CN220340557U - 一种基于codesys平台的虚拟调试设备 - Google Patents

Abstract

一种基于codesys平台的虚拟调试设备，主要包括工业网络交换机、人机界面、电源适配器、PLC控制器、输入输出模块、电箱、按键开关、电源插头、插线槽、储气瓶、电磁阀、压力检测器；所述的工业网络交换机、人机界面、PLC控制器、输入输出模块嵌装在所述的电箱的前端面，所述电源适配器安装在所述的电箱内部底板左侧，所述按键开关安装在所述的电箱顶板上，所述的电源插头、插线槽安装在电箱后盖上，所述的储气瓶安装在所述的电箱内部底板右侧，所述的电磁阀安装在所述的电箱内部底板上储气瓶的左侧，两者之间有气管连通，所述的压力检测器安装在所述的电箱内部底板上中部，以上与电箱外壳连接的元器件均做了密封处理，将电箱内部与外界做了防漏气措施。

Description

一种基于codesys平台的虚拟调试设备

技术领域

本实用新型涉及机器人及自动化设备的虚拟调试领域，具体是一种基于Codesys平台的虚拟调试设备。

背景技术

在机器人及自动化设备的研发中，均采用了PLC控制方案，现场PLC程序调整，需要停止整个设备的自动运作，影响生产计划。程序修改之后还需要根据实际生产进行验证，缺少良好的容错性，对编程质量有很高的要求。虚拟调试技术可在虚拟环境中调试PLC代码，通过以虚拟方式仿真和验证自动化设备，可以在产品制造前进行虚拟测试，减少实际调试时间和成本，可以保证设备的表现能够达到预期，再将这些代码下载到真实设备中，可大幅缩短现场调试周期，提高产品的研发效率和质量。

目前，市场上已有一些虚拟调试设备，但存在成本高、使用难度大等问题，特别是在PLC国产化替代的趋势下，对国产PLC支持比较弱，市场上特别需要一套支持国产PLC的虚拟调试设备。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决机器人及自动化设备联调和调试过程中需要实体设备、耗时耗力、制造成本高等问题，提供一种Codesys机器人及自动化设备虚拟调试设备，结构简单，操作方便，成本低。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于codesys平台的虚拟调试设备，主要包括工业网络交换机、人机界面、电源适配器、PLC控制器、输入输出模块、电箱、按键开关、电源插头、插线槽、储气瓶、电磁阀、压力检测器。所述的工业网络交换机嵌装在所述的电箱的前端面右侧下部，所述的人机界面嵌装在所述的电箱的前端面左侧中部，所述的PLC控制器嵌装在所述的电箱的前端面右侧中部，所述的输入输出模块嵌装在所述的电箱的前端面PLC控制器的右侧，所述电源适配器安装在所述的电箱内部底板左侧，所述的电箱后端面安装有盖电箱后盖，所述按键开关安装在所述的电箱顶板上，所述的电源插头安装在所述的电箱后盖左侧下方，所述的插线槽安装在所述的电箱后盖右侧中部，所述的储气瓶安装在所述的电箱内部底板右侧，所述的储气瓶右侧有储气瓶气嘴，储气瓶气嘴内部有单向阀，储气瓶气嘴通过电箱右侧的小孔与外部相通，所述的电磁阀安装在所述的电箱内部底板上储气瓶的左侧，两者之间有气管连通，所述的压力检测器安装在所述的电箱内部底板上中部，以上与电箱外壳连接的元器件均做了密封处理，将电箱内部与外界做了防漏气措施。

所述的工业网络交换机既能够通过工业以太网通讯与外部虚拟调试平台进行连接，又能够通过工业以太网通讯分别与人机界面和PLC控制器进行连接，负责各设备之间的通信；所述的电源适配器能够将220VAC转换成24VDC分别供给人机界面和工业网络交换机，为系统设备提供电力；所述的PLC控制器通过PLC内部通讯与输入输出模块连接，所述的PLC控制器根据现场设备的状态通过输入输出模块输入进行处理和控制，其结果通过输入输出模块输出反馈给现场设备；同时，所述的PLC控制器与人机界面通信，使得操作员可以监视和控制系统。所述的电源插头能够连接外部电源，所述的按键开关连接在电源插头与电源适配器之间，控制电路的通断。

所述的PLC控制器是自动化系统的核心，主要用于处理和控制工业生产过程。它可以根据用户设计的程序，进行高速、高精度的逻辑判断以及数学运算，并能实现过程控制、运动控制等。

所述的输入输出模块是PLC控制器与现场设备连接的桥梁，将现场设备的状态（如开关状态，模拟量等）转化为电信号输入到PLC控制器（输入模块），或将PLC控制器的控制指令转化为电信号控制现场设备（输出模块）。因此，它们在PLC控制器和现场设备之间进行数据交换。

所述的人机界面是人与自动化设备交互的界面，使得操作员可以监视、操作和控制自动化设备。通常，人机界面可以显示系统状态、报警信息、历史数据等，同时也可以接收操作员的控制指令，通过PLC控制器实现对设备的控制。

所述的工业网络交换机主要负责数据的传输和交换，使得PLC控制器、人机界面、输入输出模块等设备可以在网络中高效、稳定地通信。它们通常在工业环境中工作，因此需要具备较高的环境适应性和鲁棒性。

所述的电源适配器为上述设备提供稳定、安全的电能，保证系统的正常运行。在工业自动化系统中，电源的稳定性、安全性、可靠性非常重要。

所述的插线槽9与PLC控制器4通讯连接，能够连接外部的设备进行数据传输。

所述的电磁阀11为常闭型二位二通阀，进气口与储气瓶10相通，出气口朝向电箱6内部。电磁阀11与PLC控制器4通讯连接，阀口开合受PLC控制器4控制。

所述的压力检测器12与PLC控制器4通讯连接，能够检测电箱6内部的压力大小，当检测到电箱6内部的相对压力低于0.01Mpa时，会给PLC控制器4发送通知信号，PLC控制器4接收到信号后会控制电磁阀11打开阀口，将储气瓶10内的压缩空气释放出去，当压力检测器12检测到电箱6内部的相对压力达到检测电箱6内部的压力，会给PLC控制器4发送另一种通知信号，PLC控制器4接收到该信号后会控制电磁阀11关闭阀口，这样电箱6内部的压力就可以经常高于外部的压力了，电箱6外部的空气潮气无论多么高都不会进到电箱6内部对元器件造成影响，提高了该设备的适应性。

一种基于codesys平台的虚拟调试设备的工作流程如下：

初始化系统：所述的电源插头连接好外部电源，按下所述的按键开关，所述的电源适配器启动，为所有设备提供必要的电力。所述的PLC控制器启动并加载预设程序，所述的人机界面启动并加载用户界面和相关设置，所述的输入输出模块进行初始化，所述的工业网络交换机启动并建立网络连接，连接虚拟调试平台。

信号输入：虚拟环境中的模拟设备（如传感器）产生信号，这些信号通过所述的输入模块被转化为电信号。电信号然后通过工业网络交换机发送到PLC控制器。

信号处理：所述的PLC控制器接收并解析输入模块发送的电信号，然后根据预设的控制逻辑生成控制指令。这些控制指令被发送到输出模块，同时，状态信息和控制结果可通过工业网络交换机发送到人机界面。

信号输出：所述的输出模块接收并解析PLC控制器发送的控制指令，将其转化为可以控制模拟设备的信号（如执行器）。与此同时，人机界面接收并展示PLC控制器发送的状态信息和控制结果。

操作员交互：操作员通过人机界面监视系统状态，并根据需要向PLC控制器发送控制指令。例如，操作员可能需要改变某些参数，或者手动启动/停止某个过程。

循环调试：整个过程将持续进行，直到系统达到预期的性能，或者找到并修正了存在的问题。在每个循环中，PLC控制器可能需要根据新的输入信号和/或操作员的指令进行新的控制决策。

通过这样的虚拟调试，可以在不影响实际生产的情况下测试和优化控制逻辑，也可以在不会造成设备损坏或人员伤害的情况下模拟各种极端或错误情况。这样可以在实际部署和启动之前找出并修正可能的问题，从而提高系统的运行效率和可靠性。

本实用新型设备有点如下：

1.简单便携：把关键控制部分进行集成，用户只需要进行简单连接，就可以进行虚拟调试。

2.灵活性和可扩展性：基于Codesys平台的虚拟调试设备具有较高的灵活性，可以适应不同类型和品牌的机器人及自动化设备。同时，设备的功能和性能可以通过软件的升级和定制来扩展和改进。

3.节约成本：采用国产汇川PLC作为控制器硬件，相比进口设备，可以大幅降低设备采购成本。此外，通过虚拟调试设备，可以减少对实际硬件设备的依赖，避免了实际设备的磨损和损坏，降低了设备维修和更换的成本。

4.提高调试效率：虚拟调试设备允许工程师在虚拟环境中进行多次调试和优化，避免了实际调试中的等待时间和实际设备的限制。这样可以更快地发现和解决问题，提高调试的效率和准确性。

5.提高适应性：电箱内部的压力始终高于外部的大气压，空气中的湿气无法进入到电箱内部，避免了元器件遭受影响，不但提高了设备的适应性还延长了其使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型一种基于codesys平台的虚拟调试设备前端面结构示意图；

图2为本实用新型一种基于codesys平台的虚拟调试设备后端面结构示意图；

图3为本实用新型一种基于codesys平台的虚拟调试设备内部结构示意图；

图4为本实用新型一种基于codesys平台的虚拟调试设备的各主要部件连接原理图。

附图标记：

1、工业网络交换机；2、人机界面；3、电源适配器；4、PLC控制器；5、输入输出模块；6、电箱；601、电箱后盖；7、按键开关；8、电源插头；9、插线槽；10、储气瓶；101、储气瓶气嘴；11、电磁阀；12、压力检测器。

实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

请参阅图1至图4，一种基于codesys平台的虚拟调试设备，主要包括工业网络交换机1、人机界面2、电源适配器3、PLC控制器4、输入输出模块5、电箱6、按键开关7、电源插头8、插线槽9、储气瓶10、电磁阀11、压力检测器12。所述的工业网络交换机1嵌装在所述的电箱6的前端面右侧下部，所述的人机界面2嵌装在所述的电箱6的前端面左侧中部，所述的PLC控制器4嵌装在所述的电箱6的前端面右侧中部，所述的输入输出模块5嵌装在所述的电箱6的前端面PLC控制器4的右侧，所述电源适配器3安装在所述的电箱6内部底板左侧，所述的电箱6后端面安装有盖电箱后盖601，所述按键开关7安装在所述的电箱6顶板上，所述的电源插头8安装在所述的电箱后盖601左侧下方，所述的插线槽9安装在所述的电箱后盖601右侧中部，所述的储气瓶10安装在所述的电箱6内部底板右侧，所述的储气瓶10右侧有储气瓶气嘴101，储气瓶气嘴101内部有单向阀，储气瓶气嘴101通过电箱6右侧的小孔与外部相通，所述的电磁阀11安装在所述的电箱6内部底板上储气瓶10的两侧，两者之间有气管连通，所述的压力检测器12安装在所述的电箱6内部底板上中部，以上与电箱6外壳连接的元器件均做了密封处理，将电箱内部与外界做了防漏气措施。

所述的工业网络交换机1既能够通过工业以太网通讯与外部虚拟调试平台进行连接，又能够通过工业以太网通讯分别与人机界面2和PLC控制器4进行连接，负责各设备之间的通信；所述的电源适配器3能够将220VAC转换成24VDC分别供给人机界面2和工业网络交换机1，为系统设备提供电力；所述的PLC控制器4通过PLC内部通讯与输入输出模块5连接，所述的PLC控制器4根据现场设备的状态通过输入输出模块5输入进行处理和控制，其结果通过输入输出模块5输出反馈给现场设备；同时，所述的PLC控制器4与人机界面2通信，使得操作员可以监视和控制系统。所述的电源插头8能够连接外部电源，所述的按键开关7连接在电源插头8与电源适配器3之间，控制电路的通断。

所述的PLC控制器4是自动化系统的核心，主要用于处理和控制工业生产过程。它可以根据用户设计的程序，进行高速、高精度的逻辑判断以及数学运算，并能实现过程控制、运动控制等。

所述的输入输出模块5是PLC控制器4与现场设备连接的桥梁，将现场设备的状态（如开关状态，模拟量等）转化为电信号输入到PLC控制器4（输入模块），或将PLC控制器4的控制指令转化为电信号控制现场设备（输出模块）。因此，它们在PLC控制器4和现场设备之间进行数据交换。

所述的人机界面2是人与自动化设备交互的界面，使得操作员可以监视、操作和控制自动化设备。通常，人机界面2可以显示系统状态、报警信息、历史数据等，同时也可以接收操作员的控制指令，通过PLC控制器4实现对设备的控制。

所述的工业网络交换机1主要负责数据的传输和交换，使得PLC控制器4、人机界面2、输入输出模块5等设备可以在网络中高效、稳定地通信。它们通常在工业环境中工作，因此需要具备较高的环境适应性和鲁棒性。

所述的电源适配器3为上述设备提供稳定、安全的电能，保证系统的正常运行。在工业自动化系统中，电源的稳定性、安全性、可靠性非常重要。

所述的插线槽9与PLC控制器4通讯连接，能够连接外部的设备进行数据传输。

所述的电磁阀11为常闭型二位二通阀，进气口与储气瓶10相通，出气口朝向电箱6内部。电磁阀11与PLC控制器4通讯连接，阀口开合受PLC控制器4控制。

所述的压力检测器12与PLC控制器4通讯连接，能够检测电箱6内部的压力大小，当检测到电箱6内部的相对压力低于0.01Mpa时，会给PLC控制器4发送通知信号，PLC控制器4接收到信号后会控制电磁阀11打开阀口，将储气瓶10内的压缩空气释放出去，当压力检测器12检测到电箱6内部的相对压力达到检测电箱6内部的压力，会给PLC控制器4发送另一种通知信号，PLC控制器4接收到该信号后会控制电磁阀11关闭阀口，这样电箱6内部的压力就可以经常高于外部的压力了，电箱6外部的空气潮气无论多么高都不会进到电箱6内部对元器件造成影响，提高了该设备的适应性。

一种基于codesys平台的虚拟调试设备的工作流程如下：

初始化系统：所述的电源插头8连接好外部电源，按下所述的按键开关7，所述的电源适配器3启动，为所有设备提供必要的电力。所述的PLC控制器4启动并加载预设程序，所述的人机界面2启动并加载用户界面和相关设置，所述的输入输出模块5进行初始化，所述的工业网络交换机1启动并建立网络连接，连接虚拟调试平台。

信号输入：虚拟环境中的模拟设备（如传感器）产生信号，这些信号通过所述的输入模块5被转化为电信号。电信号然后通过工业网络交换机1发送到PLC控制器4。

信号处理：所述的PLC控制器4接收并解析输入模块发送的电信号，然后根据预设的控制逻辑生成控制指令。这些控制指令被发送到输出模块，同时，状态信息和控制结果可通过工业网络交换机1发送到人机界面2。

信号输出：所述的输出模块接收并解析PLC控制器4发送的控制指令，将其转化为可以控制模拟设备的信号（如执行器）。与此同时，人机界面2接收并展示PLC控制器4发送的状态信息和控制结果。

操作员交互：操作员通过人机界面2监视系统状态，并根据需要向PLC控制器4发送控制指令。例如，操作员可能需要改变某些参数，或者手动启动/停止某个过程。

循环调试：整个过程将持续进行，直到系统达到预期的性能，或者找到并修正了存在的问题。在每个循环中，PLC控制器4可能需要根据新的输入信号和/或操作员的指令进行新的控制决策。

通过这样的虚拟调试，可以在不影响实际生产的情况下测试和优化控制逻辑，也可以在不会造成设备损坏或人员伤害的情况下模拟各种极端或错误情况。这样可以在实际部署和启动之前找出并修正可能的问题，从而提高系统的运行效率和可靠性。

优选的，所述的人机界面2为HMI触控屏，具体可以选用威纶通TK8072IP，电源适配器3可以选用明纬型号2450，PLC控制器4可以选用汇川AM403，输入输出模块5可以选用汇川GL10_1600END。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于codesys平台的虚拟调试设备，其特征在于：主要包括工业网络交换机、人机界面、电源适配器、PLC控制器、输入输出模块、电箱、按键开关、电源插头、插线槽、储气瓶、电磁阀、压力检测器；所述的工业网络交换机嵌装在所述的电箱的前端面右侧下部，所述的人机界面嵌装在所述的电箱的前端面左侧中部，所述的PLC控制器嵌装在所述的电箱的前端面右侧中部，所述的输入输出模块嵌装在所述的电箱的前端面PLC控制器的右侧，所述电源适配器安装在所述的电箱内部底板左侧，所述的电箱后端面安装有盖电箱后盖，所述按键开关安装在所述的电箱顶板上，所述的电源插头安装在所述的电箱后盖左侧下方，所述的插线槽安装在所述的电箱后盖右侧中部，所述的储气瓶安装在所述的电箱内部底板右侧，所述的电磁阀安装在所述的电箱内部底板上储气瓶的左侧，所述的压力检测器安装在所述的电箱内部底板上中部。

2.根据权利要求1所述的一种基于codesys平台的虚拟调试设备，其特征在于：所述的人机界面为HMI触控屏。

3.根据权利要求1所述的一种基于codesys平台的虚拟调试设备，其特征在于：所述的储气瓶右侧有储气瓶气嘴，储气瓶气嘴内部有单向阀，储气瓶气嘴通过电箱右侧的小孔与外部相通。

4.根据权利要求1所述的一种基于codesys平台的虚拟调试设备，其特征在于：所述的电源适配器将220VAC转换成24VDC分别供给人机界面和工业网络交换机。

5.根据权利要求3所述的一种基于codesys平台的虚拟调试设备，其特征在于：所述的储气瓶与所述的电磁阀通过气管连通。

6.根据权利要求1所述的一种基于codesys平台的虚拟调试设备，其特征在于：所述的工业网络交换机既通过工业以太网通讯与外部虚拟调试平台进行连接，又通过工业以太网通讯分别与人机界面和PLC控制器进行连接，负责各设备之间的通信。

7.根据权利要求1所述的一种基于codesys平台的虚拟调试设备，其特征在于：所述的PLC控制器通过PLC内部通讯与输入输出模块连接，所述的PLC控制器根据现场设备的状态通过输入输出模块输入进行处理和控制，其结果通过输入输出模块输出反馈给现场设备，所述的PLC控制器与人机界面通信，使得操作员可以监视和控制系统。