專利名稱：半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實驗裝置，具體涉及ー種半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置。
背景技術(shù)：
半實物仿真是ー種緊跟時代技術(shù)潮流、發(fā)展迅速并廣泛應(yīng)用于エ業(yè)各領(lǐng)域的仿真技術(shù)，它在各種仿真系統(tǒng)中置信度最高，具有有效性強、可重復(fù)性、經(jīng)濟、安全性高等優(yōu)點。平臺由生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和虛擬過程控制對象組成，但是目前還處于研究試應(yīng)用階段。針對エ業(yè)生產(chǎn)過程，過程自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)、實施、調(diào)試與優(yōu)化，減少目前依賴于實際系統(tǒng)的反復(fù)試驗與調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，基于半實物仿真和網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室技術(shù)，搭建半實物仿真虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)實現(xiàn)半實物仿真平臺，通過實現(xiàn)信息在控制工程實際應(yīng)用軟件與實驗系統(tǒng)內(nèi)數(shù)值計算軟件的雙向互動和高效利用，提高對エ業(yè)系統(tǒng)的感知和控制能力。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該實驗裝置通過各物理組件之間的接ロ聯(lián)接和數(shù)據(jù)傳遞，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)遠程實驗環(huán)境，由計算機網(wǎng)絡(luò)對實際控制系統(tǒng)進行模擬實驗，在實驗室環(huán)境中進行エ業(yè)現(xiàn)場的半實物仿真技術(shù)的協(xié)同與融合實驗。本發(fā)明引入虛擬實驗室技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建遠程實驗環(huán)境，由計算機在網(wǎng)絡(luò)中進行模擬實驗，以較低的成本進行復(fù)雜控制算法的研究，驗證實際控制系統(tǒng)的性能，既可以滿足エ業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用開發(fā)需求，又可以滿足控制算法的研究和高校實驗教學(xué)要求。


圖1為熔融石英爐半實物仿真平臺硬件框架圖。圖2為圖1的軟件結(jié)構(gòu)框圖。圖3為圖2的MATLAB與研華硬件接ロ框圖。圖4為圖2的M0VIC0N集成的Siemens驅(qū)動配置圖。圖5為圖1的熔融石英爐模型的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖6為圖5的BP網(wǎng)絡(luò)誤差曲線圖。圖7為圖4的M0VIC0N實現(xiàn)熔融石英爐組態(tài)畫面WEB發(fā)布。圖8為A相電極電流的網(wǎng)絡(luò)輸出與實測數(shù)據(jù)比較圖。圖9為B相電極電流的網(wǎng)絡(luò)輸出與實測數(shù)據(jù)比較圖。圖10為C相電極電流的網(wǎng)絡(luò)輸出與實測數(shù)據(jù)比較圖。
具體實施例方式下面針對熔融石英爐的控制模型及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法，建立熔融石英爐半實物仿真平臺，基于虛擬的エ業(yè)現(xiàn)場的實驗平臺對熔融石英爐的控制模型及控制算法進行研究。如圖1-10所示，采用MATLAB作為虛擬對象軟件開發(fā)平臺，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)，建立熔融石英爐仿真模型，模擬現(xiàn)場實際生產(chǎn)裝置；MATLAB Web Server是MATLAB具有網(wǎng)絡(luò)計算功能的核心工具包之一，結(jié)合B/S (Brower/ Server)技術(shù)具有開放性、低成本、統(tǒng)
一的界面。從工程應(yīng)用角度考慮，采用主流的STEP7作為控制軟件，結(jié)合PLC系統(tǒng)硬件實現(xiàn)控制計算功能，人機交互軟件采用意大利PROGEA公司的M0VIC0N，組態(tài)模擬熔融石英爐裝置畫面，實現(xiàn)人機交互功能，M0VIC0N基于完全開放的XML結(jié)構(gòu)和WEB技術(shù)，通過支持Java的web瀏覽訪問web server, M0VIC0N既可以在WINDOWS 2000/XP系統(tǒng)上運行，也可以在WIN CE系統(tǒng)上運行，采用實時數(shù)據(jù)庫作為實時數(shù)據(jù)的存儲工具，數(shù)據(jù)存儲的容量龐大，性能穩(wěn)定；STEP7和M0VIC0N之間通過PLC控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，兩者功能強大、性能穩(wěn)定的優(yōu)勢有效結(jié)合。半實物仿真平臺包括上位機、PLC控制系統(tǒng)、人機界面系統(tǒng)、熔融石英爐虛擬對象系統(tǒng)和外圍網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)架圖見圖1。上位機采用DELLエ控機安裝西門子編程軟件STEP7和組態(tài)軟件M0VIC0N及人機界面組態(tài)軟件；
PLC控制系統(tǒng)硬件采用歐辰S0FTLINK 300系列(STEP7完全兼容S0FTLINK 300系列硬件)PLC，配置5A電源模塊I個，CPU主站315-2DP01模塊I個，從站頂153模塊I個，300系列Al (331-1KF01)、A0(332-5HD01)模塊各I個，DI/DO模塊采用RT300系列遠程DIO模塊133-1BL01 (16路DI和16路D0)，靈活實現(xiàn)開關(guān)量信號的配置，PLC系統(tǒng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集和控制回路的自動控制；
人機界面系統(tǒng)配置VIPA HMI，基于WIN CE 5.0操作系統(tǒng)裝載M0VIC0N XCE組態(tài)軟件以實現(xiàn)人機交互，操作系統(tǒng)支持Windows 2000/2003 Server/XP ；
熔融石英爐虛擬對象系統(tǒng)熔融石英爐模型平臺配PC機I臺，安裝Matlab軟件，選用研華數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模型和PLC系統(tǒng)之間的連接，包括信號數(shù)據(jù)采集板卡和信號調(diào)理板；
外圍網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括防火墻、網(wǎng)關(guān)和客戶端。軟件是仿真實驗系統(tǒng)的核心，決定了仿真實驗系統(tǒng)的水平；熔融石英爐半實物仿真軟件平臺有三部分組成，即上位機采用STEP7作為編程軟件，人機界面采用意大利PROGEA公司的M0VIC0N作為組態(tài)軟件，虛擬對象軟件開發(fā)平臺采用MATLAB軟件，實現(xiàn)模擬實際熔融石英爐運行過程中的電流和電極調(diào)節(jié)特性，并和PLC控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，結(jié)構(gòu)如圖2。上位機和PLC系統(tǒng)之間接ロ采用S0FTLINK提供的MPILINK編程接ロ，MP1-串口和MP1-USB兩種通信連接方式，即通過標準COM ロ或USB接ロ使計算機和可編程序控制器主間通過編程軟件實現(xiàn)連接；RS-232具有波特率自動探測功能，適應(yīng)從9. 6到115Kbaud范圍內(nèi)的通訊速率，標準速率為187. 5Kbit/s或19. 2Kbit/s ;在安裝驅(qū)動后，MP1-USB實現(xiàn)從USB接ロ到MPI的轉(zhuǎn)換，步驟為在S7工具欄中選擇“Options” — “Set PG/PC Interface”，在彈出窗 ロ 的“Access Point of the Application” 選項中選擇 “Step7_PC Adapter (MPI),然后雙擊“PC Adapter(MPI) ”，選擇合適的連接端ロ，一般情況下系統(tǒng)安裝驅(qū)動后會自動識別。PLC系統(tǒng)采用PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，PR0FIBUS總線是國際化、開放性、通用的標準現(xiàn)場總線之一，主要用于エ廠自動化車間級和現(xiàn)場設(shè)備層之間數(shù)據(jù)通信和控制。PLC系統(tǒng)和VIPA觸摸屏之間采用MPI/DP接ロ，運行在WIN CE5. 0環(huán)境下的M0VIC0N XCE系統(tǒng)支持的通訊驅(qū)動可以是串ロ或以太網(wǎng)，還可以通過OPC與其他設(shè)備進行通訊，它對應(yīng)Siemens PLC的是S7 MPI/DP，采用Prof ibus-DP通訊協(xié)議，安裝M0VIC0N XCE后，將驅(qū)動程序安裝在系統(tǒng)MovXCE目錄的Drivers子目錄下，在Win CE系統(tǒng)中運行時創(chuàng)建一個連接到文件MovXCE. exe的路徑和名稱，在〃HKEY_LOCAL_MACHINE\Init〃下建立ー個新鍵Launch90或者大于Launch50的值，指定其值為執(zhí)行文件“MovXCE. exe”，然后執(zhí)行保存，實現(xiàn)啟動時自動運行。PLC系統(tǒng)和仿真模型之間通過研華數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)信號調(diào)理和傳輸，選用研華PCL-818L和PCL727兩種數(shù)據(jù)采集板卡及附帯的信號調(diào)理模塊，PCL-818L是ー款優(yōu)秀的多功能數(shù)據(jù)采集板，有16個單通道或者8對差分Al功能，12位A/D轉(zhuǎn)換功能，軟件選擇 Al范圍，同時提供16位DI/0功能，與TTL/DTL電平兼容，具有軟件編程、可編程調(diào)速及外部脈沖三種靈活的觸發(fā)方式；數(shù)據(jù)傳送通過編程控制、中斷處理、DMA方式；帶光電隔離的PCLD-782調(diào)理板將歐辰133-1BL01模塊的DO信號經(jīng)過繼電器處理送給PCL-818L ；PCL727提供具有12位分辨率雙緩沖D/A轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出通道，每個通道的輸出范圍(T+5V，(T+10V，+/-5V，+/-1OV和4 20mA電流環(huán)，將4 20mA電流信號送到PLC的Al模塊，每個模擬量輸出通道都帶有ー個保險絲，對板卡、PC及電流控制設(shè)備起到浪涌保護作用。研華數(shù)采模塊和MATLAB之間通訊通過MATLAB的DAQ工具箱實現(xiàn)，具體見圖3 ;首先安裝研華數(shù)采模塊自帶的驅(qū)動，然后調(diào)用Matlab中自帶函數(shù)即可方便實現(xiàn)Matlab中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)采集板上；數(shù)字量操作方法步驟如下
1)創(chuàng)建數(shù)字量輸入輸出對象“dio”；
2)添加板卡名字“advantech”,通道選擇0 ;
3)添加數(shù)字量輸入輸出通道，寫明是輸入“in”或者輸出“out”； dio=digitalio( <Advantech> , 0);
addline(dio,0:7， 1， ’ in’ )；
4)讀取數(shù)字量通道值 temp=getvalue(dio); in_data=temp(:, 0:7);
模擬量操作方法和數(shù)字量方法相同；
組態(tài)軟件M0VIC0N支持SIEMENS、歐姆龍、Beckhoff多家一流控制系統(tǒng)廠商的軟件，M0VIC0N軟件中集成了 SIEMENS產(chǎn)品的驅(qū)動，兩者之間通過PLC控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，圖4所示為SIEMENS S7-MPI PC Adapter通訊驅(qū)動的設(shè)置；其步驟總結(jié)如下
1)在項目瀏覽器中選擇“實時數(shù)據(jù)庫”資源，然后鼠標右鍵選擇“増加通訊驅(qū)動”，會出現(xiàn)ー個驅(qū)動程序列表，列表按PLC制造商分類,選擇Siemens的“PC Adapter”協(xié)議；
2)配置驅(qū)動程序,在窗ロ“Mpi PC Adapter”中，“General ”保持缺省值，“Stations”中用“Add”按鈕來增加通訊站進行通訊，在新建站中，“Station ID”設(shè)置PLC的MPI站號為2，“Station Name”設(shè)置“エ廠I ”，“Port”設(shè)定串行通訊ロ C0M1，相應(yīng)值為I ； 3)配置好后，檢查PLC以及設(shè)置并連接計算機，通過“TestCable/Comm”檢查通訊設(shè)置是否正常；
4)PLC的物理地址與M0VIC0N的實時數(shù)據(jù)庫變量列表對應(yīng)，在“實時數(shù)據(jù)庫”的“變量”列表中逐一添加變量，通過Tasks屬性將PLC的物理地址連接到M0VIC0N的實時數(shù)據(jù)庫變量。MATLAB Web Server是MATLAB具有網(wǎng)絡(luò)計算功能的核心工具包之一，利用它建立遠程仿真應(yīng)用系統(tǒng)，用戶通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器，利用Matlab Web Server完成計算任務(wù)，其功能通過Matlab和Web服務(wù)(米用Apache2. 2)協(xié)作完成，Matlab Web Server主要組件
1)Matweb是MatlabWeb Server的TCP/IP客戶程序，它利用公共網(wǎng)關(guān)接ロ(CGI)從輸入的HTML文件中提取用戶數(shù)據(jù)傳遞給Matlabserver,然后MatlabserverAmatweb. m文件中獲取相應(yīng)的mlmfile值去運行指定的M文件；Matweb. conf是matweb和matlab WebServer通信的配置文件，包含了應(yīng)用程序名、服務(wù)器名和應(yīng)用程序所在的路徑等；
2)MatlabServer是多線程的TCP/IP服務(wù)器，處理Web應(yīng)用程序和Matlab之間的通信，通過文件matlabserver. conf偵聽任何一個合法的TCP/IP端ロ ；
3)Matweb. m文件是Matlab Web Server的主入口點，在Web網(wǎng)頁、MATLAB、M文件三者之間建立聯(lián)系；
Web功能實現(xiàn)
1)主頁index,html定義了框架結(jié)構(gòu)，HTML輸入文檔向matlab提交數(shù)據(jù)參數(shù)；
2)HTML輸出文檔顯示matlab的計算結(jié)果；
3)M文件處理輸入數(shù)據(jù)和進行分析計算。熔融石英爐半實物仿真系統(tǒng)采用MATLAB Web Server，能隨時隨地的利用Internet方便快捷地實現(xiàn)遠程交互式仿真實驗；實際應(yīng)用中，MOVICON軟件也提供Web技術(shù)服務(wù)，它基于JAVA瘦客戶機技術(shù)，信息發(fā)布和數(shù)據(jù)訪問基于Web結(jié)構(gòu)，客戶端以通用的web瀏覽器作為運行平臺，不僅簡化了客戶端，而且所有的功能都在Web服務(wù)器實現(xiàn)，所有的信息都通過Web發(fā)布，通過局域網(wǎng)或エ業(yè)以太網(wǎng)或INTERNET訪問M0VIC0N的畫面和數(shù)據(jù)，并且它的整個功能集成在M0VIC0N中，其實際應(yīng)用配置如下
1)在服務(wù)器側(cè)安裝HS，并設(shè)置每臺計算機的TCP/IP協(xié)議；
2)進行M0VIC0N組態(tài)設(shè)定，打開設(shè)計好的M0VIC0N項目，在項目瀏覽器的“窗ロ”選擇要出現(xiàn)在客戶端瀏覽器的初始畫面，右鍵選擇“以此窗ロ建立WebClientXhtml網(wǎng)頁”，井根據(jù)提示做相關(guān)設(shè)置；
3)完成設(shè)置后，M0VIC0N將自動運行M0VIC0N項目，并打開瀏覽器，在IE中就看到與M0VIC0N軟件中同樣的畫面，并進行畫面切換，數(shù)據(jù)修改；瀏覽器的地址欄http://localhost/ 溶融石英爐系統(tǒng) / 主畫面.html,含義為http://〈ServerIPAddress>/〈VirtualDirectory>/<SynopticName入 ntml ；
4)通過INTERNET訪問時，用該機IP替換上面localhost;如果計算機是通過路由器連接INTERNET，在路由器做端ロ -1P地址進行設(shè)置，將TCP12233端ロ對應(yīng)到運行M0VIC0N的計算機的IP地址，WEB發(fā)布實現(xiàn)見圖7。熔融石英爐在熔煉方式上屬于礦熱電弧爐的ー種，亦稱埋弧爐或電弧電阻爐，電氣特性上它是ー種劇烈變動的非線性負荷，熔融石英爐與電弧爐在原理上相同，同屬于非線性、時變、純滯后系統(tǒng)，在具體類別、工作過程和方式上存在著一定的差別，控制方法上也要采用不同的方式；熔融石英爐屬于礦熱爐，具有非線性、時變、純滯特性；選擇基于改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立熔融石英爐的控制模型，為滿足模型精度要求，包含一個隱層的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，見圖5;設(shè)第I個樣本輸入向量Al= (all，al2,…，aln)，維數(shù)為9，隱層有n個神經(jīng)元，輸出層包含3個神經(jīng)元，實際輸出向量Cl= (cll，cl2，…，clq)，q=3，對應(yīng)的希望輸出向量為Yl= (yll, yl2,，ylq);熔融石英爐運行過程中，輸入向量由K時刻的3個電流值及當前的6個控制器輸出信號組成，輸出向量為K+1時刻的3個電流，故選取輸入層節(jié)點數(shù)為9，輸出層節(jié)點數(shù)為3 ;以某熔融石英爐生產(chǎn)裝置運行實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，選取訓(xùn)練樣本集，對建立的虛擬熔融石英爐對象模型進行訓(xùn)練和實驗驗證；選用3000組數(shù)據(jù)訓(xùn)練，100組數(shù)據(jù)驗證；調(diào)用主要函數(shù)和過程如下
net=newff (minmax (P), [25, 3], { ‘tansig’ , ’ purelin’ }, ’ traingd’ ) ; % 建立一個前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
net. trainParam.1r = 0.05; %訓(xùn)練學(xué)習(xí)比率 net. trainParam. epochs=500; % 訓(xùn)練次數(shù) net. trainParam. goal=3*le_3; % 訓(xùn)練目標net=train (net, P，T) ; %對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練
P為訓(xùn)練樣本，T為測試樣本，當熔融石英爐神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差性能達到目標值時，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束，經(jīng)多次訓(xùn)練后形成的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型為9-25-3結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)誤差曲線見圖6。首先確定控制系統(tǒng)的輸入量和輸出量信號，然后結(jié)合現(xiàn)場實際，采用基于規(guī)則推理的控制方法，設(shè)計控制規(guī)則；根據(jù)控制程序設(shè)計遵循的要求，將控制功能分為幾個子功能塊設(shè)計，初始化、電流設(shè)定、エ況識別、排氣、打料、電極升降控制，實驗結(jié)果見圖8、圖9和圖10。
權(quán)利要求
1.半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是該實驗裝置通過各物理組件之間的接口聯(lián)接和數(shù)據(jù)傳遞，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)遠程實驗環(huán)境，由計算機網(wǎng)絡(luò)對實際控制系統(tǒng)進行模擬實驗，在實驗室環(huán)境中進行工業(yè)現(xiàn)場的半實物仿真技術(shù)的協(xié)同與融合實驗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是采用MATLAB作為虛擬對象軟件平臺，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)，建立熔融石英爐仿真平臺，模擬現(xiàn)場生產(chǎn)裝置；采用主流的STEP7作為控制軟件，結(jié)合PLC系統(tǒng)硬件實現(xiàn)控制計算功能，人機交互軟件采用意大利PROGEA公司的M0VIC0N，組態(tài)模擬熔融石英爐裝置畫面，實現(xiàn)人機交互功能，M0VIC0N基于完全開放的XML結(jié)構(gòu)和WEB技術(shù),通過支持Java的web瀏覽訪問web server,M0VIC0N既可以在WINDOWS 2000/XP系統(tǒng)上運行，也可以在WIN CE系統(tǒng)上運行，采用實時數(shù)據(jù)庫作為實時數(shù)據(jù)的存儲工具，STEP7和M0VIC0N之間通過PLC控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；半實物仿真平臺包括上位機、PLC控制系統(tǒng)、人機界面系統(tǒng)、熔融石英爐虛擬對象系統(tǒng)和外圍網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，上位機采用DELL工控機安裝西門子編程軟件STEP7和組態(tài)軟件M0VIC0N及人機界面組態(tài)軟件；PLC控制系統(tǒng)的硬件采用歐辰S0FTLINK 300系列PLC，配置5A電源模塊I個，CPU 主站 315-2DP01 模塊 I 個，從站 IM153 模塊 I 個,300 系列 AI331-1KF01、A0332-5HD01模塊各I個，DI/DO模塊采用RT300系列遠程DIO模塊133-1BL01，PLC系統(tǒng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集和控制回路的自動控制；人機界面系統(tǒng)配置VIPA HMI，基于WIN CE 5. O操作系統(tǒng)裝載M0VIC0N XCE組態(tài)軟件以實現(xiàn)人機交互，操作系統(tǒng)支持Windows 2000/2003 Server/XP ;熔融石英爐虛擬對象系統(tǒng)配PC機I臺，安裝Matlab軟件，選用研華數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模型和PLC系統(tǒng)之間的連接，包括信號數(shù)據(jù)采集板卡和信號調(diào)理板；外圍網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括防火墻、網(wǎng)關(guān)和客戶端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是仿真平臺的核心是軟件，熔融石英爐半實物仿真軟件平臺有三部分組成，上位機采用STEP7作為編程軟件，人機界面采用意大利PROGEA公司的M0VIC0N作為組態(tài)軟件，虛擬對象軟件開發(fā)平臺采用MATLAB軟件，模擬實際熔融石英爐運行過程中的電流和電極調(diào)節(jié)特性，并和PLC控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互；上位機和PLC系統(tǒng)之間接口采用S0FTLINK提供的MPILINK編程接口，MP1-串口和MP1-USB兩種通信連接方式，通過標準COM 口或USB接口使計算機和可編程序控制器主間通過編程軟件實現(xiàn)連接；RS_232具有波特率自動探測功能，適應(yīng)從9. 6到115Kbaud范圍內(nèi)的通訊速率，標準速率為187. 5Kbit/s或19. 2Kbit/s ;在安裝驅(qū)動后，MP1-USB實現(xiàn)從USB接口到MPI的轉(zhuǎn)換，步驟為在S7工具欄中選擇“Options”一“Set PG/PC Interface”,在彈出窗口的“Access Point of the Application”選項中選擇“Step7_PCAdapter (MPI)，然后雙擊“PC Adapter (MPI) ”，選擇合適的連接端口，一般情況下系統(tǒng)安裝驅(qū)動后會自動識別；PLC系統(tǒng)采用PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)；PLC系統(tǒng)和VIPA觸摸屏之間采用MPI/DP接口，運行在WIN CE5. O環(huán)境下的M0VIC0N XCE系統(tǒng)支持的通訊驅(qū)動是串口或以太網(wǎng)，或通過OPC與其他設(shè)備進行通訊，它對應(yīng)Siemens PLC的是S7 MPI/DP，采用Profibus-DP通訊協(xié)議，安裝M0VIC0N XCE后，將驅(qū)動程序安裝在系統(tǒng)MovXCE目錄的Drivers子目錄下,在Win CE系統(tǒng)中運行時創(chuàng)建連接到文件MovXCE. exe的路徑和名稱，"HKEYJOCAI^MACHINEXInit〃下建立一個新鍵Launch90或者大于Launch50的值，指定其值為執(zhí)行文件“MovXCE. exe”，執(zhí)行保存，實現(xiàn)啟動時自動運行； PLC系統(tǒng)和仿真模型之間通過研華數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)信號調(diào)理和傳輸，選用研華PCL-818L和PCL727兩種數(shù)據(jù)采集板卡及附帶的信號調(diào)理模塊，PCL-818L有16個單通道或者8對差分Al功能，12位A/D轉(zhuǎn)換功能，軟件選擇Al范圍，同時提供16位DI/Ο功能， 與TTL/DTL電平兼容，具有軟件編程、可編程調(diào)速及外部脈沖三種靈活的觸發(fā)方式；數(shù)據(jù)傳送通過編程控制、中斷處理、DMA方式；帶光電隔離的PCLD-782調(diào)理板將歐辰133-1BL01模塊的DO信號經(jīng)過繼電器處理送給PCL-818L ；PCL727提供具有12位分辨率雙緩沖D/A轉(zhuǎn)換器的模擬量輸出通道，每個通道的輸出范圍(T+5V，(T+10V，+/-5V，+/-1OV和Γ20πιΑ電流環(huán)，將Γ20πιΑ電流信號送到PLC的Al模塊，每個模擬量輸出通道都帶有一個保險絲，對板卡、PC及電流控制設(shè)備起到浪涌保護作用；研華數(shù)采模塊和MATLAB之間通訊通過MATLAB 的DAQ工具箱實現(xiàn)，首先安裝研華數(shù)采模塊自帶的驅(qū)動，然后調(diào)用Matlab中自帶函數(shù)即可方便實現(xiàn)Matlab中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)采集板上；數(shù)字量操作方法步驟如下1)創(chuàng)建數(shù)字量輸入輸出對象“dio”；2)添加板卡名字“advantech”,通道選擇O;3)添加數(shù)字量輸入輸出通道，寫明是輸入“in”或者輸出“out”；dio=digitalio( <Advantech> , O);addline(dio, 0:7，1，’ in’)；4)讀取數(shù)字量通道值temp=getvalue(dio);in_data=temp(:, 0:7);模擬量操作方法和數(shù)字量方法相同；組態(tài)軟件M0VIC0N支持SIEMENS、歐姆龍、Beckhoff多家控制系統(tǒng)廠商的軟件，M0VIC0N 軟件中集成了 SIEMENS產(chǎn)品的驅(qū)動，兩者之間通過PLC控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，其步驟如下1)在項目瀏覽器中選擇“實時數(shù)據(jù)庫”資源，然后鼠標右鍵選擇“增加通訊驅(qū)動”，會出現(xiàn)一個驅(qū)動程序列表，列表按PLC制造商分類,選擇Siemens的“PC Adapter”協(xié)議；2)配置驅(qū)動程序,在窗口“Mpi PC Adapter”中，“General ”保持缺省值,“Stations” 中用“Add”按鈕來增加通訊站進行通訊，在新建站中，“Station ID”設(shè)置PLC的MPI站號為2, iiStation Name”設(shè)置“工廠I ”，“Port”設(shè)定串行通訊口 C0M1，相應(yīng)值為I ；3)配置好后，檢查PLC以及設(shè)置并連接計算機，通過“TestCable/Comm”檢查通訊設(shè)置是否正常；4)PLC的物理地址與M0VIC0N的實時數(shù)據(jù)庫變量列表對應(yīng)，在“實時數(shù)據(jù)庫”的“變量” 列表中逐一添加變量，通過Tasks屬性將PLC的物理地址連接到M0VIC0N的實時數(shù)據(jù)庫變量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是:MATLAB Web Server是MATLAB具有網(wǎng)絡(luò)計算功能的核心工具包之一，利用它建立遠程仿真應(yīng)用系統(tǒng)，用戶通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器,利用Matlab Web Server完成計算任務(wù),其功能通過Matlab 和Web服務(wù)協(xié)作完成，Matlab Web Server組件UMatweb是Matlab Web Server的TCP/IP客戶程序，它利用公共網(wǎng)關(guān)接口(CGI)從輸入的HTML文件中提取用戶數(shù)據(jù)傳遞給Matlabserver,然后Matlabserver從matweb. m文件中獲取相應(yīng)的mlmfile值去運行指定的M文件；Matweb. conf是matweb和matlab Web Server通信的配置文件，包含了應(yīng)用程序名、服務(wù)器名和應(yīng)用程序所在的路徑等；2)MatlabServer是多線程的TCP/IP服務(wù)器，處理Web應(yīng)用程序和Matlab之間的通信，通過文件matlabserver. conf偵聽任何一個合法的TCP/IP端口 ； 3)Matweb. m文件是Matlab Web Server的主入口點，在Web網(wǎng)頁、MATLAB、M文件三者之間建立聯(lián)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是Web功能如下 1)主頁index,html定義了框架結(jié)構(gòu)，HTML輸入文檔向matlab提交數(shù)據(jù)參數(shù)； 2)HTML輸出文檔顯示matlab的計算結(jié)果； 3)M文件處理輸入數(shù)據(jù)和進行分析計算。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是熔融石英爐半實物仿真系統(tǒng)采用MATLAB Web Server,能隨時隨地的利用Internet方便快捷地實現(xiàn)遠程交互式仿真實驗；實際應(yīng)用中，M0VIC0N軟件也提供Web技術(shù)服務(wù)，它基于JAVA瘦客戶機技術(shù)，信息發(fā)布和數(shù)據(jù)訪問基于Web結(jié)構(gòu)，客戶端以通用的web瀏覽器作為運行平臺，所有的信息都通過Web發(fā)布，通過局域網(wǎng)或工業(yè)以太網(wǎng)或INTERNET訪問M0VIC0N的畫面和數(shù)據(jù)，并且它的整個功能集成在M0VIC0N中，其實際應(yīng)用如下 1)在服務(wù)器側(cè)安裝HS，并設(shè)置計算機的TCP/IP協(xié)議； 2)進行M0VIC0N組態(tài)設(shè)定，打開設(shè)計好的M0VIC0N項目，在項目瀏覽器的“窗口”選擇要出現(xiàn)在客戶端瀏覽器的初始畫面，右鍵選擇“以此窗口建立WebClientXhtml網(wǎng)頁”，并根據(jù)提示做相關(guān)設(shè)置； 3)完成設(shè)置后，M0VIC0N將自動運行M0VIC0N項目，并打開瀏覽器，在IE中就看到與M0VIC0N軟件中同樣的畫面，并進行畫面切換，數(shù)據(jù)修改；瀏覽器的地址欄http://localhost/熔融石英爐系統(tǒng)/主畫面.html ； 4)通過INTERNET訪問時，用該機IP替換上面localhost ;如果計算機是通過路由器連接INTERNET，在路由器做端口 -1P地址進行設(shè)置，將TCP12233端口對應(yīng)到運行M0VIC0N的計算機的IP地址。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立熔融石英爐的控制模型，包含一個隱層的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；設(shè)第I個樣本輸入向量Al= (all，al2,…，aln)，維數(shù)為9，隱層有η個神經(jīng)元，輸出層包含3個神經(jīng)元，實際輸出向量Cl= (cll,cl2,…，clq)，q=3，對應(yīng)的希望輸出向量為Yl= (yll,yl2,…，ylq);熔融石英爐運行過程中，輸入向量由K時刻的3個電流值及當前的6個控制器輸出信號組成，輸出向量為K+1時刻的3個電流，故選取輸入層節(jié)點數(shù)為9，輸出層節(jié)點數(shù)為3 ;以某熔融石英爐生產(chǎn)裝置運行實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，選取訓(xùn)練樣本集，對建立的虛擬熔融石英爐對象模型進行訓(xùn)練和實驗驗證；選用3000組數(shù)據(jù)訓(xùn)練，100組數(shù)據(jù)驗證；調(diào)用主要函數(shù)和過程如下net=newff (minmax (P), [25, 3], { ‘tansig’ , ’ purelin’ }, ’ traingd’ ) ; % 建立一個前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) net. trainParam.1r = 0.05; %訓(xùn)練學(xué)習(xí)比率 net. trainParam. epochs=500; % 訓(xùn)練次數(shù) net. trainParam. goal=3*le_3; % 訓(xùn)練目標 net=train (net, P, T) ; %對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練P為訓(xùn)練樣本，T為測 試樣本，當熔融石英爐神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差性能達到目標值時，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束，經(jīng)多次訓(xùn)練后形成的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型為9-25-3結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半實物計算機仿真網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，該實驗裝置通過各物理組件之間的接口聯(lián)接和數(shù)據(jù)傳遞，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)遠程實驗環(huán)境，由計算機網(wǎng)絡(luò)對實際控制系統(tǒng)進行模擬實驗，在實驗室環(huán)境中進行工業(yè)現(xiàn)場的半實物仿真技術(shù)的協(xié)同與融合實驗。本發(fā)明是接近于真實工業(yè)現(xiàn)場的實驗平臺，以滿足工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用開發(fā)需求。
文檔編號G05B17/02GK103019102SQ20121049399
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者馬建偉, 趙朋可, 宋書中, 曹哲 申請人:河南科技大學(xué)東海硅產(chǎn)業(yè)節(jié)能技術(shù)研究院