專利名稱：一種基于plc 的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是實(shí)驗(yàn)操作的理想設(shè)備，是將理論應(yīng)用于實(shí)踐的理想方式， 能夠直觀地反映實(shí)驗(yàn)者對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解程度以及對(duì)于相關(guān)軟件的操作熟練程度。近年來(lái)，隨著我國(guó)高等教育的發(fā)展，高校不斷擴(kuò)招，與之相匹配的實(shí)驗(yàn)室也面臨極大難題。實(shí)驗(yàn)室由于受到經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地和設(shè)備等因素的限制，使得學(xué)生規(guī)模和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)規(guī)模比例嚴(yán)重失調(diào)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往不能達(dá)到預(yù)期的效果。學(xué)生往往只能通過(guò)課本和老師的講述對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)操作的效果進(jìn)行想象，所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證難以同步進(jìn)行，實(shí)際動(dòng)手能力也很難得到提高。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在種種弊端，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須改革以適應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展。當(dāng)今快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)為這一要求提供了途徑。而將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)化， 學(xué)習(xí)者可以在這個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中操作儀器模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、達(dá)到廣泛了解知識(shí)的目的，計(jì)算機(jī)仿真是真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有力輔助工具，使得教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化?，F(xiàn)有用于控制工程相關(guān)課程的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，計(jì)算機(jī)與通訊卡采用一一對(duì)應(yīng)的連接方式，每臺(tái)計(jì)算機(jī)均需要配備與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵖?，通訊卡價(jià)格昂貴，使得仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠滿足控制工程相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，并且性價(jià)比高的基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為到達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由虛擬實(shí)驗(yàn)箱、PLC控制柜、通訊卡、以太網(wǎng)交換機(jī)、上位機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)組成，所述虛擬實(shí)驗(yàn)箱與PLC控制柜相連，所述上位機(jī)由與以太網(wǎng)交換機(jī)相連的客戶機(jī)和服務(wù)器組成，所述服務(wù)器的主板中安裝有通訊卡，所述PLC控制柜內(nèi)的PLC與通訊卡相連。所述虛擬實(shí)驗(yàn)箱為RC網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)箱，所述RC網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)箱由RC網(wǎng)絡(luò)面包板和直流電源組成，RC網(wǎng)絡(luò)面包板分別與PLC控制柜和直流電源相連。所述通訊卡為CP5611通訊卡。所述通訊卡與PLC采用屏蔽雙絞線相連。所述PLC控制柜采用SIMATIC S7-300系列PLC。所述PLC控制柜與虛擬實(shí)驗(yàn)箱采用屏蔽雙絞線相連。本實(shí)用新型所述一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用上位機(jī)與以太網(wǎng)交換機(jī)組建的以太網(wǎng)和基于通訊卡的MPI網(wǎng)將各個(gè)上位機(jī)所發(fā)出的操作指令傳遞給PLC控制柜，由PLC控制柜內(nèi)的PLC分別給對(duì)應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)箱上的電路輸入信號(hào)，經(jīng)電路響應(yīng)輸出的信號(hào)再返回到PLC，并上傳至上位機(jī)顯示，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)打印實(shí)驗(yàn)結(jié)果，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作方便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀、明了，充分滿足了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要；由于在各上位機(jī)之間組建了以太網(wǎng)，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)僅需一張通訊卡即可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)上位機(jī)與PLC控制柜之間的通訊，保證了各上位機(jī)同時(shí)獨(dú)立地完成各自的實(shí)驗(yàn)，極大的降低了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)成本，性價(jià)比極高。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由虛擬實(shí)驗(yàn)箱6、PLC控制柜1、通訊卡2、以太網(wǎng)交換機(jī)8、 上位機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)7組成，所述PLC控制柜1采用德國(guó)西門子SIMATICS7-300系列PLC， 所述虛擬實(shí)驗(yàn)箱6與PLC控制柜1相連，所述上位機(jī)由與以太網(wǎng)交換機(jī)8相連的客戶機(jī)3 和服務(wù)器4組成，所述服務(wù)器4的主板中安裝有通訊卡2，所述PLC控制柜內(nèi)的PLC5與通訊卡2相連，所述通訊卡2與PLC5采用屏蔽雙絞線相連，所述通訊卡2為CP5611通訊卡，所述PLC控制柜1與虛擬實(shí)驗(yàn)箱6采用屏蔽雙絞線相連，所述虛擬實(shí)驗(yàn)箱6為RC網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)箱，所述RC網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)箱由RC網(wǎng)絡(luò)面包板9和直流電源10組成，RC網(wǎng)絡(luò)面包板9分別與PLC控制柜1和直流電源10相連。實(shí)施例1.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)本仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括虛擬實(shí)驗(yàn)箱、PLC控制柜和上位機(jī)。其中，PLC控制柜數(shù)量為一臺(tái)，其中包含可編程邏輯控制器(PLC)、繼電器、低壓斷路器和接線端子等，接線端子通過(guò)低壓斷路器、繼電器與PLC相連；上位機(jī)由四臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，其中一臺(tái)作為服務(wù)器，其余三臺(tái)作為客戶機(jī)，并用網(wǎng)線與交換機(jī)連接；在服務(wù)器主機(jī)PCI插槽中插有CP5611通訊卡，用屏蔽雙絞線將CP5611通訊卡與設(shè)置于PLC控制柜內(nèi)的PLC相連；用屏蔽雙絞線將PLC控制柜的接線端子信號(hào)輸出端接到虛擬實(shí)驗(yàn)箱的接線端子信號(hào)輸入端，而PLC控制柜的接線端子信號(hào)輸入端則接到虛擬實(shí)驗(yàn)箱的接線端子信號(hào)輸出端；各上位機(jī)均配備一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)箱， 本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含四個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)箱。硬件連接成功后，即可運(yùn)用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)各上位機(jī)在軟件上與PLC的通訊設(shè)置。首先分別在服務(wù)器和客戶機(jī)上安裝WinCC OPC服務(wù)器和WinCC OPC客戶機(jī)程序；再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組織，在系統(tǒng)屬性中將計(jì)算機(jī)分配給工作組；接下來(lái)組織用戶結(jié)構(gòu)，用戶的定義可在每臺(tái)計(jì)算機(jī)的用戶管理中完成；WinCC OPC服務(wù)器是一個(gè)DCOM應(yīng)用程序，如果要在遠(yuǎn)端訪問(wèn)WinCC OPC Server,必須對(duì)其進(jìn)行DCOM的設(shè)置，另外要保證用戶賬戶在OPC客戶機(jī)和OPC服務(wù)器上都能夠被識(shí)別，就必須建立相互能識(shí)別的用戶賬號(hào)，并且要確保所有的計(jì)算機(jī)有相同的用戶名和密碼組合；在配置DCOM完成后，即可在服務(wù)器和客戶機(jī)分別創(chuàng)建項(xiàng)目，通過(guò)變量管理器，添加所需驅(qū)動(dòng)程序和PLC進(jìn)行通訊；在客戶機(jī)的WinCC中加載OPC驅(qū)動(dòng)，在OPCItem Manager中添加服務(wù)器的變量，進(jìn)而連接到PLC，這樣在運(yùn)行客戶機(jī)的WinCC程序時(shí)也可與PLC進(jìn)行通訊。2.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的工作過(guò)程虛擬實(shí)驗(yàn)箱可以用來(lái)構(gòu)造實(shí)驗(yàn)用的各種環(huán)節(jié)，如比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、 慣性環(huán)節(jié)、一階過(guò)程加純滯后、二階過(guò)程加純滯后、高階過(guò)程加純滯后等。PLC的CPU313C自帶4路AI和2路A0，PLC送給虛擬實(shí)驗(yàn)箱0-5VDC電壓信號(hào)通過(guò)CPU313C自帶的AI通道采集進(jìn)來(lái)，計(jì)算機(jī)僅作為操作站和人機(jī)接口界面，各計(jì)算機(jī)之間用網(wǎng)線與以太網(wǎng)交換機(jī)相連， 其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)的主機(jī)PCI插槽中安裝有CP5611通訊卡，此計(jì)算機(jī)即作為服務(wù)器。用屏蔽雙絞線將CP5611通訊卡與PLC的CPU模塊相連，實(shí)現(xiàn)操作站和PLC之間的數(shù)據(jù)通訊。其余未插通訊卡的計(jì)算機(jī)作為客戶機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)調(diào)用服務(wù)器中的變量，從而與PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，用于打印實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在上位機(jī)中安裝有西門子工控軟件STEP7和WinCC，通過(guò)在軟件中進(jìn)行硬件組態(tài)和軟件編程，可完成所需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的軟件設(shè)計(jì)工作。將程序下載到PLC中，在虛擬實(shí)驗(yàn)箱中搭接出實(shí)驗(yàn)電路，在上位機(jī)上發(fā)出操作指令傳遞給PLC，由PLC分別給對(duì)應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)箱上的電路輸入信號(hào)，經(jīng)電路響應(yīng)輸出的信號(hào)再返回到PLC，并上傳至上位機(jī)顯示，得出相應(yīng)結(jié)果。其中，服務(wù)器可直接與PLC進(jìn)行通訊，而客戶機(jī)在其OPC程序中調(diào)用服務(wù)器變量之后， 也能通過(guò)服務(wù)器與PLC進(jìn)行通訊，從而在使用一張CP5611通訊卡的情況下可以讓四臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)獨(dú)立地完成各自的實(shí)驗(yàn)，互不干擾，在滿足實(shí)驗(yàn)需求的情況下大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本。
權(quán)利要求1.一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由虛擬實(shí)驗(yàn)箱(6)、PLC控制柜(1)、通訊卡O)、以太網(wǎng)交換機(jī)(8)、上位機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)(7)組成， 所述虛擬實(shí)驗(yàn)箱(6)與PLC控制柜(1)相連，所述上位機(jī)由與以太網(wǎng)交換機(jī)(8)相連的客戶機(jī)C3)和服務(wù)器(4)組成，所述服務(wù)器(4)的主板中安裝有通訊卡O)，所述PLC控制柜內(nèi)的PLC (5)與通訊卡(2)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于所述虛擬實(shí)驗(yàn)箱(6)為RC網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)箱，所述RC網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)箱由RC網(wǎng)絡(luò)面包板⑶)和直流電源(10)組成，RC網(wǎng)絡(luò)面包板(9)分別與PLC控制柜(1)和直流電源(10)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于所述通訊卡O)為CP5611通訊卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于所述通訊卡O)與PLC(5)采用屏蔽雙絞線相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于所述 PLC 控制柜(1)采用 SIMATIC S7-300 系列 PLC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于所述 PLC控制柜(1)與虛擬實(shí)驗(yàn)箱(6)采用屏蔽雙絞線相連。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種基于PLC的計(jì)算機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由虛擬實(shí)驗(yàn)箱、PLC控制柜、通訊卡、以太網(wǎng)交換機(jī)、上位機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)組成，所述虛擬實(shí)驗(yàn)箱與PLC控制柜相連，所述上位機(jī)由與以太網(wǎng)交換機(jī)相連的客戶機(jī)和服務(wù)器組成，所述服務(wù)器的主板中安裝有通訊卡，所述PLC控制柜內(nèi)的PLC與通訊卡相連。本實(shí)用新型利用以太網(wǎng)和MPI網(wǎng)將各個(gè)上位機(jī)所發(fā)出的操作指令傳遞給PLC，由PLC分別給對(duì)應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)箱上的電路輸入信號(hào)，經(jīng)電路響應(yīng)輸出的信號(hào)再返回到PLC，并上傳至上位機(jī)顯示，實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)上位機(jī)使用一張通訊卡即可同時(shí)獨(dú)立地完成各自的仿真實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作方便，并顯著的降低了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)成本。
文檔編號(hào)G09B9/00GK202230624SQ20112028353
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者湯偉, 王孟效, 程浩, 郝鵬飛, 魏娟, 黃建兵 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)