[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

说明书

本发明涉及一种面向PLC教学实验室的仿真试验台及其数据通信方法。采用半实物仿真的架构，教师站系统提供丰富的工业设备仿真模型，学生可以通过PLC和仿真组态软件操控工控系统的设备模型，实时地监控及调试被控对象的控制动态，从而达到模拟工业控制系统的实训目的，而且该方法的仿真效果更加逼真、更接近生产实际，可以有效地激发学生的学习兴趣、创造力。本发明可以提供目前工业常见的电机控制、自动装料系统控制，成型机控制等设备模型，使教学实践更加贴切实际生产，对于培养学生的PLC应用能力，培养学生的工程实践能力极为有利的。

技术领域

本发明属于自动化教学应用领域，更具体地说，涉及一种面向PLC教学实验室的仿真试验台及其数据通信方法。

背景技术

可编程控制器技术最初是替代继电接触器控制技术而产生的，随着科学技术的发展，该项技术已经由单一的逻辑控制发展成为PLC与PLC之间的网络控制，以及现在的PLC与计算机之间的通讯控制，它已经逐步渗透到各个领域，应用极其广泛。在教育应用方面，PLC已经成为工科类院校电气相关专业的必修课，为了巩固学生所学的理论知识，一套高效的PLC实验室仿真方法就显得十分必要和迫切。

现今的PLC教学实验台装置层出不穷，但大部分具有繁琐的模块，不仅体积庞大而且能够实现的功能十分单一，虽然也有一些实验台勉强可以集成十多个实验，但是复杂的电路也挫伤了PLC初学者的学习兴趣；针对大型工业实验仅有控制器，没有被控对象，学生只能进行验证性的编程操作，没有条件与外围高级工业设备连接及开展实验；PLC控制器之间相互独立，难以互通数据；另外，这些实训设备价格高昂，厂家为了降低成本，实验台多用开关和LED等来模拟现场，无法对复杂的系统进行仿真，仅局限于基础实验，影响了教学的直观性和趣味性。造成上述现象的主要原因在于缺乏一种开放的PLC教学实验台架构以及有效的数据通信方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种新的面向PLC教学实验室的仿真试验台及其数据通信方法，用以解决现有PLC教学实验室实验功能单一、难以开展复杂系统的仿真模拟试验的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种面向PLC教学实验室的仿真试验台，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。