[实用新型]一种PLC实验系统

说明书

技术领域

本实用新型属于自动控制和电子技术领域，更具体地涉及一种PLC实验系统。 

背景技术

随着可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)在现代工业控制系统中广泛应用，PLC实验系统的开发和运用也越来越受到重视。在PLC控制实验系统中，被控对象是不可缺少的重要组成部分。只有存在被控对象的条件下，PLC的控制功能和控制特性才能充分显示，才能较好地满足实验教学的要求。 

随着科技的飞速发展，现代控制系统设计已进入虚拟仿真时代。采用虚拟仿真的手段，设计人员能够在计算机上完成控制系统设计。计算机仿真对象与实物对象和机械模型相比，具有很多的优点，如制作方便、成本低廉、维护简单、功能组合灵活，通过更换软件即可仿真各种被控对象，已经逐步成为控制系统实验教学的潮流。 

当前，PLC控制实验系统大体有以下几种模式： 

(1)只配置PLC主机。没有被控对象。通过观察PLC的LED来判断程序的运行状态，或者通过编程软件的监视功能监视程序运行状况。只能进行验证性的实验，无法进行外围设备的连接和控制。 

(2)小型PLC实验箱。存在一些经典的被控对象，如送料小车、交通灯等，在实验箱上用LED和按钮等来模拟这些被控对象。这种方式只适用于基础的实验，较为复杂的实验则无法实现。 

(3)纯软件PLC实验系统。用仿真PLC+虚拟被控对象的方式。例如，西门子公司的PLCSIM+SIMIT，其中PLCSIM是一种软PLC，SIMIT是被控对象仿真软件。这种方式灵活性高、成本低，被控对象可以任意设计。但是教学版软件开放的IO点数有限，对于仿真复杂被控对象力不从心。 

(4)半实物PLC实验系统。如某高校研发的MPCE-1000多功能过程控制实验系统，用数学模型来代替实际的化工反应过程，并具有模仿实际对象的罐体、阀门等。被控对象的模型与真实对象接近，比较直观，可以进行复杂算法设计，但实验类型单一、且成本比较高。 

(5)实物PLC实验系统。如Festo公司的MPS模块化加工系统，采用真实的传感器和执行器，工艺流程与真实情况贴近。比较直观，实验效果较好。但是这种实物被控对象成本很高，大多数高校难以承受。 

实用新型内容

为了弥补PLC实验系统中被控对象不足的难题，同时维持较低的价格，本实用新型公开了一种PLC实验系统，采用计算机软件和硬件资源代替PLC实验系统中的被控对象。 

一种PLC实验系统，如图1所示，包括PC机(1)、信号调理板(2)、PLC控制器(3)三部分；其中信号调理板包括主机板(21)、数字量接口板(22)、模拟量接口板(23)；其中PLC控制器包括中央处理器CPU(31)、数字量输入/输出DI/DO(32)、模拟量输入/输出AI/AO(33)。 

PC机通过以太网与信号调理板连接；PC机通过MPI适配器与PLC控制器连接。 

信号调理板通过排线与PLC的I/O口连接，其中数字量接口板通过排线与PLC的DI/DO连接，其中模拟量接口板通过排线与PLC的AI/AO连接。 

PC机中的软件模拟闭环控制系统中的被控对象，虚拟的被控对象的模型参数通过以太网传递到信号调理板处理，转化为真实的现场信号，再通过排线传递到PLC控制器的I/O口；PLC控制器作为闭环控制系统中的控制器，控制器产生的控制量通过排线传递到信号调理板处理，再通过以太网传递到PC机，从而将真实的PLC与虚拟的被控对象模型连接起来。 

PC机中的软件，如图2所示，包括管理软件(11)、应用软件(12)、通讯软件(13)三部分，其中管理软件具有管理功能与实验功能，其中应用软件包括被控对象仿真软件(121)、监控组态软件(122)、编程与调试软件(123)，其中通讯软件包括以太网通讯功能和OPC通讯功能。 

管理软件的管理和实验功能包括以下几项：(1)管理和记录上机信息。用户能够查看自己的登陆信息。(2)管理实验软件。实验中要用到各种不同软件，都在本管理软件中有打开的接口。(3)管理不同种类的实验。能够选择不同种类的实验。(4)管理每个实验的仿真被控对象。能够方便地使用每个实验仿真被控对象。(5)网络功能。可以通过网络提交完成的实验报告。(6)提供友好的人机界面，提供必要的帮助文件，具有可维护性。 

管理软件可以调用被控对象仿真软件和监控组态软件。