專利名稱：一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
學(xué)校教學(xué)和職業(yè)培訓(xùn)中，實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。特別是工科類高校和職業(yè)學(xué)校等，需要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，通過一種控制系統(tǒng)的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)員了解和認(rèn)識(shí)一種控制系統(tǒng)，對(duì)學(xué)習(xí)技術(shù)和掌握技能非常重要。半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的形式和架構(gòu)對(duì)學(xué)員學(xué)習(xí)和掌握一種控制系統(tǒng)和技術(shù)是非常重要的?，F(xiàn)有的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有兩種形式，第一種是將實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)(和仿真計(jì)算機(jī))、實(shí)物布置于一體，第二種是將實(shí)驗(yàn)操作(和仿真計(jì)算機(jī))與實(shí)物完全獨(dú)立開來。第一種半實(shí)物實(shí)驗(yàn)臺(tái)，臺(tái)上布置了一種控制系統(tǒng)(仿真實(shí)驗(yàn))的模擬屏，模擬屏上懸掛了這個(gè)控制系統(tǒng)中的實(shí)物，這些實(shí)物有時(shí)因?yàn)轶w積較大，遮擋了控制流程畫面，使得畫面不完整、不清晰、不美觀；有時(shí)因?yàn)閷?shí)物的體積太大或重量太重，不得不只安裝其中一部份，不能完整地安裝，使得實(shí)驗(yàn)者看到的是局部的實(shí)物；有時(shí)因?yàn)閷?shí)物在控制流程圖上的位置，實(shí)物安裝固定影響了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的美觀，也影響了操作的方便性。第二種方式，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)物完全獨(dú)立開來，實(shí)物固定在一個(gè)平臺(tái)上，雖然方便了實(shí)物的展示和操作，但是因?yàn)榕c實(shí)驗(yàn)臺(tái)分開，占地面積大，不易布置；實(shí)驗(yàn)過程中操作不方便，不便于實(shí)驗(yàn)觀察，還要兩頭跑；實(shí)物與操作臺(tái)分開，也不便于理論到實(shí)物的緊密結(jié)合，也不便于表達(dá)實(shí)物在控制系統(tǒng)中的位置等等。另外，現(xiàn)有的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用的是獨(dú)立實(shí)驗(yàn)裝置和系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的一旦故障，將會(huì)無法完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這種實(shí)驗(yàn)臺(tái)與仿真計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)固定的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，仿真計(jì)算機(jī)是關(guān)鍵部件，所有的仿真數(shù)據(jù)通過仿真計(jì)算機(jī)提供，一旦故障整個(gè)實(shí)驗(yàn)就無法進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仿真效果不佳，組合不靈活的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括管理層、控制層和設(shè)備層，所述的管理層由多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)組成，用于對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的環(huán)境和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、顯示和管理，所述的控制層有多個(gè)PLC組成，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制回路調(diào)節(jié)、順序控制、邏輯控制和綜合報(bào)警，所述的設(shè)備層由多個(gè)對(duì)象設(shè)備、模擬屏和輸入/輸出信號(hào)組成，對(duì)象設(shè)備的種類包括傳感器和執(zhí)行器，模擬屏所述系統(tǒng)的控制流程圖的形象化表達(dá)，輸入/輸出信號(hào)，是所述系統(tǒng)中檢測信號(hào)和動(dòng)作信號(hào)的仿真輸入和輸出，所述控制系統(tǒng)向下直接連接所述設(shè)備層的傳感器和執(zhí)行器，以及輸入/輸出信號(hào)，向上通過網(wǎng)絡(luò)與所述管理層的仿真計(jì)算機(jī)相連，將采集的數(shù)據(jù)以及對(duì)象設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給仿真計(jì)算機(jī)，同時(shí)根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行相關(guān)的控制策略計(jì)算和控制動(dòng)作的執(zhí)行。所述的控制層和所述的設(shè)備層集成在一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置中，該裝置呈立柜結(jié)構(gòu)，具有一邊緣呈圓弧的底座，底座上方是實(shí)物展示區(qū)，實(shí)物展示區(qū)設(shè)有安裝支架用于安裝實(shí)驗(yàn)實(shí)物，實(shí)物展示區(qū)的上方是實(shí)驗(yàn)操作面板，該實(shí)驗(yàn)操作面板上設(shè)有操作開關(guān)和過程數(shù)據(jù)顯示器，在所述實(shí)驗(yàn)操作面板上標(biāo)示有實(shí)物工作原理模擬圖，用以結(jié)合過程數(shù)據(jù)顯示器動(dòng)態(tài)演示所對(duì)應(yīng)實(shí)物的工作狀態(tài)，在所述實(shí)驗(yàn)操作面板上標(biāo)示有實(shí)物指示標(biāo)牌，用以對(duì)應(yīng)標(biāo)示安裝于實(shí)物展示區(qū)的實(shí)物，在所述裝置內(nèi)部具有一安裝背板，用以安裝仿真實(shí)驗(yàn)裝置所需的的元器件和接線，在所述裝置內(nèi)部還具有電源、控制電纜和系統(tǒng)接地，所述裝置是背部開門結(jié)構(gòu)。所述的實(shí)驗(yàn)操作面板是單門結(jié)構(gòu)，所述的實(shí)物展示區(qū)是半開放結(jié)構(gòu)，所述的裝置的背部是雙開門結(jié)構(gòu)。所述的實(shí)驗(yàn)操作面板的單門結(jié)構(gòu)，采用前開門的形式，用鉸鏈將前開門與所述裝置的柜體連接，前開門可以脫卸和開啟。一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置需要將一個(gè)控制系統(tǒng)原理(模擬屏)、實(shí)物及其操作很好地結(jié)合在一起。使學(xué)生先從模擬屏上可以清晰地看到這個(gè)控制系統(tǒng)的組成，儀表和設(shè)備在系統(tǒng)中的位置、作用，控制系統(tǒng)的原理等；然后從理論到實(shí)物，控制系統(tǒng)中的主要儀表和設(shè)備的實(shí)物可以清楚地看到、摸到、并還可以動(dòng)手操作；最后通過實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)這個(gè)控制系統(tǒng)的控制原理、調(diào)節(jié)方法以及儀表和設(shè)備的特性就有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。本發(fā)明的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)裝置，將一個(gè)控制系統(tǒng)的原理、主要的儀表和設(shè)備實(shí)物完美的組合在一起，又能清楚地看到控制過程和調(diào)節(jié)過程，還能方便的進(jìn)行動(dòng)手操作。解決了現(xiàn)有系統(tǒng)不能很好地表述儀表和設(shè)備(實(shí)物)在一個(gè)控制系統(tǒng)中的位置和作用；不能兼顧既能直觀地看到實(shí)物的動(dòng)作又能使實(shí)物不遮擋面板圖案的完整性以及又能方便地去操作實(shí)物；不能兼顧既能保持實(shí)物的完整性又能使操作和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)等顯示在一個(gè)平臺(tái)上等一系列難題。本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)，一臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)可以對(duì)應(yīng)一個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作裝置，也可以對(duì)應(yīng)多個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作裝置；也可以多臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作裝置。靈活配置，解決了以前整套系統(tǒng)不能拆分，一旦有部分故障會(huì)影響到整體不能使用的問題；不能擴(kuò)展，只能個(gè)別人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的局限。將實(shí)物與控制系統(tǒng)完全融合的這種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)操作裝置，將系統(tǒng)模擬屏與實(shí)物分為2個(gè)區(qū)，緊湊美觀，占地面積小，能夠提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作平臺(tái)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作，既對(duì)整體的控制系統(tǒng)有所了解，又能認(rèn)識(shí)這個(gè)系統(tǒng)的主要儀表和設(shè)備，又可以動(dòng)手操作參與其中；從理論到實(shí)踐，從概念到實(shí)體，從認(rèn)識(shí)到基本掌握某項(xiàng)技術(shù)，看得見、摸得著、理解得了，滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)和職業(yè)培訓(xùn)的要求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一種組網(wǎng)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的另一種組網(wǎng)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置示意圖。其中，1-半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置，2-實(shí)驗(yàn)操作面板，3-操作開關(guān)，4-過程數(shù)據(jù)顯示器，5-實(shí)物展示區(qū)，6-安裝支架，7-背部開門，8-安裝背板，9-內(nèi)下部空間，10-底座，11-柜體頂部。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明涉及的一種控制系統(tǒng)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置1，該裝置柜體由鈑金零件焊接成型；正面上半部是實(shí)驗(yàn)操作面板2，采用前開門形式，作為控制系統(tǒng)的模擬屏，實(shí)驗(yàn)操作開關(guān)3、按鈕，實(shí)物指示標(biāo)牌、過程數(shù)據(jù)顯示器4等；正面下半部為實(shí)物展示區(qū)5，布置安裝一種控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行設(shè)備和測試儀表實(shí)物；背面為雙開門結(jié)構(gòu)7，仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制器、斷路器等電器元件及其接線布置在內(nèi)上部的一塊安裝背板8上；內(nèi)下部空間9為內(nèi)部電源、控制等電纜走線、系統(tǒng)接地；底座10為圓弧邊緣的平臺(tái)，平臺(tái)可以用于實(shí)物布置或固定，圓弧邊緣柔美觀，還可以防止絆腳。結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明可以作為一種教學(xué)用半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及系統(tǒng)，最小的單元包括一個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作裝置、一個(gè)仿真用計(jì)算機(jī)，也可以多個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)和多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)組合，是由半實(shí)物實(shí)驗(yàn)裝置與仿真計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)化的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)。一個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作裝置將實(shí)物很好地物理融合系統(tǒng)中，正面上部為一個(gè)控制系統(tǒng)的模擬圖顯示屏，正面下部為實(shí)物展示和操作區(qū)，上下完美的結(jié)合，結(jié)構(gòu)新穎，提供了可觀察性好、可操作性好的完整良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作平臺(tái)。這么一個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作裝置，很好地表述儀表和設(shè)備(實(shí)物)在一個(gè)控制系統(tǒng)中的位置和作用；兼顧了既能直觀地看到實(shí)物的動(dòng)作又能使實(shí)物不遮擋面板模擬屏圖案的完整性以及又能方便地去操作實(shí)物；兼顧了既能保持實(shí)物的完整性又能使操作和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示在一個(gè)平臺(tái)上。仿真計(jì)算機(jī)運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)的仿真軟件，提供教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)置、提供學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、曲線以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的人機(jī)交互平臺(tái)。這種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)，采用開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，也可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)系統(tǒng)的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，滿足多種組合的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。系統(tǒng)組成一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)可分為上、中、下三層管理層、控制層和設(shè)備層。上層為管理層，由一個(gè)或多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的操作管理功能。仿真計(jì)算機(jī)包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器，用于對(duì)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，顯示和管理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)、曲線和設(shè)備狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)的仿真數(shù)據(jù)傳送給控制層，供控制層進(jìn)行相關(guān)的控制策略計(jì)算和控制動(dòng)作的執(zhí)行。
中層為控制層，采用PLC控制，集成在一個(gè)半實(shí)物的仿真操作裝置中，實(shí)現(xiàn)半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制回路調(diào)節(jié)、順序控制、邏輯控制和綜合報(bào)警等功能。PLC控制系統(tǒng)向下直接連接相關(guān)的傳感器、執(zhí)行器等實(shí)物及一些控制系統(tǒng)中的需要模擬的輸入信號(hào)和需要顯示輸出信號(hào)；向上通過以太網(wǎng)交換機(jī)，與仿真計(jì)算機(jī)相連，將采集的模擬量和開關(guān)量信號(hào)以及設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)送給仿真計(jì)算機(jī)，同時(shí)根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的輸出控制。下層為設(shè)備層，由設(shè)備實(shí)物和模擬屏、輸入/輸出信號(hào)等組成。設(shè)備的實(shí)物根據(jù)每一個(gè)不同的控制系統(tǒng)及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行配置，如有測量溫度的熱電偶、熱電阻傳感器，有測量壓力的儀表和變送器，有調(diào)節(jié)用的閥門和開關(guān)等。模擬屏根據(jù)一個(gè)控制系統(tǒng)的工藝流程圖，繪制系統(tǒng)中設(shè)備、儀表形象化的圖標(biāo)、指示燈、開關(guān)和數(shù)字顯示儀表等及相互關(guān)系表述的模擬實(shí)際系統(tǒng)狀態(tài)的顯示和操作屏幕。輸入/輸出信號(hào)，是系統(tǒng)中的一些檢測信號(hào)和一些動(dòng)作的信號(hào)的仿真輸入和輸出。本發(fā)明的一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及系統(tǒng)，可以是一個(gè)獨(dú)立的一個(gè)控制系統(tǒng)的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可以是多個(gè)控制系統(tǒng)的半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。當(dāng)是一個(gè)控制系統(tǒng)的半實(shí)物操作平臺(tái)時(shí)，可以是一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置和一個(gè)或多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)組合，也可以2個(gè)或多個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置和一個(gè)或多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)組合。組合靈活方便，適應(yīng)多種實(shí)驗(yàn)要求。下面給出的是一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，這個(gè)系統(tǒng)包括3個(gè)半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。一個(gè)主機(jī)燃油黏度控制半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，一個(gè)主機(jī)冷卻水溫度控制半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，一個(gè)機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。主機(jī)燃油黏度控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置和一個(gè)仿真計(jì)算機(jī)。半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置是實(shí)驗(yàn)操作的主體設(shè)備，仿真計(jì)算機(jī)是實(shí)驗(yàn)中的仿真和管理設(shè)備，它們通過以太網(wǎng)連接。一個(gè)仿真計(jì)算機(jī)可以仿真管理一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置，也可以仿真管理多個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置；同樣一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置可以連接一個(gè)仿真計(jì)算機(jī)，也可以連接2個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)，如果連接2個(gè)仿真計(jì)算機(jī)時(shí)，只有I個(gè)仿真計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真計(jì)算，即運(yùn)行實(shí)驗(yàn)過程的仿真計(jì)算軟件；2臺(tái)多或多臺(tái)同時(shí)可作為實(shí)驗(yàn)過程監(jiān)視用，實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)、曲線和各種人機(jī)界面同運(yùn)行仿真軟件的計(jì)算機(jī)一樣，可以作為熱備份，也可以供更多的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置正面上部是主機(jī)冷卻水控制系統(tǒng)模擬屏，模擬屏上的展示的是整個(gè)主機(jī)冷卻水控制系統(tǒng)工藝流程模擬圖，系統(tǒng)中的設(shè)備、儀表、管路等一一清晰的表述在圖中。學(xué)生可以從圖上了解整個(gè)控制系統(tǒng)的組成、各設(shè)備、儀表在系統(tǒng)中的位置和作用。模擬圖上嵌入有數(shù)碼顯示表，顯示了需要監(jiān)測的溫度值，在實(shí)驗(yàn)的過程中，溫度隨著控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作而改變，使學(xué)生一目了然可以看到控制的效果。模擬圖下部是“電動(dòng)調(diào)節(jié)閥”、“溫度傳感器”、“壓力變送器”、“開關(guān)閥”，不僅標(biāo)明了各個(gè)儀表、設(shè)備的名稱和它們安裝在系統(tǒng)中物理位置，而且還作為模擬屏下部安裝的實(shí)物的標(biāo)牌，使學(xué)生清楚明白這個(gè)實(shí)物對(duì)應(yīng)的名稱。模擬屏下部縮進(jìn)開放式的結(jié)構(gòu)，方便儀表和設(shè)備的安裝且節(jié)省了空間，不僅讓學(xué)生能夠看清楚實(shí)物及其動(dòng)作并還可以進(jìn)行動(dòng)手操作實(shí)踐。用仿真計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真環(huán)境設(shè)置、運(yùn)行仿真(算法和數(shù)據(jù)處理)程序以及提供實(shí)驗(yàn)過程曲線和數(shù)據(jù)的可視界面。一個(gè)仿真計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置的仿真控制程序，也可以運(yùn)行幾個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置的仿真控制程序，由于每一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置具有不同的IP地址，因此一臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)具有對(duì)多個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置進(jìn)行仿真控制的能力。一旦有一臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)故障，可以用其他的仿真計(jì)算機(jī)操作，提高了系統(tǒng)的可靠性。—個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置也可以與多臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)連接，其中一臺(tái)可以進(jìn)行仿真環(huán)境設(shè)置和連接仿真數(shù)據(jù)接口，從其他的仿真計(jì)算機(jī)上可以觀察實(shí)驗(yàn)過程的曲線和數(shù)據(jù)，這樣提高了設(shè)備的效率，系統(tǒng)的有效性。多臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)控制一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置，通過每臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)和每一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置不同的網(wǎng)絡(luò)地址(IP)，并由軟件控制來實(shí)現(xiàn)的。半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置構(gòu)思新穎，將實(shí)驗(yàn)操作的顯示平臺(tái)和實(shí)物的操作平臺(tái)完美的組合起來，成為一個(gè)整體。方便學(xué)生了解控制原理、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和觀察實(shí)驗(yàn)過程。半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置結(jié)構(gòu)緊湊，方便實(shí)驗(yàn)室布置。幾個(gè)半實(shí)物的實(shí)驗(yàn)操作裝置可以并排布置，整齊美觀并方便更多的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置，上下前后不同的結(jié)構(gòu)和用途，結(jié)構(gòu)合理，布局美觀實(shí)用。半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用仿真計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)操作裝置相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，使得組合非常容易。一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置與所有的仿真計(jì)算機(jī)都能連接，一個(gè)仿真計(jì)算機(jī)可以對(duì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)操作裝置進(jìn)行仿真控制，一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作裝置也可以連接多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)?？煽啃愿?，可用性好。本發(fā)明的特點(diǎn)是，I)半實(shí)物仿真操作裝置，構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，方便操作，實(shí)用美觀。將一個(gè)控制系統(tǒng)原理(模擬屏)、實(shí)物及其操作很好地結(jié)合在一起。使學(xué)生先從模擬屏上可以清晰地看到這個(gè)控制系統(tǒng)的組成，儀表和設(shè)備在系統(tǒng)中的位置、作用，控制系統(tǒng)的原理等；然后從理論到實(shí)物，控制系統(tǒng)中的主要儀表和設(shè)備的實(shí)物可以清楚地看到、摸到、并還可以動(dòng)手操作；最后通過實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)這個(gè)控制系統(tǒng)的控制原理、調(diào)節(jié)方法以及儀表和設(shè)備的特性就有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。因此這樣一個(gè)半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)裝置，能夠?qū)⒁粋€(gè)控制系統(tǒng)的原理、主要的儀表和設(shè)備實(shí)物完美的組合在一起，又能清楚地看到控制過程和調(diào)節(jié)過程，還能方便的進(jìn)行動(dòng)手操作，它解決了一般的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不能很好地將原理與實(shí)物組合起來；不能很好地表述儀表和設(shè)備(實(shí)物)在一個(gè)控制系統(tǒng)中的位置和作用；不能兼顧既能直觀地看到實(shí)物的動(dòng)作又能使實(shí)物不遮擋面板圖案的完整性以及又能方便地去操作實(shí)物；不能兼顧既能保持實(shí)物的完整性又能使操作和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)等顯示在一個(gè)平臺(tái)上等一系列難題。2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，仿真計(jì)算機(jī)與半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置相互獨(dú)立，可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活配置和組合。仿真計(jì)算機(jī)在一個(gè)半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的重要性，一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置，可以有多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)來確保可靠性，可操作性，一旦有故障不會(huì)影響整體使用；同時(shí)，當(dāng)一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置，連上多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)時(shí)，可以讓更多的實(shí)驗(yàn)者觀察實(shí)驗(yàn)過程和參與實(shí)驗(yàn)操作。本發(fā)明的應(yīng)用情況包括，主機(jī)冷卻水溫度控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、燃油黏度控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警裝置仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用這種架構(gòu)，為教學(xué)和培訓(xùn)提供了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足了用戶的要求，獲得了用戶的好評(píng)。
這種新穎的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，改變了過去實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)要么觀看不方便，要么操作不方便，不能兼顧的問題，局部故障影響整體不能使用，仿真計(jì)算機(jī)功能單一等問題。由于其新穎的結(jié)構(gòu)，靈活的配置，良好的效果，具有廣闊的市場前景。
權(quán)利要求
1.一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括管理層、控制層和設(shè)備層， 所述的管理層由多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)組成，用于對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的環(huán)境和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、顯示和管理， 所述的控制層有多個(gè)PLC組成，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制回路調(diào)節(jié)、順序控制、邏輯控制和綜合報(bào)警， 所述的設(shè)備層由多個(gè)對(duì)象設(shè)備、模擬屏和輸入/輸出信號(hào)組成，對(duì)象設(shè)備的種類包括傳感器和執(zhí)行器，模擬屏所述系統(tǒng)的控制流程圖的形象化表達(dá)，輸入/輸出信號(hào)，是所述系統(tǒng)中檢測信號(hào)和動(dòng)作信號(hào)的仿真輸入和輸出， 所述控制系統(tǒng)向下直接連接所述設(shè)備層的傳感器和執(zhí)行器，以及輸入/輸出信號(hào)，向上通過網(wǎng)絡(luò)與所述管理層的仿真計(jì)算機(jī)相連，將采集的數(shù)據(jù)以及對(duì)象設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給仿真計(jì)算機(jī)，同時(shí)根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行相關(guān)的控制策略計(jì)算和控制動(dòng)作的執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求1所述的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制層和所述的設(shè)備層集成在一個(gè)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作裝置中，該裝置呈立柜結(jié)構(gòu)，具有一邊緣呈圓弧的底座，底座上方是實(shí)物展示區(qū)，實(shí)物展示區(qū)設(shè)有安裝支架用于安裝實(shí)驗(yàn)實(shí)物，實(shí)物展示區(qū)的上方是實(shí)驗(yàn)操作面板，該實(shí)驗(yàn)操作面板上設(shè)有操作開關(guān)和過程數(shù)據(jù)顯示器， 在所述實(shí)驗(yàn)操作面板上標(biāo)示有實(shí)物工作原理模擬圖，用以結(jié)合過程數(shù)據(jù)顯示器動(dòng)態(tài)演示所對(duì)應(yīng)實(shí)物的工作狀態(tài)， 在所述實(shí)驗(yàn)操作面板上標(biāo)示有實(shí)物指示標(biāo)牌，用以對(duì)應(yīng)標(biāo)示安裝于實(shí)物展示區(qū)的實(shí)物， 在所述裝置內(nèi)部具有一安裝背板，用以安裝仿真實(shí)驗(yàn)裝置所需的的元器件和接線， 在所述裝置內(nèi)部還具有電源、控制電纜和系統(tǒng)接地， 所述裝置是背部開門結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的實(shí)驗(yàn)操作面板是單門結(jié)構(gòu)，所述的實(shí)物展示區(qū)是半開放結(jié)構(gòu)，所述的裝置的背部是雙開門結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的實(shí)驗(yàn)操作面板的單門結(jié)構(gòu)，采用前開門的形式，用鉸鏈將前開門與所述裝置的柜體連接，前開門可以脫卸和開啟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括管理層、控制層和設(shè)備層，管理層由多個(gè)仿真計(jì)算機(jī)組成，用于對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的環(huán)境和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、顯示和管理，控制層有多個(gè)PLC組成，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制回路調(diào)節(jié)、順序控制、邏輯控制和綜合報(bào)警，設(shè)備層由多個(gè)對(duì)象設(shè)備、模擬屏和輸入∕輸出信號(hào)組成，對(duì)象設(shè)備的種類包括傳感器和執(zhí)行器，模擬屏所述系統(tǒng)的控制流程圖的形象化表達(dá)，輸入/輸出信號(hào)，是所述系統(tǒng)中檢測信號(hào)和動(dòng)作信號(hào)的仿真輸入和輸出，所述控制系統(tǒng)向下直接連接所述設(shè)備層的傳感器和執(zhí)行器，以及輸入/輸出信號(hào)，向上通過網(wǎng)絡(luò)與所述管理層的仿真計(jì)算機(jī)相連，將采集的數(shù)據(jù)以及對(duì)象設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給仿真計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G05B17/02GK103064298SQ201210548900
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者嚴(yán)敏, 周智, 鄭曉鳴, 陸中杰, 劉善斌, 盧垚, 王守博, 文勇, 丁佳 申請(qǐng)人:中海網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司