1)从自动化工程项目开的角度来看
在工程开发初始阶段,控制装置未定型之时向客户展示控制系统的性能,让客户在工程开发过程中反馈意见,这样做无论对客户还是对系统开发人员,都有深刻意义,这种展示需要一套合适的被控对象模型[2]。另一方面,为了让工业控制设计人员,调试人员等了解工业场合的控制流程,验证针对各种具体工业控制对象编制或开发的PLC程序是否正确,需要各种实际工业设备或验证设备[3]。但各种实物模型不但制造困难,而且成本不低,文护和收藏都不容易,同时在验证过程中由于不能保证程序完全正确,还有可能存在安全问题。用PC机上的模拟被控对象来代替实物验证装置可以很好解决这些问题。
2)从PLC教学的角度来看
PLC是高等院校自动化等专业的一门重要专业课程,许多院校开设了本课程,他是一门实用性很强的课,是自动化行业三大技术(机器人,CAD/CAM,PLC)之一[4]。而对于本课程的教学,实验环节起着关键作用,需要学校有着丰富的实现设备,其中控制对象是必不可少。PLC控制对象可以是实物模型,它能很好的体现PLC控制系统工作过程,但实物控制对象制造成本高,文护难;目前大多数实验室使用指示灯模拟PLC控制对象工作过程,和实物模型相比成本较低,但是也存在文护难,种类少,运行结果不形象等缺点,无法提高学习兴趣,不能满足实验课的需要[5]。采用PC机上的模拟被控对象是一个很好的选择。
PC机上的模拟被控对象可以仿真各种实际被控对象,用图形方式动画显示对象的主要动作,能够被PLC控制,将实时状态信号返回给PLC。和实际对象或机械模型相比,模拟被控对象有许多优点:制作方便、成本低廉、功能组合灵活、通过更换软件即可实现各种控制系统、文护简单(无机械故障)、能大大提高设备利用率、灵活有效地开发更多实验项目、综合运用自动控制设备及软件、提高学生的学习兴趣、改善教学效果、丰富学生工程经验[6]。
1.1.3 系统仿真介绍
一个完善的PLC控制系统通常有三个部分组成:作为控制器的PLC、被控对象(如电梯,电镀自动线,全自动洗衣机等)和PC机。其中PC机用来编写、调试、下载PLC程序并实现对系统的监控。
在PLC应用和教学领域引入仿真技术,可以实现两种类型的PLC虚拟仿真系统:全软件模拟系统和半实物仿真系统。
1)全软件模拟系统
也叫虚拟联动仿真[7]系统,即只在一台计算机(包括没有串口的笔记本电脑)上即可调试PLC程序,验证控制对象的动作是否满足要求。可以不受硬件和场地的限制,在没有PLC的情况下预先编制调试PLC程序,必要时再与实际PLC连接,进一步可以通过Web发布将平台与各个终端相联,实现远程共享,形成具有本机调试,上下位机控制及网络连接的完整现代实验平台[8]。
2)半实物仿真系统(也叫虚实联动仿真或硬件在回路仿真[9])
是指在对某些系统的研究中,把数学模型和物理模型连接起来进行试验,对系统的一部分建立虚拟模型,编写程序在计算机运行,同时将系统的实物部分接入仿真回路进行试验。这里又可以分为两种:
a)将计算机作为控制器,将被控对象作为实物部分直接放置在仿真回路中。
b)实物部分为控制器,模拟被控对象作为虚拟部分。
通常采用第二种方法。这种方法的优点在于开发人员只需编写被控对象,然后与实物PLC连接通讯所以容易实现,大大降低开发周期,增强真实感,提高开发效率和产品的可靠性[10-11]。
1.2 研究现状及发展趋势
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