[發明專利]一種控制系統半實物仿真平臺

在審

• 申請號: 202010063457.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111103811A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 趙千川;楊文;李學良
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G05B19/05
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 冀志華

本發明公開了一種控制系統半實物仿真平臺，包括真實PLC控制子系統、虛擬仿真子系統、建模子系統；真實PLC控制子系統根據待模擬的工業現場真實控制系統搭建，且設置有待模擬工業現場真實控制系統中的控制程序和監控程序，并基于虛擬仿真子系統發送的輸出信號執行控制程序；虛擬仿真子系統用于驅動由建模子系統提供的虛擬模型，并將虛擬模型的輸出信號發送給真實PLC控制子系統；建模子系統用于構建虛擬模型，并將虛擬模型注入到仿真子系統。采用本發明的半實物混合仿真平臺能滿足一類采用PLC為控制器的工業控制系統仿真需要，能夠從工業系統物理機理和數據分析兩個方面開展建模工作，具有較好的適應性、擴展性和復用性。

技術領域

本發明涉及PLC工業控制技術領域，特別涉及一種控制系統半實物仿真平臺。

背景技術

在工業自動控制領域，基于PLC的控制系統普遍存在，在這類自動化系統的工程實踐中，始終存在改進系統的結構和工藝設計，優化控制算法，開展操作訓練培訓等諸多需求。然而，由于構建包括真實物理對象的工業控制系統代價過于巨大，所以通過計算機技術進行模擬仿真就成了研究的首選策略。在飛行器、船舶駕駛等領域，半實物仿真在人員培訓方面發揮了重要作用，但是在工業自動控制領域，特別是針對PLC控制系統的仿真平臺和工具還鮮有報道，主要原因是工業系統涉及機、電、固、氣、液等多種物理對象和物理過程，系統內部和系統之間相互關聯耦合，需要開放、可擴展、適應性強的仿真平臺。

公開號為CN109100955A的中國發明專利公開了一種半實物仿真控制試驗平臺及其試驗方法，該試驗平臺包括：實驗室控制器I、計算機及其上的數學軟件，以及由所述數學軟件對工業現場真實被控對象建模得到的虛擬被控對象。所述控制器I通過計算機對虛擬被控對象進行仿真控制時，控制參數可在控制器I上反復調整進行優化，優化后的控制參數可提供給工業現場控制真實被控對象的現場控制器II。但是，該發明所述控制器I與運行虛擬被控對象的計算機采用TCPIP通訊，而真實系統中PLC控制器與被控對象是通過硬件IO接口以總線方式進行通訊的，因此該方法只能對控制系統的控制參數進行優化，無法完全仿真控制器與被控對象之間的信息交互，而這一信息交互過程涉及控制軟件的控制時序和控制邏輯，是控制程序的重要組成部分。

公開號為CN107678307A的中國發明專利公開了一種半實物仿真測試方法、裝置及系統，該發明所述該半實物仿真測試方法包括接收用戶選擇的測試項目，該測試項目關聯有測試項目標識，調用項目對應的測試工具包中的測試程序，生成并發送測試指令至對應的控制器，以使控制器發送執行指令至數據采集設備，根據測試項目標識，從服務器中調取數據采集設備發送的運動參數其中該數據采集設備包括加載有實時仿真模型的下位機調用測試項目標識對應的測試工具包中的評價程序，對該運動參數進行分析計算，獲取測試結果。該發明的虛擬仿真對象僅限于機器人模型，且該發明的半實物仿真測試方法結構也區別于一般PLC工業控制系統的真實結構，因此該發明的方法不適用于基于PLC的工業自動化系統的仿真。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種控制系統半實物仿真平臺，該半實物仿真平臺能滿足一類采用PLC為控制器的工業控制系統仿真需要，能夠從工業系統物理機理和數據分析兩個方面開展建模工作，具有較好的適應性、擴展性和復用性。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種控制系統半實物仿真平臺，其包括真實PLC控制子系統、虛擬仿真子系統、建模子系統；所述真實PLC控制子系統根據待模擬的工業現場真實控制系統搭建，且設置有待模擬工業現場真實控制系統中的控制程序和監控程序，并基于所述虛擬仿真子系統發送的輸出信號執行所述控制程序；所述虛擬仿真子系統用于驅動由所述建模子系統提供的虛擬模型，并將所述虛擬模型的輸出信號發送給所述真實PLC控制子系統；所述建模子系統用于構建所述虛擬模型，并將所述虛擬模型注入到所述仿真子系統。