芯片短缺的影响下，PLC产品的价格和
供货周期浮动较剧烈。PLC产品短缺影响在现代制造业中是空前的，替代PLC产品的备用技术方案是各制造业企业需要面对的一项课题。
本文通过基于对软PLC软件的应用，浅谈可替代PLC产品的备用技术方案以及软PLC在控制器及其软件使用中的应用案例。该应用案例能
够有效地降低企业因PLC产品供货紧张带来的风险，节约了企业硬件采购支出，具有一定的推广应用价值。
关键词：
PLC产品；芯片短缺；软PLC
中图分类号：
TP242
文献标识码：
A
文章编号：
1671-0711（2022）12（下）-0139-03
在全球新冠疫情的影响下，芯片制成品的产能紧缺，
然而，PLC作为工业生产线的“大脑”，广泛依赖芯片
的产能。在PLC供货紧张的不利因素下，企业寻找替代
PLC产品的可行方案，通过编写软PLC程序的方式可实
现无PLC模块实现生产线的逻辑运算功能。基于上述原
因，企业将替代PLC产品的备用方案作为一项重要的课
题，设计了使用软PLC控制设备的备用方案，并测试与
验证了此方案的应用效果。
1 可行性分析
软PLC将PLC、背板、网络通信模块、本地I/O模块、
运动控制模块虚拟化，工业计算机仅需通过安装软PLC
软件与OPC通信软件将虚拟化的各部件的功能呈现，用
户仅需要更改配置即可完成PLC背板的安装与配置。
（1）取证软PLC的逻辑运算功能。SoftLogix5800
软PLC软件能够在安装在虚拟背板上，数字型、浮点型
的运算能力能够实现一般生产线使用的PLC的仿真性能，
故软PLC的逻辑运算功能。
（2）在安装RSLinx OPC软件的工业计算机中，软
PLC的虚拟背板能够安装多组虚拟以太网模块，此以太
网模块能够与I/O适配器、变频器、PLC以太网模块、
HMI实现CIP通信，故软PLC的网络通信能力在此方案
中可行。
（3）工业现场中PLC通过通信模块连接远程I/O模
块，虚拟背板中的本地I/O模块、运动控制模块能够满
足实际使用需求，故PLC的I/O通信功能在此方案中可行。
综上所述，使用软PLC替代PLC的控制设备逻辑运
算功能的可行性是乐观的。
2 软PLC安装与配置
2.1 软PLC安装
本应用使用了罗克韦尔品牌软PLC软件SoftLogix
Chassis Monitor，软件及软PLC的固件版本为20.04；
通信服务通过RSLinx Classic软件实现，在安装软PLC
软件时能够完成安装。在32位的Window7专业版系统
环境下，安装VC++ 2019补丁，启用.NET Framework
3.5并更新后，安装并激活软件即可使用。
在RSLinx Classic软件中创建虚拟背板作为
软PLC背板，选择选项“Emulate5000 Virtual
Backplane”。如图1，打开软PLC软件，选择Slot后
点击Create Module，可通过插入模块到背板指定的槽
位，实现软PLC及其本地的I/O模块、网络通信模块与
运动控制模块安装。
图1 软PLC安装
2.2 软PLC的配置
软PLC的CPU模块可通过软PLC软件改变模式，例如，
编程模式、远程模式、运行模式，根据实际的状况改变
PLC模式。
软PLC的以太网模块以RSLinx Classic软件作
为通信服务，在使能RSLinx Gateway配置后，通过
RSLinx Classic Launch Control Panel插件选择总是
将软件运行为服务后，软PLC的首个以太网模块的通信
地址使用计算机的IP通信地址，其他网络通信模块的
地址可通过在线配置或程序下载进行更改。完成基本配
置的计算机则被视为一台带有CPU等模块的PLC背板。
3 软PLC的应用
3.1 PLC项目迁移
为避免PLC损坏，因缺少此物料而造成长期停产停
工，本应用将PLC项目迁移至软PLC项目，并取得了测
中国设备工程 2022.12 （下）
139
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Research and Exploration
研究与探索
·
工艺流程与应用
试的成功。如PLC背板仅包含CPU模块以及非冗余的以
太网模块，可使用以下方案：将PLC项目的CPU模块更
改为固件版本相同的虚拟CPU模块1789-L60，程序将被
自动编译转换；因PLC背板的不同，组态信息将被清除，
在虚拟背板中创建虚拟以太网模块，地址、名称使用原
通信模块的信息；以太网模块地从站组态复制即可。
将安装软PLC的计算机通信地址更改，程序下
载至软PLC，将接至以太网模块的通信线缆至安装软
PLC的计算机，即可实现从PLC至软PLC的控制切换，
如图2。
图3 更改后的软PLC程序组态
图2 运行中的软PLC
如PLC背板包含其他本地模块，需要保留PLC本地
背板，本应用使用以下方案：将本地背板的CPU模块更
换为以太网模块，并更改地址，此地址与虚拟通信模块
在同一网络地址范围；将PLC项目的CPU模块更改为固
件版本相同的虚拟CPU模块1789-L60，程序将被自动编
译转换；因PLC背板的不同，组态信息将被清除，在虚
拟背板中创建虚拟以太网模块，地址、名称使用原通信
模块的信息；在虚拟通信模块的以太网络下创建以太网
模块，地址与更换的以太网模块一致，名称可自定义；
将以太网模块所在的背板的其他本地模块及其从站的配
置信息复制，如图3；全局替换标签地址，将本地I/O
的默认名称“Local”替换为配置中以太网模块的名称，
如图4。
将安装软PLC的计算机通信地址更改，程序下载至
软PLC，将接至以太网模块的通信线缆至安装软PLC的
计算机，即可实现从PLC至软PLC的控制切换。
3.2 软PLC程序的使用
使用另一台计算机访问软PLC，此计算机需要安装
并激活RSLinx Classic软件以及RSLogix5000软件（或
Studio5000 Logix Designer软件），软件的版本需要
与软PLC的固件版本一致。
使用RSLinx Classic软件配置访问软PLC的路径
后，即可访问软PLC。如软PLC使用了远程模式，此计
图4 更改后的软PLC程序本地模块数据
算机还可以实现更改软PLC的模式、创建数据、在线更
改逻辑、下载PLC程序等操作。
4 实效与分析
4.1 经济效益
在全球疫情以及芯片产能不足的背景下，用于培训
使用的PLC模块价格达到了50000元，背板约10000元，
通信模块30000元。使用软PLC，每套PLC则至少节约
90000元的费用投入，且无须等待供货。
4.2 社会效益
PLC等芯片制成品的制造和使用的数量降低，能够
一定程度上缓解芯片制成品在制造和使用过程中对环境
的污染破坏，并减少能源消耗。
5 结语
通过执行使用软PLC替代PLC产品的方案，成功应
140
中国设备工程 2022.12 （下）
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中国设备工程
China Plant
Engineering
矿区井下无人运载车辆
全局约束下的局部路径规划方法
智宝岩
（中煤陕西榆林能源化工有限公司，山西 榆林 719000）
摘要：
由于矿区井下作业的特殊性，对于生产安全有很高的要求，随着无人驾驶技术的快速发展，采用无人运载车辆完成矿区井下
运输任务的相关技术受到广泛关注。本文针对矿区井下作业任务的特性，即运输路线通常是预先定义的全局路线，而矿区内的场景动态变
化出现新的障碍物，无人运载车辆需要实时进行局部路线规划，提出一种全局约束下的局部路径规划方法。该方法通过路径规划获得的路
线，一方面要满足全局路径的约束以确保按照预先定义的路线行进，另一方面要满足局部路径的约束，回避障碍物且最大效率的利用车辆
的加速度保持行进速度。为了验证所提出的方法，本文在实际的矿区井下场景开展了实验，实验结果证明本方法的有效性。
关键词：
路径规划；无人驾驶；全局约束；局部避障
中图分类号：
TD774
文献标识码：
A
文章编号：
1671-0711（2022）12（下）-0141-02
缓解交通拥堵、提高驾驶安全、保护环境等社会需
求推动了无人驾驶技术的快速发展。同时，自动驾驶等
智能无人平台技术的发展也为矿产开采、地质探测等对
安全生产有很高要求的行业提供了新的解决思路，实现
矿区无人化运输是自动驾驶技术提升安全高效生产的重
要应用之一。在无人驾驶技术中，路径规划是系统的重
要环节。路径规划的任务是按照优化准则，如时间约束、
路径长度约束、路径平滑度约束、车辆参数约束等，产
生从起始位置无碰撞地到达终点位置的一条可行路径。
路径规划的工作一般集中在两大类，即全局路径规划和
局部路径规划。在矿区井下这类的特定应用场景中，对
于路径规划的目标引入了新的与运载任务相关的约束，
如全局路径通常是已知的，路径规划需解决符合全局路
径约束的局部路径规划问题，即局部路径规划中不能偏
离全局规划目标。基于这一实际应用问题，作者提出了
一种全局路径约束下的局部路径规划方法。
1 动态窗口局部路径规划
动态窗口路径规划方法（Dynamic Window Approach,
DWA)，是一种经典的局部路径规划方法，被广泛地应用
于移动机器人、无人机、
无人车等系统的路径规划
任务中，其原理是根据
t
时
刻载体的运动参数，对移
动平台的速度和角速度采
样，根据采样的运动参数
预测未来
∆t
时间段内移动
平台可能出现的运动轨迹，
图1 DWA原理示意图
用软PLC软件编写软PLC程序，进而实现生产线在无
PLC模块的情况下实现逻辑运算功能快速替代，以备面
对潜在的停工停产风险。经过试验验证，本项目效果比
较显著，且已得到了涂装车间同行的好评，此项目方案
的成功应用可为同行业提供一定的参考。
基本原理如图1所示。
假设当前车速为
v
，角速度为
w
，则可建立车体运
动学模型为：
（1）
其中，（x,y,θ）和(x′,y′,θ′)分别为当前时刻
和下一时刻的二维坐标及航向角，
∆t
为前后时刻的时间
间隔。
由于汽车的电机扭矩有限，所以其最大和最小速度
以及加速度受到限制。在一个周期内会存在一个动态窗
口，在该窗口内的速度就是这一周期结束后车体能够实
际达到的速度。
速度采样后，DWA算法根据采样速度推演出不同的
轨迹，并对轨迹进行评价，从而选出最佳速度与角速度。
通过构建的评价函数，对预测的轨迹进行评分，通常选
择评价分数最高的轨迹作为局部路径规划的输出。
2 全局约束下的局部路径规划方法
在矿区井下的运输任务中，由于运输路线特定，全
局路径通常是确定的，因此，在进行局部路径规划时，
需要充分考虑全局路径对局部路径的约束。在选择局部
路径候选解时，应使轨迹终点尽可能靠近全局路径的目
标点，使得车辆能够尽量沿其行驶。其次，局部路径的
终点应尽量在车辆全速行驶范围外，保证车辆全速前进。
综合以上考虑，设第
i
条路径，本文建立路径规划
的代价函数为
（2）
参考文献：
[1]邓李.ControiLogix系统实用手册（罗克韦尔自动化丛书）[M].
北京:机械工业出版社,2006.
[2]SoftLogix 5800 System [M].USA:2015.
[3]SoftLogix Controller [M].USA:2015.
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浅谈基于SoftLogix5800软PLC的应用
宋昊鹏，刘岩，彭勋
（北京奔驰汽车有限公司，北京 100176）
摘要：
制造业现场设备的逻辑运算控制广泛地依赖可编程逻辑控制器，即PLC。在全球疫情与芯片短缺的影响下，PLC产品的价格和
供货周期浮动较剧烈。PLC产品短缺影响在现代制造业中是空前的，替代PLC产品的备用技术方案是各制造业企业需要面对的一项课题。
本文通过基于对软PLC软件的应用，浅谈可替代PLC产品的备用技术方案以及软PLC在控制器及其软件使用中的应用案例。该应用案例能
够有效地降低企业因PLC产品供货紧张带来的风险，节约了企业硬件采购支出，具有一定的推广应用价值。
关键词：
PLC产品；芯片短缺；软PLC
中图分类号：
TP242
文献标识码：
A
文章编号：
1671-0711（2022）12（下）-0139-03
在全球新冠疫情的影响下，芯片制成品的产能紧缺，
然而，PLC作为工业生产线的“大脑”，广泛依赖芯片
的产能。在PLC供货紧张的不利因素下，企业寻找替代
PLC产品的可行方案，通过编写软PLC程序的方式可实
现无PLC模块实现生产线的逻辑运算功能。基于上述原
因，企业将替代PLC产品的备用方案作为一项重要的课
题，设计了使用软PLC控制设备的备用方案，并测试与
验证了此方案的应用效果。
1 可行性分析
软PLC将PLC、背板、网络通信模块、本地I/O模块、
运动控制模块虚拟化，工业计算机仅需通过安装软PLC
软件与OPC通信软件将虚拟化的各部件的功能呈现，用
户仅需要更改配置即可完成PLC背板的安装与配置。
（1）取证软PLC的逻辑运算功能。SoftLogix5800
软PLC软件能够在安装在虚拟背板上，数字型、浮点型
的运算能力能够实现一般生产线使用的PLC的仿真性能，
故软PLC的逻辑运算功能。
（2）在安装RSLinx OPC软件的工业计算机中，软
PLC的虚拟背板能够安装多组虚拟以太网模块，此以太
网模块能够与I/O适配器、变频器、PLC以太网模块、
HMI实现CIP通信，故软PLC的网络通信能力在此方案
中可行。
（3）工业现场中PLC通过通信模块连接远程I/O模
块，虚拟背板中的本地I/O模块、运动控制模块能够满
足实际使用需求，故PLC的I/O通信功能在此方案中可行。
综上所述，使用软PLC替代PLC的控制设备逻辑运
算功能的可行性是乐观的。
2 软PLC安装与配置
2.1 软PLC安装
本应用使用了罗克韦尔品牌软PLC软件SoftLogix
Chassis Monitor，软件及软PLC的固件版本为20.04；
通信服务通过RSLinx Classic软件实现，在安装软PLC
软件时能够完成安装。在32位的Window7专业版系统
环境下，安装VC++ 2019补丁，启用.NET Framework
3.5并更新后，安装并激活软件即可使用。
在RSLinx Classic软件中创建虚拟背板作为
软PLC背板，选择选项“Emulate5000 Virtual
Backplane”。如图1，打开软PLC软件，选择Slot后
点击Create Module，可通过插入模块到背板指定的槽
位，实现软PLC及其本地的I/O模块、网络通信模块与
运动控制模块安装。
图1 软PLC安装
2.2 软PLC的配置
软PLC的CPU模块可通过软PLC软件改变模式，例如，
编程模式、远程模式、运行模式，根据实际的状况改变
PLC模式。
软PLC的以太网模块以RSLinx Classic软件作
为通信服务，在使能RSLinx Gateway配置后，通过
RSLinx Classic Launch Control Panel插件选择总是
将软件运行为服务后，软PLC的首个以太网模块的通信
地址使用计算机的IP通信地址，其他网络通信模块的
地址可通过在线配置或程序下载进行更改。完成基本配
置的计算机则被视为一台带有CPU等模块的PLC背板。
3 软PLC的应用
3.1 PLC项目迁移
为避免PLC损坏，因缺少此物料而造成长期停产停
工，本应用将PLC项目迁移至软PLC项目，并取得了测
中国设备工程 2022.12 （下）
139
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
Research and Exploration
研究与探索
·
工艺流程与应用
试的成功。如PLC背板仅包含CPU模块以及非冗余的以
太网模块，可使用以下方案：将PLC项目的CPU模块更
改为固件版本相同的虚拟CPU模块1789-L60，程序将被
自动编译转换；因PLC背板的不同，组态信息将被清除，
在虚拟背板中创建虚拟以太网模块，地址、名称使用原
通信模块的信息；以太网模块地从站组态复制即可。
将安装软PLC的计算机通信地址更改，程序下
载至软PLC，将接至以太网模块的通信线缆至安装软
PLC的计算机，即可实现从PLC至软PLC的控制切换，
如图2。
图3 更改后的软PLC程序组态
图2 运行中的软PLC
如PLC背板包含其他本地模块，需要保留PLC本地
背板，本应用使用以下方案：将本地背板的CPU模块更
换为以太网模块，并更改地址，此地址与虚拟通信模块
在同一网络地址范围；将PLC项目的CPU模块更改为固
件版本相同的虚拟CPU模块1789-L60，程序将被自动编
译转换；因PLC背板的不同，组态信息将被清除，在虚
拟背板中创建虚拟以太网模块，地址、名称使用原通信
模块的信息；在虚拟通信模块的以太网络下创建以太网
模块，地址与更换的以太网模块一致，名称可自定义；
将以太网模块所在的背板的其他本地模块及其从站的配
置信息复制，如图3；全局替换标签地址，将本地I/O
的默认名称“Local”替换为配置中以太网模块的名称，
如图4。
将安装软PLC的计算机通信地址更改，程序下载至
软PLC，将接至以太网模块的通信线缆至安装软PLC的
计算机，即可实现从PLC至软PLC的控制切换。
3.2 软PLC程序的使用
使用另一台计算机访问软PLC，此计算机需要安装
并激活RSLinx Classic软件以及RSLogix5000软件（或
Studio5000 Logix Designer软件），软件的版本需要
与软PLC的固件版本一致。
使用RSLinx Classic软件配置访问软PLC的路径
后，即可访问软PLC。如软PLC使用了远程模式，此计
图4 更改后的软PLC程序本地模块数据
算机还可以实现更改软PLC的模式、创建数据、在线更
改逻辑、下载PLC程序等操作。
4 实效与分析
4.1 经济效益
在全球疫情以及芯片产能不足的背景下，用于培训
使用的PLC模块价格达到了50000元，背板约10000元，
通信模块30000元。使用软PLC，每套PLC则至少节约
90000元的费用投入，且无须等待供货。
4.2 社会效益
PLC等芯片制成品的制造和使用的数量降低，能够
一定程度上缓解芯片制成品在制造和使用过程中对环境
的污染破坏，并减少能源消耗。
5 结语
通过执行使用软PLC替代PLC产品的方案，成功应
140
中国设备工程 2022.12 （下）
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
中国设备工程
China Plant
Engineering
矿区井下无人运载车辆
全局约束下的局部路径规划方法
智宝岩
（中煤陕西榆林能源化工有限公司，山西 榆林 719000）
摘要：
由于矿区井下作业的特殊性，对于生产安全有很高的要求，随着无人驾驶技术的快速发展，采用无人运载车辆完成矿区井下
运输任务的相关技术受到广泛关注。本文针对矿区井下作业任务的特性，即运输路线通常是预先定义的全局路线，而矿区内的场景动态变
化出现新的障碍物，无人运载车辆需要实时进行局部路线规划，提出一种全局约束下的局部路径规划方法。该方法通过路径规划获得的路
线，一方面要满足全局路径的约束以确保按照预先定义的路线行进，另一方面要满足局部路径的约束，回避障碍物且最大效率的利用车辆
的加速度保持行进速度。为了验证所提出的方法，本文在实际的矿区井下场景开展了实验，实验结果证明本方法的有效性。
关键词：
路径规划；无人驾驶；全局约束；局部避障
中图分类号：
TD774
文献标识码：
A
文章编号：
1671-0711（2022）12（下）-0141-02
缓解交通拥堵、提高驾驶安全、保护环境等社会需
求推动了无人驾驶技术的快速发展。同时，自动驾驶等
智能无人平台技术的发展也为矿产开采、地质探测等对
安全生产有很高要求的行业提供了新的解决思路，实现
矿区无人化运输是自动驾驶技术提升安全高效生产的重
要应用之一。在无人驾驶技术中，路径规划是系统的重
要环节。路径规划的任务是按照优化准则，如时间约束、
路径长度约束、路径平滑度约束、车辆参数约束等，产
生从起始位置无碰撞地到达终点位置的一条可行路径。
路径规划的工作一般集中在两大类，即全局路径规划和
局部路径规划。在矿区井下这类的特定应用场景中，对
于路径规划的目标引入了新的与运载任务相关的约束，
如全局路径通常是已知的，路径规划需解决符合全局路
径约束的局部路径规划问题，即局部路径规划中不能偏
离全局规划目标。基于这一实际应用问题，作者提出了
一种全局路径约束下的局部路径规划方法。
1 动态窗口局部路径规划
动态窗口路径规划方法（Dynamic Window Approach,
DWA)，是一种经典的局部路径规划方法，被广泛地应用
于移动机器人、无人机、
无人车等系统的路径规划
任务中，其原理是根据
t
时
刻载体的运动参数，对移
动平台的速度和角速度采
样，根据采样的运动参数
预测未来
∆t
时间段内移动
平台可能出现的运动轨迹，
图1 DWA原理示意图
用软PLC软件编写软PLC程序，进而实现生产线在无
PLC模块的情况下实现逻辑运算功能快速替代，以备面
对潜在的停工停产风险。经过试验验证，本项目效果比
较显著，且已得到了涂装车间同行的好评，此项目方案
的成功应用可为同行业提供一定的参考。
基本原理如图1所示。
假设当前车速为
v
，角速度为
w
，则可建立车体运
动学模型为：
（1）
其中，（x,y,θ）和(x′,y′,θ′)分别为当前时刻
和下一时刻的二维坐标及航向角，
∆t
为前后时刻的时间
间隔。
由于汽车的电机扭矩有限，所以其最大和最小速度
以及加速度受到限制。在一个周期内会存在一个动态窗
口，在该窗口内的速度就是这一周期结束后车体能够实
际达到的速度。
速度采样后，DWA算法根据采样速度推演出不同的
轨迹，并对轨迹进行评价，从而选出最佳速度与角速度。
通过构建的评价函数，对预测的轨迹进行评分，通常选
择评价分数最高的轨迹作为局部路径规划的输出。
2 全局约束下的局部路径规划方法
在矿区井下的运输任务中，由于运输路线特定，全
局路径通常是确定的，因此，在进行局部路径规划时，
需要充分考虑全局路径对局部路径的约束。在选择局部
路径候选解时，应使轨迹终点尽可能靠近全局路径的目
标点，使得车辆能够尽量沿其行驶。其次，局部路径的
终点应尽量在车辆全速行驶范围外，保证车辆全速前进。
综合以上考虑，设第
i
条路径，本文建立路径规划
的代价函数为
（2）
参考文献：
[1]邓李.ControiLogix系统实用手册（罗克韦尔自动化丛书）[M].
北京:机械工业出版社,2006.
[2]SoftLogix 5800 System [M].USA:2015.
[3]SoftLogix Controller [M].USA:2015.
中国设备工程 2022.12 （下）
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