一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象的制作方法

本发明涉及一种半实物被控对象，具体来说是一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象。

背景技术：

实验教学是单片机、可编程控制器(programmablecontroller，pc/plc)等控制类课程的重要组成部分，是培养创新精神和实践能力的重要环节。而被控对象作为实验教学的关键组成部分，其合适与否直接影响了实验教学的效果。目前，实物被控对象因其直观的控制效果被广泛应用，但其价格贵、体积大，导致对象种类单一、设备数量不足，并且难以维护。针对实物被控对象的不足之处，虚拟被控对象随之产生。然而，虚拟被控对象通常位于计算机内部，缺少与外界控制器接线的实际硬件接口，无法锻炼学生动手接线能力。因此，单片机、plc等控制类课程亟需一种适合用于实验教学的半实物被控对象。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象，其能够较好地适应于学生实验，全面地锻炼学生能力。

本发明所采用的技术方案是：

一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象，其特征在于：包括工业平板电脑和被控对象i/o接口箱。

所述工业平板电脑通过无线局域网连接所述被控对象i/o接口箱；

所述工业平板电脑内有可编程被控对象模型；

所述被控对象i/o接口箱包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、无线路由模块、电源模块以及被控对象i/o接线面板；

所述输入/输出模块连接所述无线路由模块；所述电源模块为所述无线路由模块和所述输入/输出模块供电；所述输入/输出模块的i/o通道、所述电源模块的直流输出端转接到所述被控对象i/o接线面板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)半实物被控对象小巧、轻便、安全且维护性高，适合用于实验教学；

(2)将被控对象虚拟化、可编程化，增加了被控对象多样性，同时动画效果逼真，激发了学生学习兴趣；

(3)设计了虚拟被控对象的硬件接口，开展软件编程实验的同时，也可用于硬件接线的实验教学，锻炼学生动手能力；

(4)采用无线通信技术，省去了复杂的线路连接。

附图说明

图1为一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象结构图；

图2为本发明中被控对象i/o接线面板示意图；

图3为本发明应用于plc实验教学的接线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行具体地说明。

如图1所示的一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象结构图，包括工业平板电脑以及被控对象i/o接口箱。

所述工业平板电脑内有可编程被控对象模型。所述可编程被控对象模型是根据实际被控对象，利用组态软件将其虚拟化而成的软件模型，通过改变模型中的相关变量值可以使所述可编程被控对象的形状、位置等属性发生变化。

所述被控对象i/o接口箱有数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、无线路由模块、直流电源模块。所述数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块将所述可编程被控对象的i/o变量与其自身的i/o通道对应起来，其i/o通道转接到所述i/o插接口面板，便于硬件接线。所述无线路由模块通过网线与所述输入/输出模块连接。所述工业平板电脑连接无线路由模块的无线信号，实现无线通讯。所述电源模块为所述输入/输出模块、所述无线路由模块提供电源，其直流输出端转接到直流电源插接口，用于给外部控制器等供电。

如图2所示被控对象i/o接线面板示意图，包括控制按钮输出接口、开关量状态反馈接口、开关控制量输入接口、模拟控制量输入接口、模拟量状态反馈接口以及电源接口。

所述控制按钮输出接口连接数字量输出模块的输出通道，作为软件模型中虚拟控制按钮的实际接口，实验时与控制器的开关量输入端连接。所述开关量状态反馈接口连接数字量输出模块的输出通道，作为模型的状态反馈开关量的实际接口，实验时与控制器的开关量输入端连接。所述开关控制量输入接口连接数字量输入模块的输入通道，其作为驱使模型运动的开关量的实际接口，实验时与控制器的开关量输出端连接。

所述模拟控制量输入接口连接模拟量输入模块的输入通道，作为软件模型模拟控制量输入的实际接口，实验时与控制器的模拟量输出端连接。所述模拟量状态反馈接口连接模拟量输出模块的输出通道，作为虚拟被控对象模拟量状态反馈的实际接口，实验时与控制器的模拟量输入端连接。

所述电源接口连接到直流电源模块的输出端，用来为外部控制器等模块提供电源。

如图3所示为本发明应用于plc实验中的实施例。以机械手控制实验为案例，工业平板电脑与被控对象i/o接口箱无线连接，可编程机械手模型位于工业平板电脑内。

控制机械手的上升、下降、左行、右行、夹紧、松开6个虚拟按钮，对应被控对象i/o接口箱的控制按钮输出接口；上、下、左、右4个限位开关作为机械手位置状态反馈，对应接口箱的开关量状态反馈接口，学生通过i/o接线将上述接口与plc输入端相连。驱动机械手运行的上升、下降、左行、右行、夹紧5个控制阀门，其对应开关控制量输入接口，通过i/o接线将该接口与plc输出端相连。机械手实验未涉及到模拟量，因此未在图3中画出模拟量接口。

所述面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象的工作原理是：当可编程被控对象模型中的变量发生变化，与其对应的输出模块的通道状态改变，进而与这些通道连接的控制器输入通道有信号输入，促使plc等控制器运行；同时，控制器执行程序后，输出端口把信号反馈给输入模块的通道，与通道对应的模型变量改变，模型做出相应的运动。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象，其特征在于：包括工业平板电脑和被控对象i/o接口箱。

2.根据权利要求1所述的一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象，其特征在于：所述工业平板电脑通过无线局域网连接所述被控对象i/o接口箱。

3.根据权利要求1所述的一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象，其特征在于：所述工业平板电脑内有可编程被控对象模型。

4.根据权利要求1所述的一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象，其特征在于：所述被控对象i/o接口箱包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、无线路由模块、电源模块以及被控对象i/o接线面板。

5.根据权利要求4所述的一种面向控制类实验教学的可编程半实物被控对象，其特征在于：所述输入/输出模块连接所述无线路由模块；所述电源模块为所述无线路由模块和所述输入/输出模块供电；所述输入/输出模块的i/o通道、所述电源模块的直流输出端转接到所述被控对象i/o接线面板。

技术总结
为提高控制类课程实验教学的效果，设计了一种可编程半实物被控对象，包括工业平板电脑和被控对象I/O接口箱；所述工业平板电脑通过无线局域网连接所述被控对象I/O接口箱；所述工业平板电脑内有可编程被控对象模型；所述被控对象I/O接口箱包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、无线路由模块、电源模块以及被控对象I/O接线面板。本发明解决了现有被控对象体积大、被控对象单一、无法软硬结合等问题，在实验教学应用中收到了令人满意的效果。

技术研发人员：王攀攀;童志刚;张阳;高利强;徐泽涵
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2019.08.14
技术公布日：2019.11.15