半实物计算机仿真网络实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半实物计算机仿真网络实验装置，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。本发明专利技术是接近于真实工业现场的实验平台，以满足工业现场的应用开发需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实验装置，具体涉及ー种半实物计算机仿真网络实验装置。
技术介绍
半实物仿真是ー种紧跟时代技术潮流、发展迅速并广泛应用于エ业各领域的仿真技术，它在各种仿真系统中置信度最高，具有有效性强、可重复性、经济、安全性高等优点。平台由生产过程控制系统和虚拟过程控制对象组成，但是目前还处于研究试应用阶段。针对エ业生产过程，过程自动化控制系统的开发、实施、调试与优化，減少目前依赖于实际系统的反复试验与调整。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半实物计算机仿真网络实验装置，基于半实物仿真和网络虚拟实验室技术，搭建半实物仿真虚拟网络实验系统实现半实物仿真平台，通过实现信息在控制工程实际应用软件与实验系统内数值计算软件的双向互动和高效利用，提高对エ业系统的感知和控制能力。本专利技术的技术解决方案是该实验装置通过各物理组件之间的接ロ联接和数据传递，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エ业现场的半实物仿真技术的协同与融合实验。本专利技术引入虚拟实验室技术，通过网络构建远程实验环境，由计算机在网络中进行模拟实验，以较低的成本进行复杂控制算法的研究，验证实际控制系统的性能，既可以满足エ业现场的应用开发需求，又可以满足控制算法的研究和高校实验教学要求。附图说明图1为熔融石英炉半实物仿真平台硬件框架图。图2为图1的软件结构框图。图3为图2的MATLAB与研华硬件接ロ框图。图4为图2的M0VIC0N集成的Siemens驱动配置图。图5为图1的熔融石英炉模型的三层神经网络结构图。图6为图5的BP网络误差曲线图。图7为图4的M0VIC0N实现熔融石英炉组态画面WEB发布。图8为A相电极电流的网络输出与实测数据比较图。图9为B相电极电流的网络输出与实测数据比较图。图10为C相电极电流的网络输出与实测数据比较图。具体实施例方式下面针对熔融石英炉的控制模型及神经网络控制算法，建立熔融石英炉半实物仿真平台，基于虚拟的エ业现场的实验平台对熔融石英炉的控制模型及控制算法进行研究。如图1-10所示，采用MATLAB作为虚拟对象软件开发平台，结合神经网络建模技术，建立熔融石英炉仿真模型，模拟现场实际生产装置；MATLAB Web Server是MATLAB具有网络计算功能的核心工具包之一，结合B/S (Brower/ Server)技术具有开放性、低成本、统一的界面。从工程应用角度考虑，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M0VIC0N，组态模拟熔融石英炉装置画面，实现人机交互功能，M0VIC0N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, M0VIC0N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，数据存储的容量庞大，性能稳定；STEP7和M0VIC0N之间通过PLC控制器实现数据交互，两者功能強大、性能稳定的优势有效结合。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，构架图见图1。上位机采用DELLエ控机安装西门子编程软件STEP7和组态软件M0VIC0N及人机界面组态软件； PLC控制系统硬件采用欧辰S0FTLINK 300系列(STEP7完全兼容S0FTLINK 300系列硬件)PLC，配置5A电源模块I个，CPU主站315-2DP01模块I个，从站頂153模块I个，300系列Al (331-1KF01)、A0(332-5HD01)模块各I个，DI/DO模块采用RT300系列远程DIO模块133-1BL01 (16路DI和16路D0)，灵活实现开关量信号的配置，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M0VIC0N 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熔融石英炉模型平台配PC机I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。软件是仿真实验系统的核心，决定了仿真实验系统的水平；熔融石英炉半实物仿真软件平台有三部分组成，即上位机采用STEP7作为编程软件，人机界面采用意大利PROGEA公司的M0VIC0N作为组态软件，虚拟对象软件开发平台采用MATLAB软件，实现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，结构如图2。上位机和PLC系统之间接ロ采用S0FTLINK提供的MPILINK编程接ロ，MP1-串口和MP1-USB两种通信连接方式，即通过标准COM ロ或USB接ロ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，MP1-USB实现从USB接ロ到MPI的转换，步骤为在S7工具栏中选择“Options” — “Set PG/PC Interface”，在弹出窗 ロ 的“Access Point of the Application” 选项中选择 “Step7_PC Adapter (MPI),然后双击“PC Adapter(MPI) ”，选择合适的连接端ロ，一般情况下系统安装驱动后会自动识别。PLC系统采用PR0FIBUS-DP现场总线技术，PR0FIBUS总线是国际化、开放性、通用的标准现场总线之一，主要用于エ厂自动化车间级和现场设备层之间数据通信和控制。PLC系统和VIPA触摸屏之间采用MPI/DP接ロ，运行在WIN CE5. 0环境下的M0VIC0N XCE系统支持的通讯驱动可以是串ロ或以太网，还可以通过OPC与其他设备进行通讯，它对应Siemens PLC的是S7 MPI/DP，采用Prof ibus-DP通讯协议，安装M0VIC0N XCE后，将驱动程序安装在系统MovXCE目录的Drivers子目录下，在Win CE系统中运行时创建一个连接到文件MovXCE. exe的路径和名称，在〃HKEY_LOCAL_MACHINE\Init〃下建立ー个新键Launch90或者大于Launch50的值，指定其值为执行文件“MovXCE. exe”，然后执行保存，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帯的信号调理模块，PCL-818L是ー款优秀的多功能数据采集板，有16个单通道或者8对差分Al功能，12位A/D转换功能，软件选择 Al范围，同时提供16位DI/0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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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M0VIC0N，组态模拟熔融石英炉装置画面，实现人机交互功能，M0VIC0N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,M0VIC0N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M0VIC0N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M0VIC0N及人机界面组态软件；PLC控制系统的硬件采用欧辰S0FTLINK 300系列PLC，配置5A电源模块I个，CPU 主站 315-2DP01 模块 I 个，从站 IM153 模块 I 个,300 系列 AI331-1KF01、A0332-5HD01模块各I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. O操作系统装载M0VIC0N 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I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M0VIC0N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S0FTLINK提供的MPILINK编程接口，MP1-串口和MP1-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，MP1-USB实现从USB接口到MPI的转换，步骤为在S7工具栏中选择“Options”一“Set PG/PC Interface”,在弹出窗口的“Access Point of the Application”选项中选择“Step7_PCAdapter (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PR0FIBUS-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. O环境下的M0VIC0N 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M0VIC0N 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，HKEYJOCAI^MACHINEXInit〃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Al功能，12位A/D转换功能，软件选择Al范围，同时提供16位DI/Ο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(T+5V，(T+10V，+/-5V，+/-1OV和Γ20πιΑ电流环，将Γ20πιΑ电流信号送到PLC的Al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O;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> , O);addline(dio, 0:7，1，’ in’)；4)读取数字量通道值temp=getvalue(dio);in_data=temp(:, 0:...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建伟，赵朋可，宋书中，曹哲，
申请(专利权)人：河南科技大学东海硅产业节能技术研究院，
类型：发明
国别省市：