CN108182854A - 多人协同模拟工业系统控制过程的plc教学实验方法 - Google Patents

多人协同模拟工业系统控制过程的plc教学实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其包括以下步骤:步骤S1:提供教师站系统,步骤S2:提供学生站系统;步骤S3:教师站系统根据教学需要,将需要子任务分发到各个学生站对应的节点;步骤S4:学生获取所分配到的控制子任务,以及控制系统已有的程序框架;步骤S5:学生根据子任务的要求进行运行、测试,然后将测试通过的程序提交至服务器。通过在服务器集成复杂工业系统被控对象的物理模型,扩展了平台的实验功能,学生借此开展更加丰富的工业仿真实验。方便多个学生协同地完成更加复杂的控制任务,从而对工业控制系统有更加综合、深刻的认识。

Description

多人协同模拟工业系统控制过程的PLC教学实验方法
技术领域
本发明属于自动化教学应用领域,具体涉及一种多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法。
背景技术
近年来,我国工控产业技术正朝着复杂化、网络化、智能化的方向不断发展。为了适应现代化自动控制技术快速发展的需要,提高学生专业知识的综合运用能力、学以致用,我国各大高校实施了一系列自动控制实验教学的改革与建设,其中PLC技术、IT技术及其在工业系统中的综合实践运用已经成为教学改革实践的重要方向,然而实施效果并不理想,主要存在的问题有:
1、面对大型工业系统控制实验,现有的PLC教学实验装置往往只有控制器,没有条件与外围的工业系统装备连接,无被控对象,课堂上学生只能开展验证性的编程操作,难以进行系统操作实训,不利于激发学生的创造力。
2、厂商提供的模拟工业系统的PLC教学实验装置,功能单一、体积庞大,而且价格高昂,为了节省成本,实验台多采用开关和LED等来模拟现场,无法对复杂的系统进行更逼真地模拟,仅局限于基础实验,大大地影响了教学试验的扩展和实训效果。
3、尽管一些实验台勉强可以集成十多个实验,但是复杂的电路也挫伤了PLC初学者的学习兴趣。
4、现有的PLC教学实验装置中,PLC之间是相互独立的,学生无法协同合作共同完成综合的控制实验。
为克服上述缺点,本发明提出一种新的多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种新的PLC教学实验方法,用来解决现有PLC教学实验平台功能单一、难以开展工业复杂系统的仿真模拟,以及学生无法协同完成控制任务的技术问题。
本发明采用以下技术方案:一种多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤S1:提供教师站系统,所述教师站系统包括一工控机、一教师PC机及一用于存储和运行被控对象的物理模型的服务器;所述服务器分配了M个虚拟控制节点,包括1个教师节点与M-1个学生节点;所述虚拟控制节点具有模拟物理控制站执行控制程序的功能;所述工控机与学生站系统的M-1组PLC设备连接,用于采集M-1组PLC设备的所有输入输出数据,为学生站PC上的监控界面程序与PLC设备中的逻辑控制程序之间提供数据传输的通道;步骤S2:提供一学生站系统,所述学生站系统包括M-1个学生站,每个学生站由一组PLC设备以及学生PC机构成;所述学生PC机与教师PC机均装有仿真组态软件;所述仿真组态软件包括逻辑组态软件及监控界面软件;所述监控界面软件用于设计被控对象的物理模型,并显示被控对象的控制效果;所述逻辑组态软件用于编写被控对象的控制逻辑;步骤S3:教师站系统根据教学需要,保留系统控制程序的主体框架的同时,从完整的控制工程程序中,抽取、剔除适当的程序块,以此作为训练学生实验或者考核的内容,由学生通过对应的PLC设备编程实现,单独测试通过后提交服务器及时整合,服务器将整合测试通过的逻辑程序分发到各个学生站对应的节点;步骤S4:学生PC机通过特定的端口访问所述服务器所对应的虚拟控制节点,从中获取所分配到的控制子任务,以及控制系统已有的程序框架;步骤S5:学生在已有的控制逻辑程序框架的基础上,根据子任务的要求,通过PC机上的逻辑组态软件编辑被控对象的PLC控制程序,并下载至相应的PLC设备中运行、测试,然后将测试通过的程序提交至服务器。
在本发明一实施例中,所述教师站系统还包含一任务管理系统,负责对复杂控制任务进行分解,并将分解得到的多项控制子任务分配到服务器的M-1个虚拟控制节点中;负责将学生站单独测试通过的程序进行整合测试;以及负责将编译、运行测试通过的完整工程重新分发至指定的虚拟控制节点中。
在本发明一实施例中,所述任务管理系统是一组执行任务调度分配的控制逻辑,通过教师站的逻辑组态软件编程实现,由服务器的虚拟控制节点加载执行。
在本发明一实施例中,所述教师站系统还将监控界面程序中被控对象的物理模型数据分发到服务器的M-1个虚拟控制节点中;所述被控对象的物理模型数据是一组模拟被控对象动态运行的控制指令。
在本发明一实施例中,所述教师站系统的工控机、服务器的多个虚拟控制节点,或学生站系统的PLC设备的内存中加载了采用指定数据结构的中间件载体,教师站与学生站中相应控制节点的控制指令和数据信息均通过所述中间件载体以内存数据读取和写值的形式进行实时地整合、转发、共享和修改。
在本发明一实施例中,还包括步骤S6:当教师站系统将系统测试通过的完整控制工程下发到各个学生站后,学生之间通过监控界面从服务器中获取实时数据,并动态地检验各自的任务在整个控制系统的作用及其运行情况;若达到实验的需求,实验结束,若没有达到预期效果,则继续修改PLC控制程序,直到达到实验需求效果,结束实验。
在本发明一实施例中,学生实验或者考核的内容还包括学生多人协同完成的复杂控制任务。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、本发明方法提供了一种更接近工业控制环境的架构,通过在服务器集成复杂工业系统被控对象的物理模型,扩展了平台的实验功能,学生可以借此开展更加丰富的工业仿真实验。
2、本发明方法可以方便多个学生协同地完成更加复杂的控制任务,从而对工业控制系统有更加综合、深刻的认识,这种模式也将更加符合未来控制行业实践人才的培养要求。
附图说明
图1为本发明一实施例中PLC教学实验方法的硬件架构图。
图2为本发明一实施例中PLC教学实验方法的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
一种多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其包括以下步骤:步骤S1:提供教师站系统,所述教师站系统包括一工控机、一教师PC机及一用于存储和运行被控对象的物理模型的服务器;所述服务器分配了M个虚拟控制节点,包括1个教师节点与M-1个学生节点;所述虚拟控制节点具有模拟物理控制站执行控制程序的功能;所述工控机与学生站系统的M-1组PLC设备连接,用于采集M-1组PLC设备的所有输入输出数据,为学生站PC上的监控界面程序与PLC设备中的逻辑控制程序之间提供数据传输的通道;步骤S2:提供一学生站系统,所述学生站系统包括M-1个学生站,每个学生站由一组PLC设备以及学生PC机构成;所述学生PC机与教师PC机均装有仿真组态软件;所述仿真组态软件包括逻辑组态软件及监控界面软件;所述监控界面软件用于设计被控对象的物理模型,并显示被控对象的控制效果;所述逻辑组态软件用于编写被控对象的控制逻辑;步骤S3:教师站系统根据教学需要,保留系统控制程序的主体框架的同时,从完整的控制工程程序中,抽取、剔除适当的程序块,以此作为训练学生实验或者考核的内容,由学生通过对应的PLC设备编程实现,单独测试通过后提交服务器及时整合,服务器将整合测试通过的逻辑程序分发到各个学生站对应的节点;步骤S4:学生PC机通过特定的端口访问所述服务器所对应的虚拟控制节点,从中获取所分配到的控制子任务,以及控制系统已有的程序框架;步骤S5:学生在已有的控制逻辑程序框架的基础上,根据子任务的要求,通过PC机上的逻辑组态软件编辑被控对象的PLC控制程序,并下载至相应的PLC设备中运行、测试,然后将测试通过的程序提交至服务器。
在本发明一实施例中,所述教师站系统还包含一任务管理系统,负责对复杂控制任务进行分解,并将分解得到的多项控制子任务分配到服务器的M-1个虚拟控制节点中;负责将学生站单独测试通过的程序进行整合测试;以及负责将编译、运行测试通过的完整工程重新分发至指定的虚拟控制节点中。
在本发明一实施例中,所述任务管理系统是一组执行任务调度分配的控制逻辑,通过教师站的逻辑组态软件编程实现,由服务器的虚拟控制节点(教师节点)加载执行。
在本发明一实施例中,所述教师站系统还将监控界面程序中被控对象的物理模型数据分发到服务器的M-1个虚拟控制节点中;所述被控对象的物理模型数据是一组模拟被控对象动态运行的控制指令。
在本发明一实施例中,所述教师站系统的工控机、服务器的多个虚拟控制节点,或学生站系统的PLC设备的内存中加载了采用指定数据结构的中间件载体,教师站与学生站中相应控制节点的控制指令和数据信息均通过所述中间件载体以内存数据读取和写值的形式进行实时地整合、转发、共享和修改。
在本发明一实施例中,还包括步骤S6:当教师站系统将系统测试通过的完整控制工程下发到各个学生站后,学生之间通过监控界面从服务器中获取实时数据,并动态地检验各自的任务在整个控制系统的作用及其运行情况(例如通过监控界面操控被控设备的启停操作);若达到实验的需求,实验结束,若没有达到预期效果,则继续修改PLC控制程序,直到达到实验需求效果,结束实验。
在本发明一实施例中,学生实验或者考核的内容还包括学生多人协同完成的复杂控制任务。
当教师站将系统测试通过的完整控制工程下发到各个学生站后,学生之间可通过监控界面从服务器中获取实时数据,并动态地检验各自的任务在整个控制系统的作用及其运行情况;同时也可共同地完成一些相应综合操控实验, 例如设备的故障模拟演练。
本发明一实施例中PLC教学实验方法的硬件架构图参见图1,主要流程示意图参见图2。
本发明所提供的PLC教学实验方法能够模拟工业复杂系统控制过程,并且支持多个学生协同地完成复杂的控制任务。实训内容包括:学生多人协同完成的复杂控制任务主要包括多人协同完成PLC逻辑编程训练任务、监控界面编程训练任务。复杂控制系统就是在单回路控制系统的基础上,再增加计算环节,控制环节或者其他环节的控制系统。
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤S1:提供教师站系统,所述教师站系统包括一工控机、一教师PC机及一用于存储和运行被控对象的物理模型的服务器;所述服务器分配了M个虚拟控制节点,包括1个教师节点与M-1个学生节点;所述虚拟控制节点具有模拟物理控制站执行控制程序的功能;所述工控机与学生站系统的M-1组PLC设备连接,用于采集M-1组PLC设备的所有输入输出数据,为学生站PC上的监控界面程序与PLC设备中的逻辑控制程序之间提供数据传输的通道;
步骤S2:提供一学生站系统,所述学生站系统包括M-1个学生站,每个学生站由一组PLC设备以及学生PC机构成;所述学生PC机与教师PC机均装有仿真组态软件;所述仿真组态软件包括逻辑组态软件及监控界面软件;所述监控界面软件用于设计被控对象的物理模型,并显示被控对象的控制效果;所述逻辑组态软件用于编写被控对象的控制逻辑;
步骤S3:教师站系统根据教学需要,保留系统控制程序的主体框架的同时,从完整的控制工程程序中,抽取、剔除适当的程序块,以此作为训练学生实验或者考核的内容,由学生通过对应的PLC设备编程实现,单独测试通过后提交服务器及时整合,服务器将整合测试通过的逻辑程序分发到各个学生站对应的节点;
步骤S4:学生PC机通过特定的端口访问所述服务器所对应的虚拟控制节点,从中获取所分配到的控制子任务,以及控制系统已有的程序框架;
步骤S5:学生在已有的控制逻辑程序框架的基础上,根据子任务的要求,通过PC机上的逻辑组态软件编辑被控对象的PLC控制程序,并下载至相应的PLC设备中运行、测试,然后将测试通过的程序提交至服务器。
2.根据权利要求1所述的多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:所述教师站系统还包含一任务管理系统,负责对复杂控制任务进行分解,并将分解得到的多项控制子任务分配到服务器的M-1个虚拟控制节点中;负责将学生站单独测试通过的程序进行整合测试;以及负责将编译、运行测试通过的完整工程重新分发至指定的虚拟控制节点中。
3.根据权利要求2所述的多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:所述任务管理系统是一组执行任务调度分配的控制逻辑,通过教师站的逻辑组态软件编程实现,由服务器的虚拟控制节点加载执行。
4.根据权利要求1所述的多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:所述教师站系统还将监控界面程序中被控对象的物理模型数据分发到服务器的M-1个虚拟控制节点中;所述被控对象的物理模型数据是一组模拟被控对象动态运行的控制指令。
5.根据权利要求1所述的多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:所述教师站系统的工控机、服务器的多个虚拟控制节点,或学生站系统的PLC设备的内存中加载了采用指定数据结构的中间件载体,教师站与学生站中相应控制节点的控制指令和数据信息均通过所述中间件载体以内存数据读取和写值的形式进行实时地整合、转发、共享和修改。
6.根据权利要求1所述的多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:还包括步骤S6:当教师站系统将系统测试通过的完整控制工程下发到各个学生站后,学生之间通过监控界面从服务器中获取实时数据,并动态地检验各自的任务在整个控制系统的作用及其运行情况;若达到实验的需求,实验结束,若没有达到预期效果,则继续修改PLC控制程序,直到达到实验需求效果,结束实验。
7.根据权利要求1所述的多人协同模拟工业复杂系统控制过程的PLC教学实验方法,其特征在于:学生实验或者考核的内容还包括学生多人协同完成的复杂控制任务。
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