[发明专利]一种半实物控制类专业综合实验云服务平台

说明书

技术领域

本发明涉及电气与控制类专业半实物综合实验教学技术领域，尤其是涉及一种基于互联网的半实物虚拟控制方式。

背景技术

目前已有的控制类实验教学平台，通常使用等比例缩小的物理模型来满足需要，例如水箱的水位控制和水温控制，但存在设备投入费用大、场地占用大、浪费水电资源、实验过程长且需专人管理等明显缺陷。同时对于锅炉控制（多变量、强耦合、非线性、大滞后）、冶金过程（多变量耦合、强非线性、工况时变）、污水处理（需要大型场地、存在有毒有害物质）等复杂控制过程难以在传统的过程控制台上实现。

目前也有采用C/S结构，运用组态软件来实现虚拟场景的产品设计模式，但通常仅限于场景的外观模拟，存在的问题是对不同专业的工业场景的内部数学模型没有非常好的体现。

发明内容

本发明实现一种基于云服务平台的半实物控制教学实验系统。在云服务平台上实现自动控制专业技术人员经常遇到的能源、电力、冶金、污水处理等复杂工业控制过程的数学模型和场景模型，通过硬件在环控制器，在真实的控制设备和虚拟的场景之间建立数据交换，从而使电气与控制类专业的学生和从业人员能够在有限的空间完成专业能力的培养。

所述的云服务实验平台包括工业生产过程的基于状态方程的数学建模和运用2D/3D技术的场景建模，并构建可供广域网访问的服务器，实现实验平台的用户免维护和场景无限升级。

所述的硬件在环控制器将虚拟场景中的工况数据通过TCP/IP协议获取后，AO量转换成电压或电流型传感器的标准输出信号，DO量转换为开关状态，供真实的控制器采集，并从真实的控制器获取对应的控制信号，传回云服务器，供数学模型计算状态变化。

本发明实现的实验系统，可通过云服务实验平台的虚拟工业生产过程场景进行控制系统的相关实验，无需大量实验设备来满足实验需求，节省实验成本，减少实验设备所占用的实验室空间。

附图说明

图1为本发明所描述的半实物云服务平台结构。

具体实施方式

系统采用半实物控制方式，实现网络版的硬件在环实验。所述控制方式包括步骤：

1.在云服务平台上构建工业生产过程的数学模型，计算状态变化，并通过构建虚拟场景表现生产过程的工况信息；

2.硬件在环控制器接受工况信息并转换为标准的传感器信号；

3.实物PLC或单片机等控制器经硬件在环控制器采集以标准电压/电流信号表示的现场工况信息；

4.学员实物PLC或单片机等控制器的编程软件上实现控制逻辑；

5.实物PLC或单片机等控制器的控制信号经硬件在环控制器传输控制信息到云服务实验平台；

6.云服务实验平台根据得到的控制信息，在数学模型中完成状态计算，在虚拟工业场景模型中完成特定的动作，回复到步骤2，构成一个闭环控制。

其中，虚拟云服务实验平台可以不断扩充场景，模拟场景可以根据实验需要，不断添加，删除或升级，因此可以灵活的满足不同用户的实验需求。