[发明专利]面向PLC教学实验室的仿真试验台及其数据通信方法

权利要求书

1.一种面向PLC教学实验室的仿真试验台，其特征在于：包括教学站系统和学生站系统，两者通过总交换机以太网连接；

所述教学站系统包括：一台工控机、一台教师PC机、一台服务器；

所述服务器用于存储和运行工业复杂系统被控对象的物理模型，服务器分配了M个虚拟控制节点，包括1个教师节点与M-1个学生节点，每个控制节点对应特定的端口；所述虚拟控制节点具有模拟物理控制站执行控制程序的功能；

所述工控机通过硬接线与所述学生站系统的M-1台学生PLC连接，工控机每个输入/输出信号能分别与M-1台学生PLC内部的输入/输出继电器一一对应；所述工控机用于采集M-1台学生PLC的所有输入输出数据，为学生站的学生PC机上的监控界面程序与M-1台学生PLC中的逻辑控制程序之间提供数据传输的通道；

所述教师PC机装有仿真组态软件；所述仿真组态软件包括逻辑组态软件，监控界面软件，以及通信接口模块；所述监控界面软件用于设计被控对象的物理模型，并显示被控对象的控制效果；所述逻辑组态软件用于编写被控对象的控制逻辑，实现预置的控制功能；

所述服务器与工控机均装载有数据搬迁软件，所述数据搬迁软件用于实现服务器各虚拟控制节点与工控机内存之间的数据搬迁与共享；

所述学生站系统包括：M-1个学生站，每个学生站由一台学生PLC以及学生PC机构成，两者通过分交换机连接；

所述学生PC机装有仿真组态软件；所述仿真组态软件包括逻辑组态软件，监控界面软件，以及通信接口模块；所述监控界面软件用于设计被控对象的物理模型，并显示被控对象的控制效果；所述逻辑组态软件用于编写被控对象的控制逻辑，实现预置的控制功能，并将其下载至学生PLC中运行。

2.根据权利要求1所述的面向PLC教学实验室的仿真试验台，其特征在于：所述仿真试验台的工作原理是先将学生站的学生PLC和学生PC机串口连接起来，再利用仿真组态软件来构建控制系统被控对象的物理模型，并通过在教师PC机、学生PC机上运行物理模型和控制组态程序，来达到在半实物条件下进行仿真的目的。

3.根据权利要求2所述的面向PLC教学实验室的仿真试验台，其特征在于：所述被控对象的物理模型能够通过监控界面相应组件进行修改，从而实现系统控制程序进行在线修改和调试。

4.一种基于权利要求1-3任一所述面向PLC教学实验室的仿真试验台的数据通信方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤S1、教师通过教师PC机的监控界面软件将被控对象的物理模型数据下载至服务器对应的虚拟控制节点中；

步骤S2、学生开始实验时，在学生PC机上通过监控界面软件设计试验画面，并在所设计的试验画面上触发被控对象的操控指令，将操控指令信号值发送至服务器上对应的虚拟控制节点地址；

步骤S3、利用数据搬迁软件将服务器中各虚拟控制节点上的相应的操控指令数据搬迁至工控机的输入内存区；

步骤S4、将工控机的操控指令数据通过硬接线传递给对应的学生PLC；

步骤S5、学生通过学生PC机的逻辑组态软件编写被控对象的控制程序，并载入学生PLC中执行；

步骤S6、学生PLC将执行后的控制输出结果通过硬接线传递给所述工控机；

步骤S7、通过数据搬迁软件将工控机的输入输出值搬迁至服务器对应的虚拟控制节点中，驱动被控对象物理模型的计算，实现被控对象动作的执行；

步骤S8、通过学生PC机的监控界面软件从服务器对应的虚拟控制节点中读取数值，并动态地显示被控对象的控制状态；

步骤S9、学生通过监控界面的动态情况判断试验需求是否完成，若达到试验的需求，试验结束，若没有达到预期效果，则继续修改学生PLC的控制程序，重复步骤S5、S6、S7、S8直到达到试验需求效果，结束试验。