[发明专利]半实物计算机仿真网络实验装置

权利要求书

1.半实物计算机仿真网络实验装置，其特征是：该实验装置通过各物理组件之间的接口联接和数据传递，构建网络远程实验环境，由计算机网络对实际控制系统进行模拟实验，在实验室环境中进行工业现场的半实物仿真技术的协同与融合实验。

2. 根据权利要求1所述的半实物计算机仿真网络实验装置，其特征是：采用MATLAB作为虚拟对象软件平台，结合神经网络建模技术，建立熔融石英炉仿真平台，模拟现场生产装置；采用主流的STEP7作为控制软件，结合PLC系统硬件实现控制计算功能，人机交互软件采用意大利PROGEA公司的MOVICON，组态模拟熔融石英炉装置画面，实现人机交互功能，MOVICON 基于完全开放的XML结构和WEB技术，通过支持Java的web浏览访问web server，MOVICON既可以在WINDOWS 2000/XP系统上运行，也可以在WIN CE系统上运行，采用实时数据库作为实时数据的存储工具，STEP7和MOVICON之间通过PLC控制器实现数据交互；半实物仿真平台包括上位机、PLC控制系统、人机界面系统、熔融石英炉虚拟对象系统和外围网络系统，上位机采用DELL工控机安装西门子编程软件STEP7和组态软件MOVICON及人机界面组态软件；PLC控制系统的硬件采用欧辰SOFTLINK 300系列PLC，配置5A电源模块1个，CPU主站315-2DP01模块 1个，从站IM153模块1个，300系列AI331-1KF01、AO332-5HD01模块各1个，DI/DO模块采用RT300系列远程DIO模块133-1BL01，PLC系统实现实时数据采集和控制回路的自动控制；人机界面系统配置VIPA HMI，基于WIN CE 5.0操作系统装载MOVICON XCE组态软件以实现人机交互，操作系统支持Windows 2000/2003 Server/XP；熔融石英炉虚拟对象系统配PC机1台，安装Matlab软件，选用研华数据采集模块实现模型和PLC系统之间的连接，包括信号数据采集板卡和信号调理板；外围网络系统：包括防火墙、网关和客户端。

3. 根据权利要求2所述的半实物计算机仿真网络实验装置，其特征是：仿真平台的核心是软件，熔融石英炉半实物仿真软件平台有三部分组成，上位机采用STEP7作为编程软件，人机界面采用意大利PROGEA公司的MOVICON作为组态软件，虚拟对象软件开发平台采用MATLAB软件，模拟实际熔融石英炉运行过程中的电流和电极调节特性，并和PLC控制系统进行数据交互；上位机和PLC系统之间接口采用SOFTLINK提供的MPILINK编程接口，MPI-串口和MPI-USB两种通信连接方式，通过标准COM口或USB接口使计算机和可编程序控制器主间通过编程软件实现连接；RS-232具有波特率自动探测功能，适应从9.6到115Kbaud范围内的通讯速率，标准速率为187.5Kbit/s或19.2Kbit/s；在安装驱动后，MPI-USB实现从USB接口到MPI的转换，步骤为在S7工具栏中选择“Options”—“Set PG/PC Interface”，在弹出窗口的“Access Point of the Application”选项中选择“Step7-PC Adapter(MPI)，然后双击“PC Adapter(MPI) ”，选择合适的连接端口，一般情况下系统安装驱动后会自动识别；PLC系统采用PROFIBUS-DP现场总线技术；PLC系统和VIPA触摸屏之间采用MPI/DP接口，运行在WIN CE5.0环境下的MOVICON XCE系统支持的通讯驱动是串口或以太网，或通过OPC与其他设备进行通讯，它对应Siemens PLC的是S7 MPI/DP，采用Profibus-DP通讯协议，安装MOVICON XCE后，将驱动程序安装在系统MovXCE目录的Drivers子目录下，在Win CE系统中运行时创建连接到文件MovXCE.exe的路径和名称，HKEY_LOCAL_MACHINE/Init下建立一个新键Launch90或者大于Launch50的值，指定其值为执行文件“MovXCE.exe”，执行保存，实现启动时自动运行；

PLC系统和仿真模型之间通过研华数据采集模块实现信号调理和传输，选用研华PCL-818L和PCL727两种数据采集板卡及附带的信号调理模块，PCL-818L有16个单通道或者8对差分AI功能，12位A/D转换功能，软件选择AI范围，同时提供16位DI/O功能，与TTL/DTL电平兼容，具有软件编程、可编程调速及外部脉冲三种灵活的触发方式；数据传送通过编程控制、中断处理、DMA方式；带光电隔离的PCLD-782调理板将欧辰133-1BL01模块的DO信号经过继电器处理送给PCL-818L；PCL727提供具有12位分辨率双缓冲D/A转换器的模拟量输出通道，每个通道的输出范围：0~+5V，0~+10V，+/-5V，+/-10V和4~20mA电流环，将4~20mA电流信号送到PLC的AI模块，每个模拟量输出通道都带有一个保险丝，对板卡、PC及电流控制设备起到浪涌保护作用；研华数采模块和MATLAB之间通讯通过MATLAB的DAQ工具箱实现，首先安装研华数采模块自带的驱动，然后调用Matlab中自带函数即可方便实现Matlab中数据输出到数据采集板上；数字量操作方法步骤如下：

1）创建数字量输入输出对象“dio”；

2）添加板卡名字“advantech”，通道选择0；

3）添加数字量输入输出通道，写明是输入 “in”或者输出“out”；

dio=digitalio(‘Advantech’,0);

addline(dio,0:7,1,’in’)；

4）读取数字量通道值：

temp=getvalue(dio);

in_data=temp(:,0:7);

模拟量操作方法和数字量方法相同；

组态软件MOVICON支持SIEMENS、欧姆龙、Beckhoff多家控制系统厂商的软件，MOVICON软件中集成了SIEMENS产品的驱动，两者之间通过PLC控制器实现数据交互，其步骤如下：

1）在项目浏览器中选择“实时数据库”资源，然后鼠标右键选择“增加通讯驱动”，会出现一个驱动程序列表，列表按PLC制造商分类，选择Siemens的“PC Adapter”协议；

2）配置驱动程序，在窗口“Mpi PC Adapter”中，“General”保持缺省值，“Stations”中用“Add”按钮来增加通讯站进行通讯，在新建站中，“Station ID”设置PLC的MPI站号为2，“Station Name”设置“工厂1”，“Port”设定串行通讯口COM1，相应值为1；

3）配置好后，检查PLC以及设置并连接计算机，通过“Test Cable/Comm”检查通讯设置是否正常；

4）PLC的物理地址与MOVICON的实时数据库变量列表对应，在“实时数据库”的“变量”列表中逐一添加变量，通过Tasks 属性将PLC 的物理地址连接到MOVICON的实时数据库变量。