专利名称：一种plc实验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动控制和电子技术领域，更具体地涉及一种PLC实验系统。
背景技术：
随着可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)在现代工业控制系统中广泛应用，PLC实验系统的开发和运用也越来越受到重视。在PLC控制实验系统中，被控对象是不可缺少的重要组成部分。只有存在被控对象的条件下，PLC的控制功能和控制特性才能充分显示，才能较好地满足实验教学的要求。随着科技的飞速发展，现代控制系统设计已进入虚拟仿真时代。采用虚拟仿真的 手段，设计人员能够在计算机上完成控制系统设计。计算机仿真对象与实物对象和机械模 型相比，具有很多的优点，如制作方便、成本低廉、维护简单、功能组合灵活，通过更换软件即可仿真各种被控对象，已经逐步成为控制系统实验教学的潮流。当前，PLC控制实验系统大体有以下几种模式(I)只配置PLC主机。没有被控对象。通过观察PLC的LED来判断程序的运行状态，或者通过编程软件的监视功能监视程序运行状况。只能进行验证性的实验，无法进行外围设备的连接和控制。(2)小型PLC实验箱。存在一些经典的被控对象，如送料小车、交通灯等，在实验箱上用LED和按钮等来模拟这些被控对象。这种方式只适用于基础的实验，较为复杂的实验则无法实现。(3)纯软件PLC实验系统。用仿真PLC+虚拟被控对象的方式。例如，西门子公司的PLCSM+SMIT，其中PLCSM是一种软PLC，SIMIT是被控对象仿真软件。这种方式灵活性高、成本低，被控对象可以任意设计。但是教学版软件开放的IO点数有限，对于仿真复杂被控对象力不从心。(4)半实物PLC实验系统。如某高校研发的MPCE-1000多功能过程控制实验系统，用数学模型来代替实际的化工反应过程，并具有模仿实际对象的罐体、阀门等。被控对象的模型与真实对象接近，比较直观，可以进行复杂算法设计，但实验类型单一、且成本比较高。(5)实物PLC实验系统。如Festo公司的MPS模块化加工系统，采用真实的传感器和执行器，工艺流程与真实情况贴近。比较直观，实验效果较好。但是这种实物被控对象成本很高，大多数高校难以承受。
实用新型内容为了弥补PLC实验系统中被控对象不足的难题，同时维持较低的价格，本实用新型公开了一种PLC实验系统，采用计算机软件和硬件资源代替PLC实验系统中的被控对象。一种PLC实验系统，如图I所示，包括PC机(I)、信号调理板⑵、PLC控制器(3)三部分；其中信号调理板包括主机板(21)、数字量接口板(22)、模拟量接口板(23);其中PLC控制器包括中央处理器CPU (31)、数字量输入/输出DI/D0(32)、模拟量输入/输出Al/AO (33)。PC机通过以太网与信号调理板连接；PC机通过MPI适配器与PLC控制器连接。信号调理板通过排线与PLC的I/O 口连接，其中数字量接口板通过排线与PLC的DI/DO连接，其中模拟量接口板通过排线与PLC的AI/A0连接。PC机中的软件模拟闭环控制系统中的被控对象，虚拟的被控对象的模型参数通过以太网传递到信号调理板处理，转化为真实的现场信号，再通过排线传递到PLC控制器的I/O 口 ；PLC控制器作为闭环控制系统中的控制器，控制器产生的控制量通过排线传递到信号调理板处理，再通过以太网传递到PC机，从而将真实的PLC与虚拟的被控对象模型连接起来。PC机中的软件，如图2所示，包括管理软件(11)、应用软件(12)、通讯软件(13) (121)、监控组态软件(122)、编程与调试软件(123)，其中通讯软件包括以太网通讯功能和OPC通讯功能。管理软件的管理和实验功能包括以下几项(I)管理和记录上机信息。用户能够查看自己的登陆信息。(2)管理实验软件。实验中要用到各种不同软件，都在本管理软件中有打开的接口。(3)管理不同种类的实验。能够选择不同种类的实验。(4)管理每个实验的仿真被控对象。能够方便地使用每个实验仿真被控对象。(5)网络功能。可以通过网络提交完成的实验报告。(6)提供友好的人机界面，提供必要的帮助文件，具有可维护性。管理软件可以调用被控对象仿真软件和监控组态软件。为方便调用被控对象仿真软件，将以太网通讯程序设计成动态链接库形式，由于Simit软件后台不能直接调用动态链接库进行以太网通讯，故设计OPC服务器，进行OPC客户端与服务器通讯。采用真实的控制信号，最大程度地模拟了实际的控制系统，使实验人员体会到实际控制系统中真实信号的处理。用PC机软件资源代替PLC控制系统中的被控对象，弥补实验中实物被控对象数量和种类的不足，维持实验系统较低的价格。
图I为系统总体结构图。图2为PC机中的软件结构图。
具体实施方式
实施例PC机中的操作系统为Windows系列操作系统。PC机中的应用软件，其中被控对象仿真软件主要是Simit与Delphi，其中监控组态软件主要是WinCC，其中编程与调试软件主要是PLC编程软件STEP 7和控制器仿真软件PLCSim0PC机中的管理软件，流程如下。进行实验前首先需要用户登陆，然后进入实验系统的主界面，用户可以查看个人信息，用户选择具体的PLC实验，实验列表存储在Experiment数据库中。当用户选择某个具体实验时，可以在管理软件中点击“实验指导书”，打开该实验的详细设计说明，了解实验目的、实验内容、实验步骤、IO地址分配表、实验报告要求。用户在STEP 7中编写PLC程序，将程序下载到PLCSM仿真软件进行调试，通过MPI电缆下载程序到PLC中，并将PLC的CPU置为运行态。启动被控对象仿真软件，观看仿真被控对象在PLC程序控制下的运行情况，也可以通过监控软件来对运行情况进行监控。如果PLC控制程序错误，则用户需要仔细分析原因，修改程序重新下载运行；如果控制程序正确，可以顺利完成本次实验，并最终将实验报告通过网络提交。上述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种PLC实验系统，其特征在于包括PC机(I)、信号调理板(2)、PLC控制器(3)三部分；其中信号调理板包括主机板(21)、数字量接口板(22)、模拟量接口板(23);其中PLC控制器包括中央处理器CPU (31)、数字量输入/输出DI/D0(32)、模拟量输入/输出Al/AO (33)。
2.根据权利要求I所述的PLC实验系统，其特征在于PC机通过以太网与信号调理板连接；PC机通过MPI适配器与PLC控制器连接；信号调理板通过排线与PLC的I/O 口连接，其中数字量接口板通过排线与PLC的DI/D0连接，其中模拟量接口板通过排线与PLC的Al/AO连接。
专利摘要本实用新型属于自动控制和电子技术领域，公开了一种PLC实验系统，包括PC机(1)、信号调理板(2)、PLC控制器(3)等三部分；其中信号调理板包括主机板(21)、数字量接口板(22)、模拟量接口板(23)；其中PLC控制器包括中央处理器CPU(31)、数字量输入/输出DI/DO(32)、模拟量输入/输出AI/AO(33)。PC机通过以太网与信号调理板连接；PC机通过MPI适配器与PLC控制器连接；信号调理板通过排线与PLC的I/O口连接。用PC机软件资源代替PLC控制系统中的被控对象，弥补实验中实物被控对象数量和种类的不足，维持实验系统较低的价格。
文档编号G05B17/02GK202548562SQ201220104940
公开日2012年11月21日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者马小云 申请人:南京理工大学常熟研究院有限公司