[发明专利]一种基于PLC的半实物虚拟过程控制实训平台

说明书

一种基于PLC的半实物虚拟过程控制实训平台，包括实物PLC及模拟量模块、计算机、单片机模块；平台可编辑控制程序并下载到实物PLC上运行；平台构建虚拟部件数据库，在计算机上虚拟出按钮、水箱、电机、电磁阀等部件；计算机通过网线读写PLC内存，使虚拟部件显示状态与PLC同步；单片机模块产生PLC输入端需要的数字量及模拟量；平台可以进行PLC端子分布实训，可自主加载虚拟部件组合成不同实训题目；本发明PLC不再需要布线外接其它外部设备，能虚拟出PLC所需外部设备，完成各种预定的实验项目，投资小，实训效果好。

技术领域

本发明涉及教学实训平台技术领域，特别是一种基于PLC的半实物虚拟过程控制实训平台。

背景技术

在高等院校等教学中，《过程控制》科目是以PLC(可编程控制器)为基础，采用积木式结构，增加过程控制对象、传感器、变送器、调节器、执行器、显示器和计算机等外部设备，从而实现不同控制功能的教学，是一门动手能力极强的课程。在实际教学中，《过程控制》实验的训练目标有两个，一是掌握控制过程设计与设备间的布线，二是根据控制过程需要编写出适应的PLC程序。

现有的PLC教学实训中，为了保证学生尽可能都能进行实训操作学习，因此需要建设较多数量的实训平台；因为每个实训平台需要一台PLC，以及每台PLC需要配套控制对象、传感器、变送器、调节器、执行器、显示器和计算机等外部设备，因此存在实验设备投资大、实验设备体积大的问题，而且受到资金和房间面积影响，许多实验室的设备套数有限，因此每次学生参与实训的人数少，相应学生参与PLC编程的时间少、实验效果不好。现有的实训平台建设好后，过程控制对象、传感器、变送器、调节器、执行器、显示器和计算机等设备，设备和设备之间，以及和PLC之间需要布线连接，因为布线数量多，所以存在布线复杂的问题，而且一般实验室内实训平台PLC及和其连接的设备之间布线后，不能随意改动布线连接方式，这样学生很少参与到控制过程设计与设备间的布线操作，导致工程设计和应用能力训练不够，学生对实验的内容的理解往往是一知半解，实验效果不理想。再者，传统的过程控制实验设备没有模拟量操作功能，电机、阀门等的工作方式只有开和闭两种状态，与实际的工程开发要求有差距。

目前，虽然有基于计算机和其应用单元软件构成完全虚拟的《过程控制》教学实验平台，但是受到计算机的硬件条件限制，不能完全模拟出PLC的控制过程，造成虚拟PLC的实验效果不理想；举例来说，现有的虚拟实验平台，一般通过LabVIEW(程序开发环境软件)和Simulink仿真(可视化仿真工具软件)实现，或通过以组态软件实现，因为PLC的输入端子必须是真实的电信号，计算机不能直接写PLC的数字量及模拟量输入端子，所以无法直接模拟开关信号和传感器信号，PLC程序不能真实描述电气动作，因而学生无法达到好的实训学习效果。

发明内容

为了克服现有实训教学中，采用的虚拟教学实训平台以及实物实训平台，因结构以及技术所限，学生达不到好的实训学习效果的弊端，本发明提供了采用PLC、计算机、单片机模块作为实物硬件，每个实训平台只需要一台计算机和PLC、单片机模块，PLC不再需要布线外接其它外部设备，在计算机系统中采用多媒体技术，应用中，在各应用单元作用下，能虚拟出PLC所需外部设备(如压力传感器、变频器、电机、阀门、水箱等)，实训学生可以像在真实的环境中一样，运用各种虚拟实验仪器仪表和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真，完成各种预定的实验项目，由此达到设备投资较小、设备占用空间小，同样资金可以完成更多实验套数的建设，所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得效果的一种基于PLC的半实物虚拟过程控制实训平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：