专利名称：一种仿真plc控制对象的仪器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种仿真实验仪器，尤其是一种软硬件结合的用于仿真PLC控制 对象的仪器。
背景技术：
在进行PLC教学过程中，需要对PLC控制对象进行仿真，以帮助学员理解PLC的工 作原理，进行PLC控制实验。现阶段国内的教学仪器对PLC控制对象的仿真，主要有如下几 种方式(1)采用静态图纸为背景，一些LED灯分布于图纸上，用LED灯的闪烁来示意控制 对象的动画。采用此种方法仿真的教学仪器，存在如下不足靠灯的闪烁和静态背景图纸来 示意动作过于抽象，不形象直观，学员理解起来困难；因为每个灯都需要PLC输出一个信号 来控制，稍微复杂一点的对象即需要PLC配置很多数目的输出点，在教学实验中经常不易 满足，也增加了学员接线的复杂度；如需增加实验项目，则需增加硬件，扩展不方便。因此， 这种方法的教学效果较差。(2)完全采用组态软件来仿真PLC的控制对象。这种方法在PC机中设置组态软 件，PLC直接与组态软件通过通信连接在一起。控制对象的动作、动画均由组态软件来完成， 画面效果及控制对象逻辑可以做得较好；但主要存在下述不足由于组态软件与PLC是通 过直接通信方式连接，PLC动作逻辑的依据只是由通信传递过来的数据，而不是在PLC输入 信号端获得的来自控制对象的实际电信号，在这种情况下让学员开展实验，编制的程序与 实际的PLC控制程序不相同，容易造成学员对PLC基本工作原理的错误理解。因此这种方 法在实际中应用也很少。(3)上位机采用Visual Basic,Delphi等开发控制对象的动作、动画及逻辑，通过 通信连接到输入输出接口板，然后与PLC连接。此种方式下开发若成功，开发出来的PLC控 制对象是可以满足实验要求的。但此种方式下上位机软件开发工作量过大，开发周期长，开 发单个实验控制对象尚可接受；若开发满足一系列实验的多个PLC控制对象，将耗费大量 人力和时间，设计成本高。且以后的升级和扩展不易，难以满足用户提出的提供个性化的 PLC控制对象的要求。(4)从硬件上完全仿真。这种仿真方式仿真效果较好。但存在如下不足成本很 高，以硬件仿真电梯为例，四层仿真电梯市场价格就要达到五万元左右；由于体积很大，在 实验室中占很大空间；由于硬件连接不便，一个PLC通常也只能用于控制一个这样的仿真 控制对象，无法做到多个控制对象的集成。因此这种仿真的控制对象在教学实验中不便推 广，应用很少。
发明内容本实用新型目的提供一种仿真PLC控制对象的仪器，以克服现有技术的不足，满 足教学过程中对PLC控制对象的仿真需求。[0008]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种仿真PLC控制对象的仪器，主要由上位机和嵌入式系统组成，所述上位机中 设有由组态软件构成的控制对象内部逻辑及动画效果仿真模块，所述嵌入式系统包括微控 制器、通信接口电路、输入电平转换电路和输出电平转换电路；所述嵌入式系统经所述通信 接口电路与所述上位机连接通信。上述技术方案中，采用组态软件和嵌入式系统相结合仿真PLC控制对象控制对 象的内部逻辑及动画效果采用上位机组态软件仿真，另由嵌入式系统(一般采用单片机系 统)提供PLC控制对象的检测信号与控制信号的接口。本仪器中多个PLC仿真控制对象可 以共用单片机系统，组态软件和单片机通过通信协同完成对PLC控制对象的仿真任务。组态软件是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术，开发人员 通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态(硬件 配置)、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作，它具有二次开 发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。上述技术方案中，单片机系统的主要功能包括三部分与上位机用指定的通信协 议通信并获取指令；执行上位机的指令；对输入输出信号进行电平转换以匹配PLC有关电 平。其中，需要电平转换电路主要是因为通常情况下PLC的开关量输入输出电路使用的是 24V电平，而MCU的输入输出电路使用的是5V电平，因此，需要对两部分电路进行电平匹配。由于PLC输入输出信号除开关量信号外，有时还有模拟量信号，因此，进一步的技 术方案，所述嵌入式系统中还设有A/D转换电路和D/A转换电路，以适用于PLC的输入输出 为模拟量情形下的仿真实验。优选的技术方案，所述通信接口电路由串口及通信数据收发电路组成。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点1、本实用新型采用组态软件和嵌入式系统相结合仿真PLC控制对象，由于组态软 件有强大的动画效果，本实用新型仿真的PLC控制对象画面美观逼真，动画效果好；2、本实用新型硬件上只需一套单片机系统，硬件成本低，体积小，PLC仿真控制对 象软件部分可在组态软件中灵活添加、扩展，而无须增加硬件成本；3、采用本实用新型，多个PLC仿真控制对象可以共用单片机系统，只需要用组态 软件在上位机中进行二次开发即可实现不同实验的对象仿真；4、本实用新型用于采用了嵌入式系统进行接口电平的处理，其工作方式与仿真对 象和PLC间信号交换一致，可以让使用者完全理解PLC的工作原理。
图1是本实用新型实施例一单片机系统整体结构框图；图2是实施例一中5V转24V的电平转换电路示意图；图3是实施例一中24V转5V的电平转换电路示意图；图4是实施例一中对PLC控制对象仿真时的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合图及实施例对本实用新型作进一步描述[0025]实施例一参见附图1至附图4所示，一种仿真PLC控制对象的仪器，由上位机 和嵌入式系统组成，上位机中设有由组态软件构成的控制对象内部逻辑及动画效果仿真模 块，嵌入式系统采用单片机系统，如图1所示，包括微控制器、通信接口电路、输入电平转换 电路、输出电平转换电路、A/D转换电路和D/A转换电路；其中，通信接口电路由串口及通信 数据收发电路组成，嵌入式系统经通信接口电路与上位机连接通信。由于通常情况下PLC的开关量输入输出电路使用的是24V电平，而MCU的输入输 出电路使用的是5V电平，因此，需要对两部分电路进行电平匹配。其中，输出电平转换电路 实现5V转24V的电平转换，如图2所示；输入电平转换电路实现24V转5V的电平转换，如 图3所示。图4所示为对PLC控制对象仿真时的系统结构，其中，检测信号端接口包括输入电 平转换电路和A/D转换电路，控制信号端接口包括输出电平转换电路和D/A转换电路。可 以同时适用于PLC的输入输出为开关量和模拟量情形下的仿真实验。硬件连接方法均是一 致的，即PLC的输入输出信号通过嵌入式系统连接到仿真控制对象；连接时，嵌入式系统 的通信口由通信电缆连接至电脑主机(上位机)的串口，PLC的输出信号连至嵌入式系统 上的控制信号端，PLC的输入信号连至嵌入式系统上的检测信号端。本实施例中，采用组态软件和嵌入式系统相结合仿真PLC控制对象控制对象的 内部逻辑及动画效果采用上位机组态软件仿真，另由嵌入式系统(单片机系统)提供PLC 控制对象的检测信号与控制信号的接口。本仪器中多个PLC仿真控制对象可以共用单片机 系统，组态软件和单片机通过通信协同完成对PLC控制对象的仿真任务。在具体实施时，在上述硬件连接的基础上，只需要在组态软件上针对不同PLC控 制对象开发不同的软件对象，即可以和硬件系统一起构成该PLC控制对象的仿真。以下给出针对不同实验的软件对象的几个实例一、模拟交通灯软件对象在上位机的显示屏幕上显示路口、红绿灯及时间数码管的模拟图像。嵌入式系 统的输入端与PLC的输出端连接，获得模拟交通灯所显示的数码管时间数据、各交通灯的 控制信号以及是否需要时间显示功能的控制信号，并将上述信息通过通信传递给上位机软 件，供上位机软件显示使用。在上位机软件中选择的启动、停止信号通过通信传递给嵌入式 系统，并将信号输出至嵌入式系统的输出端，PLC的输入端与嵌入式系统的输出端连接，因 此可以检测到有关信号。功能说明1、时间显示允许控制信号若为零，则时间不会显示；该信号为1，时间才会显示。2、东西南北四个方向共用时间数码管控制信号，即四个方向的时间显示相同。二、四层模拟电梯软件对象软件对象启动后，上位机显示模拟电梯外的图像，包括上、下控制按键，楼层显示 等。在本例中，需要由嵌入式系统与上位机通信获得并最终输出至嵌入式系统输出端的主 要信号包括轿厢内选择楼层的信号、开关门请求信号、电梯外各楼层的上行和下行请求信 号、轿厢到某楼层的位置检测信号、电梯门开或关动作到位信号、轿厢内报警信号等。需要 由嵌入式系统输入端采集并与上位机通信以传递给上位机软件的主要信号包括轿厢内按 钮灯的控制信号、电梯外各楼层的按钮灯控制信号、电梯上下行电机控制信号、电梯开关门电机控制信号、电梯上下行方向灯控制信号等。功能说明 1、软件对象启动后，初始给出的为位置为静止在1楼且门为关闭时的检测信号。2、使用者可处于不同电梯层及轿厢内、外分别对电梯进行观测和操作，画面的切 换由画面中画面选择下拉菜单提供该功能。三、水塔水池液位控制实验软件对象仿真对象启动时上位机显示水塔、水池、连接管路及相应水位指示灯的模拟图像。 本例中，需要由嵌入式系统与上位机通信获得并最终输出至嵌入式系统输出端的主要信号 包括水塔液位上下限位置的检测信号、水池液位上下限位置的检测信号等。需要由嵌入式 系统输入端采集并与上位机通信以传递给上位机软件的主要信号包括水塔放水动作控制 信号、水泵进水动作控制信号、阀门动作控制信号等。功能说明1、当PLC发出水塔放水控制信号时，水塔开始向外放水；2、水塔液位低于下限位置，并且水池液位高于下限位置时，水泵开始抽水，水塔液 位高于上限位置时，水泵停止工作；3、水池液位低于下限位置时，阀门打开进水，直至水池液位高于上限位置停止。以上实验表明，采用本实施例的仪器，只要通过组态软件设计，即可实现多个PLC 仿真控制对象共用单片机系统，且其输入输出信号与PLC控制中的真实信号一致。
权利要求一种仿真PLC控制对象的仪器，其特征在于主要由上位机和嵌入式系统组成，所述上位机中设有由组态软件构成的控制对象内部逻辑及动画效果仿真模块，所述嵌入式系统包括微控制器、通信接口电路、输入电平转换电路和输出电平转换电路；所述嵌入式系统经所述通信接口电路与所述上位机连接通信。
2.根据权利要求1所述的仿真PLC控制对象的仪器，其特征在于所述嵌入式系统中 还设有A/D转换电路和D/A转换电路。
3.根据权利要求1所述的仿真PLC控制对象的仪器，其特征在于所述通信接口电路 由串口及通信数据收发电路组成。
专利摘要本实用新型公开了一种仿真PLC控制对象的仪器，主要由上位机和嵌入式系统组成，所述上位机中设有由组态软件构成的控制对象内部逻辑及动画效果仿真模块，所述嵌入式系统包括微控制器、通信接口电路、输入电平转换电路和输出电平转换电路；所述嵌入式系统经所述通信接口电路与所述上位机连接通信。本实用新型仿真的PLC控制对象画面美观逼真，动画效果好；硬件成本低，体积小，PLC仿真控制对象软件部分可在组态软件中灵活添加、扩展，而无须增加硬件成本；且完全符合PLC的工作原理。
文档编号G09B19/00GK201629067SQ20102015408
公开日2010年11月10日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者何志勇, 罗力恒, 陈一波, 陈婷 申请人:苏州大学;何志勇