申请/专利权人：东北大学

申请日：2018-11-26

公开（公告）日：2020-10-23

公开（公告）号：CN109542085B

主分类号：G05B23/02(20060101)

分类号：G05B23/02(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.23#授权;2019.04.23#实质审查的生效;2019.03.29#公开

摘要：本发明提出具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置及方法，包括：控制系统侧IO板卡、被控对象侧IO板卡和切换计算机系统；本发明在不同的控制系统与一个被控对象之间，建立了一套柔性切换装置，不必改变硬线连接，仅仅通过切换计算机系统中柔性切换软件的操作就可实现不同的控制系统之间的灵活切换，而且在同一控制系统内，也可通过软件对同一类型的板卡，进行不同通道的灵活切换，并且可通过任意配置被控对象的时滞大小，从而获得具有任意时滞大小的广义被控对象，使得工业过程控制的研究实验与教学实验能够顺利完成，不必每次更换控制系统并重新连线，节省了大量实验时间，具有很强的必要性。

主权项：1.具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置，其特征在于，具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置包括：控制系统侧IO板卡、被控对象侧IO板卡和切换计算机系统；具有时滞配置功能的自动化实验平台中n套控制系统通过控制系统侧IO板卡与柔性切换装置相连接，柔性切换装置通过被控对象侧IO板卡与被控对象相连接；其中，所述n套控制系统中，每套控制系统包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡；所述被控对象包括：被控过程、执行机构和检测仪表；所述柔性切换装置和被控对象组成广义被控对象；所述柔性切换装置控制系统侧IO板卡划分成n组，每组分别包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡，每套控制系统对应一套柔性切换装置控制系统侧的一组IO板卡；所述柔性切换装置被控对象侧IO板卡，包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡；每套控制系统中开关量输出DO板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的开关量输入DI板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的DO信号数量；每套控制系统中模拟量输出AO板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的模拟量输入AI板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的AO信号数量；每套控制系统中开关量输入DI板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的开关量输出DO板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的DI信号数量；每套控制系统中模拟量输入AI板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的模拟量输出AO板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的AI信号数量；每套控制系统中开关量输出DO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输入DI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输出AO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输入AI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中开关量输入DI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输出DO板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输入AI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输出AO板卡的每个通道相连接；柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡各通道，与被控对象的开关量指令端子相连接，传递的是开关量指令信号；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡各通道，与被控对象的模拟量指令端子相连接，传递的是模拟量指令信号；柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡各通道，与被控对象的开关量状态端子相连接，传递的是开关量状态信号；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡各通道，与被控对象的模拟量检测端子相连接，传递的是模拟量检测信号；n套控制系统，根据自动化实验内容对被控对象进行控制，n≥2，每次实验时，只能选中其中一套控制系统进行控制实验；通过柔性切换装置，完成n套控制系统与被控对象之间实时切换，完成n套控制系统同一类型IO板卡上不同通道之间实时切换，并且具有配置被控对象的时滞大小的功能，获得具有任意时滞大小的广义被控对象，完成具有时滞的自动化实验；所述柔性切换装置中的切换计算机系统，采用工控机或嵌入式系统或PLC或DCS实现；在所述切换计算机系统中，运行柔性切换软件；所述柔性切换软件，包括人机界面操作面板程序及逻辑控制程序，实验人员在人机界面操作面板上，进行控制系统选择、通道配置与时滞配置操作，当配置完成后，逻辑控制程序将根据已经选择或配置好的控制系统、通道及时滞进行控制系统侧对应组的IO板卡通道与被控对象侧的IO板卡通道之间进行实时信号传递。

全文数据：具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置及方法技术领域本发明属于工业自动化和过程控制技术的研究、实验和教学领域，具体涉及一种具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置及方法。背景技术工业自动化和过程控制是面向实际工业过程的带有强烈的实践性的学科，为了满足工业自动化和过程控制技术的研究、实验和教学需求，需要在实验室环境中建立与现场工业环境高度一致的工业过程自动化实验平台。工业过程自动化实验平台主要由被控对象和控制系统组成，其中被控对象包括：被控过程、检测仪表和执行机构。目前在工业现场中，主流的控制系统一般为PLC控制系统，即可编程逻辑控制器，或DCS控制系统，即分布式计算机控制系统，检测仪表一般为流量、温度、压力、料位及浓度等仪表，执行机构一般为变频器、调节阀等。控制系统与被控对象之间进行数据传输的方式一般是通过控制系统的开关量输入DI板卡、开关量输出DO板卡、模拟量输入AI板卡、模拟量输出AO板卡与被控对象的检测仪表、执行机构通过电缆直接相连进行通讯，这种连接方式称为硬线连接方式。为了与工业现场保持一致，实验室中的工业过程自动化实验装置大都也采用这种方式连接，例如专利一种多变量的工业过程控制实验装置及方法ZL20160363094.8以及专利能够获得非最小相位特性的工业过程控制实验装置及方法ZL201610362760.6，这两篇所描述的实验装置中的被控对象和控制系统之间就是采用这种连接方式。在实验室环境下，实验者可能需要在不同的控制系统上进行同样类型或同样算法的自动化实验，这就存在着多个控制系统如何控制同一个被控对象的问题。如果每做一次实验都需要在不同的控制系统和执行机构、检测仪表之间进行重新接线，必然会增大实验的时间、设备的风险和实验的风险，大大增加了维护成本，显然是不可行的。另一方面，时滞特性普遍存在于工业生产过程中，典型生产过程包括但不限于管道输送过程、皮带输送过程及许多热力过程等，许多控制方案是针对被控对象的时滞问题而提出来的，因此，在这一类的控制算法实验中，例如Smith预估控制、最小方差控制、广义最小方差控制、前馈控制、零极点配置控制、自校正控制等，要求实验平台的被控对象应该能够模拟相应的大时滞、时滞可变、时滞未知等特性，一般的物理过程一旦确定，其时滞也随之确定，很难再根据实验需求去变化。发明内容针对上述问题，开发一种具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置及方法，使得不同的控制系统和同一被控对象所对应的检测仪表、执行机构只需同时连接到该切换装置就能方便灵活地实现控制系统之间的柔性切换，同时可以灵活地产生和配置被控对象时滞，使得工业过程自动化的研究实验与教学实验能够顺利完成，具有很强的必要性。针对实验室环境下难以灵活方便地解决在硬线连接方式下指定的控制系统需重新接线才能控制被控对象及简单被控对象很难满足时滞未知且时变的要求，本发明提出了具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置及方法。具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置包括：控制系统侧IO板卡、被控对象侧IO板卡和切换计算机系统；具有时滞配置功能的自动化实验平台中n套控制系统通过控制系统侧IO板卡与柔性切换装置相连接，柔性切换装置通过被控对象侧IO板卡与被控对象相连接；其中，所述n套控制系统中，每套控制系统包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡；所述被控对象包括：被控过程、执行机构和检测仪表；所述柔性切换装置和被控对象组成广义被控对象；所述柔性切换装置控制系统侧IO板卡划分成n组，每组分别包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡，每套控制系统对应柔性切换装置控制系统侧的一组IO板卡；所述柔性切换装置被控对象侧IO板卡，包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡；每套控制系统中开关量输出DO板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的开关量输入DI板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的DO信号数量；每套控制系统中模拟量输出AO板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的模拟量输入AI板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的AO信号数量；每套控制系统中开关量输入DI板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的开关量输出DO板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的DI信号数量；每套控制系统中模拟量输入AI板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的模拟量输出AO板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的AI信号数量；每套控制系统中开关量输出DO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输入DI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输出AO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输入AI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中开关量输入DI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输出DO板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输入AI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输出AO板卡的每个通道相连接；柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡各通道，与被控对象的开关量指令端子相连接，传递的是开关量指令信号；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡各通道，与被控对象的模拟量指令端子相连接，传递的是模拟量指令信号；柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡各通道，与被控对象的开关量状态端子相连接，传递的是开关量状态信号；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡各通道，与被控对象的模拟量检测端子相连接，传递的是模拟量检测信号；n套控制系统，根据自动化实验内容对被控对象进行控制，n≥2，每次实验时，只能选中其中一套控制系统进行控制实验；通过柔性切换装置完成n套控制系统之间实时切换，完成n套控制系统同一类型IO板卡上不同通道之间实时切换，并且具有配置被控对象的时滞大小的功能，获得具有任意时滞大小的广义被控对象，完成具有时滞的自动化实验；所述柔性切换装置中的切换计算机系统，采用工控机或嵌入式系统或PLC或DCS实现；在所述切换计算机系统中，运行柔性切换软件；所述柔性切换软件，包括人机界面操作面板程序及逻辑控制程序，实验人员在人机界面操作面板上，进行控制系统选择、通道配置与时滞配置操作，当配置完成后，逻辑控制程序将根据已经选择或配置好的控制系统、通道及时滞进行控制系统侧对应组的IO板卡通道与被控对象侧的IO板卡通道之间进行实时信号传递。所述在人机界面操作面板上进行控制系统选择指，实验人员在人机界面操作面板上选择所需控制系统，一次只能选择一套控制系统，如果选择了该控制系统，意味着本次实验由所选择的控制系统控制被控对象，其他的控制系统在本次实验中禁止使用。所述在人机界面操作面板上进行通道配置指，实验人员通过手动选择所需关联的通道，或者在人机界面操作面板上导入所需关联通道的配置文件，当实验人员选择某一个控制系统并确定通道配置之后，从被控对象的信号端子到所选择的控制系统的IO板卡各通道之间就形成了一组唯一确定的一一对应关系。所述被控对象的信号端子包括：被控对象的开关量指令端子、被控对象的模拟量指令端子、被控对象的开关量状态端子和被控对象的模拟量检测端子。所述在人机界面操作面板上进行时滞配置指，若实验人员需要来自被控对象的某模拟量检测信号存在t秒的时滞，则在人机界面操作面板上配置该信号的时滞时间为t秒，柔性切换系统运行后，来自被控对象的该模拟量检测信号将会延时t秒后才会从柔性切换装置控制系统侧输出，送至相应的控制系统的模拟量输入AI板卡通道中，从而构成具有配置功能的任意时滞大小的广义被控对象。所述逻辑控制程序进行实时信号传递是指，在选定控制系统之后，按照通道配置，在每个循环周期内完成；将柔性切换装置被控对象侧的每个开关量输入DI信号送至柔性切换装置控制系统侧对应组的指定开关量输出DO通道；将柔性切换装置控制系统侧的对应组的每个开关量输入DI信号送至柔性切换装置被控对象侧的指定开关量输出DO通道；将柔性切换装置被控对象侧的每个模拟量输入AI信号送至柔性切换装置控制系统侧对应组的指定模拟量输出AO通道，若配置有时滞t秒，则延时t秒再送；将柔性切换装置控制系统侧的对应组的每个模拟量输入AI信号送至柔性切换装置被控对象侧的指定模拟量输出AO通道。具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换方法，采用具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置实现，包括人机界面程序及逻辑控制程序：人机界面程序包括步骤A～步骤F：步骤A.初始化，启动柔性切换装置中计算机系统，并启动人机界面程序；步骤B.实验人员在人机界面操作面板上选择控制系统；步骤C.在人机界面操作面板上提示：是否导入通道配置文件，若否，则转到步骤D，若是，则转到步骤E；步骤D.手动选择通道配置，并转到步骤F；步骤E.导入通道配置文件；步骤F.配置或修改时滞，并转至步骤G；逻辑控制程序包括步骤G～步骤L，其中步骤G～步骤J不分先后顺序：步骤G.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自被控对象的开关量状态信号，经由柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡通道读入，转送至所选择的柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的开关量输出DO板卡的指定通道输出，输出至已经选择的控制系统中；步骤H.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自所选择的控制系统的开关量输出DO板卡的开关量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的开关量输入DI板卡通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡的指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤I.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自被控对象的模拟量检测信号，经由柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡通道读入，按照所配置的时滞时间延迟后，转送至所选择的柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的模拟量输出AO板卡的指定通道输出，输出至已经选择的控制系统中；步骤J.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自所选择的控制系统的模拟量输出AO板卡的模拟量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的模拟量输入AI板卡通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤K.在人机界面操作面板上提示：控制过程是否结束？若是，则去步骤L，若否，返回步骤F；步骤L.结束。有益技术效果：本发明提出一种具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置及方法，使得不同的控制系统和同一被控对象所对应的检测仪表、执行机构只需同时连接到柔性切换装置就能方便灵活地实现控制系统之间的柔性切换，同时可以灵活地产生和配置被控对象时滞，使得工业过程控制的研究实验与教学实验能够顺利完成，不必每次更换控制系统并重新连线，节省了大量实验时间，节省系统维护工作量。附图说明图1为本发明实施例的系统结构及连接关系示意图；图2为本发明实施例的具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换方法流程图；图3为本发明实施例的柔性切换装置实施例示意图；图中：1—控制系统，1-1—控制系统1，1-2—控制系统2，1-n—控制系统n，2—柔性切换装置，2-1—柔性切换装置控制系统侧IO板卡，2-2—柔性切换装置被控对象侧IO板卡，2-3—切换计算机系统，3—被控对象，3-1—被控制过程，3-2—执行机构，3-3—检测仪表，23-1—开关量指令信号，23-2—模拟量指令信号，32-1—开关量状态信号，32-2—模拟量检测信号，E1—开关量指令端子，E2—模拟量指令端子，E3—开关量状态端子，E4—模拟量检测端子,4—广义被控对象。具体实施方式下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明，本实施例中，将以专利一种多变量的工业过程控制实验装置及方法ZL201610363094.8所描述的空气加热混合过程及其检测仪表和执行机构作为被控过程，对本发明的一种实施方式作详细说明。如图1所示，具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置包括：控制系统侧IO板卡2-1、被控对象侧IO板卡2-2和切换计算机系统2-3；具有时滞配置功能的自动化实验平台中n套控制系统通过控制系统侧IO板卡2-1与柔性切换装置2相连接，柔性切换装置2通过被控对象侧IO板卡2-2与被控对象3相连接；其中，所述n套控制系统中，包括：控制系统1-1，控制系统1-2…控制系统1-n，每套控制系统包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡；本实施例中选择2套控制系统，即n＝2，分别为西门子S7-300PLC控制系统与罗克韦尔L71PLC控制系统。作为实验平台中的控制系统之一的西门子S7-300PLC控制系统配有4块IO板卡，具体型号为：1块16通道开关量输出DO板卡，型号为：6ES7322-1BH01-0AA0，1块32通道开关量输入DI板卡，型号为；6ES7321-1BL80-0AA0，1块8通道模拟量输出AO板卡，型号为：6ES7332-5HF00-0AB0，1块8通道模拟量输入AI板卡，型号为：6ES7331-7KF02-0AB0。作为实验平台中的控制系统之一的罗克韦尔L71PLC控制系统配有4块IO板卡，包括1块16通道开关量输出DO板卡，型号为：1756-OB16D、1块32通道开关量输入DI板卡，型号为：1756-IB32、1块8通道模拟量输出AO板卡，型号为：1756-OF8、1块16通道模拟量输入AI板卡，型号为：1756-IF16。本实施例中的柔性切换装置包括硬件系统和软件系统。所述柔性切换装置中的切换计算机系统，采用工控机或嵌入式系统或PLC或DCS实现；本实施例中的柔性切换装置的硬件系统采用不同于上述西门子S7-300PLC控制系统的另外一套西门子S7-300PLC作为切换计算机系统，配置有3套板卡，其中，1套板卡为被控对象侧的板卡，这套板卡中包括4块板卡，具体型号为：1块16通道开关量输出DO板卡，型号为：6ES7322-1BH01-0AA0，1块32通道开关量输入DI板卡，型号为：6ES7321-1BL80-0AA0，1块8通道模拟量输出AO板卡，型号为：6ES7332-5HF00-0AB0，1块8通道模拟量输入AI板卡，型号为：6ES7331-7KF02-0AB0；另外2套板卡为控制系统侧板卡，分别为控制系统侧西门子组板卡和控制系统侧罗克韦尔组板卡，配置相同，每套板卡包括5块板卡，具体型号为：2块16通道开关量输出DO板卡，型号为：6ES7322-1BH01-0AA0，1块32通道开关量输入DI板卡，型号为：6ES7321-1BL80-0AA0，1块8通道模拟量输出AO板卡，型号为：6ES7332-5HF00-0AB0，1块8通道模拟量输入AI板卡，型号为：6ES7331-7KF02-0AB0。所述被控对象3包括：被控过程3-1、执行机构3-2和检测仪表3-3；所述柔性切换装置2和被控对象3组成广义被控对象4；每套控制系统中开关量输出DO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输入DI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输出AO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输入AI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中开关量输入DI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输出DO板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输入AI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输出AO板卡的每个通道相连接；按照附图3所示，将西门子S7-300PLC控制系统的4块板卡与柔性切换装置控制系统侧西门子组的5块板卡以通道对通道的形式对接，其中，柔性切换装置控制系统侧西门子组的32通道开关量输入DI板卡只用16通道，剩余通道空闲，西门子控制系统与柔性切换装置控制系统侧西门子组连接对应关系，如表1所示：表1：西门子控制系统与柔性切换装置控制系统侧连接对应关系：按照附图3所示，将罗克韦尔L71PLC控制系统的4块板卡与柔性切换装置控制系统侧罗克韦尔组的5块板卡以通道对通道的形式对接，其中柔性切换装置控制系统侧罗克韦尔组的32通道开关量输入DI板卡仅用16通道，剩余通道空闲，罗克韦尔L71PLC控制系统的16通道模拟量输入AI板卡仅用8通道，剩余通道空闲，罗克韦尔控制系统与柔性切换装置控制系统侧罗克韦尔组连接对应关系，如表2所示。表2：罗克韦尔控制系统与柔性切换装置控制系统侧连接对应关系：柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡各通道，与被控对象的开关量指令端子E1相连接，传递的是开关量指令信号23-1；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡各通道，与被控对象的模拟量指令端子E2相连接，传递的是模拟量指令信号23-2；柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡各通道，与被控对象的开关量状态端子E3相连接，传递的是开关量状态信号32-1；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡各通道，与被控对象的模拟量检测端子E4相连接，传递的是模拟量检测信号32-2；2套控制系统，根据自动化实验内容对被控对象进行控制，每次实验时，只能选中其中一套控制系统进行控制实验；通过柔性切换装置完成2套控制系统之间实时切换，完成2套控制系统同一类型IO板卡上不同通道之间实时切换，并且具有配置被控对象的时滞大小的功能，获得具有任意时滞大小的广义被控对象，完成具有时滞的自动化实验；在所述切换计算机系统中，运行柔性切换软件；在所述西门子S7-300PLC切换计算机系统中，运行柔性切换软件。所述柔性切换软件采用WinCC组态软件和STEP7软件包开发：具体为SIMATICWinCC系统软件完全版V7.0和SIMATICS7STEP7V5.5。所述柔性切换软件，包括人机界面操作面板程序及逻辑控制程序，使用WinCC组态软件用来开发人机界面操作面板程序，使用STEP7软件包开发逻辑控制程序。所述柔性切换软件，包括人机界面操作面板程序及逻辑控制程序，实验人员在人机界面操作面板上，进行控制系统选择、通道配置与时滞配置操作，当配置完成后，逻辑控制程序将根据已经选择或配置好的控制系统、通道及时滞进行控制系统侧对应组的IO板卡通道与被控对象侧的IO板卡通道之间进行实时信号传递。所述在人机界面操作面板上进行控制系统选择指，实验人员在人机界面操作面板上选择所需控制系统，一次只能选择一套控制系统，如果选择了该控制系统，意味着本次实验由所选择的控制系统控制被控对象，其他的控制系统在本次实验中禁止使用。所述在人机界面操作面板上进行通道配置指，实验人员通过手动选择所需关联的通道，或者在人机界面操作面板上导入所需关联通道的配置文件，当实验人员选择某一个控制系统并确定通道配置之后，从被控对象的信号端子到所选择的控制系统的IO板卡各通道之间就形成了一组唯一确定的一一对应关系。所述在人机界面操作面板上进行时滞配置指，若实验人员需要来自被控对象的某模拟量检测信号存在t秒的时滞，则在人机界面操作面板上配置该信号的时滞时间为t秒，柔性切换系统运行后，来自被控对象的该模拟量检测信号将会延时t秒后才会从柔性切换装置控制系统侧输出，送至相应的控制系统的模拟量输入AI板卡通道中，从而构成具有配置功能的任意时滞大小的广义被控对象。所述逻辑控制程序进行实时信号传递是指，在选定控制系统之后，按照通道配置，在每个循环周期内完成；将柔性切换装置被控对象侧的每个开关量输入DI信号送至柔性切换装置控制系统侧对应组的指定开关量输出DO通道；将柔性切换装置控制系统侧的对应组的每个开关量输入DI信号送至柔性切换装置被控对象侧的指定开关量输出DO通道；将柔性切换装置被控对象侧的每个模拟量输入AI信号送至柔性切换装置控制系统侧对应组的指定模拟量输出AO通道，若配置有时滞t秒，则延时t秒再送；将柔性切换装置控制系统侧的对应组的每个模拟量输入AI信号送至柔性切换装置被控对象侧的指定模拟量输出AO通道。所述被控对象的信号端子包括：被控对象的开关量指令端子E1、被控对象的模拟量指令端子E2、被控对象的开关量状态端子E3和被控对象的模拟量检测端子E4。西门子PLC控制系统的通道配置是指下述的4个一一对应关系，即从柔性切换装置控制系统侧西门子组的6ES7321-1BL80-0AA0板卡中已经使用的16个通道到被控对象侧的6ES7322-1BH01-0AA0板卡16个通道的一一对应关系，从柔性切换装置控制系统侧西门子组的6ES7331-7KF02-0AB0板卡中的8个通道到被控对象侧的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个通道的一一对应关系，从被控对象侧的6ES7321-1BL80-0AA0板卡的32个通道到控制系统侧西门子组的两块6ES7322-1BH01-0AA0板卡共32个通道的一一对应关系，从被控对象侧的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道到控制系统侧西门子组的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个通道的一一对应关系。上述对应关系如表3所示：表3：柔性切换装置通道配置西门子组板卡：罗克韦尔PLC控制系统的通道配置是指下述的4个一一对应关系，即从柔性切换装置控制系统侧罗克韦尔组的西门子S7-300PLC，6ES7321-1BL80-0AA0板卡中已经使用的16个通道到被控对象侧的6ES7322-1BH01-0AA0板卡16个通道的一一对应关系，从柔性切换装置控制系统侧罗克韦尔的6ES7331-7KF02-0AB0板卡中的8个通道到被控对象侧的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个通道的一一对应关系，从被控对象侧的6ES7321-1BL80-0AA0板卡的32个通道到控制系统侧罗克韦尔组的两块6ES7322-1BH01-0AA0板卡共32个通道的一一对应关系，从被控对象侧的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道到控制系统侧罗克韦尔组的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个通道的一一对应关系。上述对应关系如表4所示：表4：柔性切换装置通道配置西门子组板卡：选择西门子PLC控制系统进行实验的实施例，如图2所示：运行人机界面操作面板程序，包括步骤A～步骤F：步骤A.初始化，启动柔性切换装置的切换计算机系统，并启动人机界面操作面板程序；步骤B.实验人员在人机界面操作面板上选择西门子PLC控制系统，柔性切换装置自然屏蔽罗克韦尔PLC控制系统；步骤C.在人机界面操作面板上提示：是否导入西门子PLC控制系统通道配置文件，若否，则转到步骤D，若是，则转到步骤E；步骤D.手动选择通道配置，并转到步骤F；步骤E.导入西门子PLC控制系统通道配置文件；步骤F.在被控对象侧的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道中，根据实验需要选择一个或多个需要配置时滞的通道，逐一配置或修改时滞，并转至步骤G；逻辑控制程序包括步骤G～步骤L，其中步骤G～步骤J不分先后顺序：步骤G.根据已经完成的通道配置，将来自被控对象侧的开关量状态信号，经由柔性切换装置被控对象侧的6ES7321-1BL80-0AA0板卡的32个通道读入，转送至所选择的柔性切换装置控制系统侧的西门子组的2块6ES7322-1BH01-0AA0板卡共32个指定通道输出，输出至西门子PLC控制系统中；步骤H.根据已经完成的通道配置，将来自西门子PLC控制系统的开关量输出DO板卡的开关量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的西门子组中的6ES7321-1BL80-0AA0板卡中已经使用的16个通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的6ES7322-1BH01-0AA0板卡的16个指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤I.根据已经完成的通道配置，将来自被控对象的模拟量检测信号，经由柔性切换装置被控对象侧的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道读入，按照所配置的时滞时间延迟后，转送至柔性切换装置控制系统侧的西门子组中的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个指定通道输出，输出至西门子PLC控制系统中；步骤J.根据已经完成的通道配置，将来自西门子PLC控制系统的模拟量输出AO板卡的模拟量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的西门子组中的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤K.在人机界面操作面板上提示：控制过程是否结束？若是，则去步骤L，若否，返回步骤F；步骤L.结束。选择罗克韦尔PLC控制系统进行实验的实施例，如图2所示：运行人机界面操作面板程序，包括步骤A～步骤F：步骤A.初始化，启动柔性切换装置的切换计算机系统，并启动人机界面操作面板程序；步骤B.实验人员在人机界面操作面板上选择罗克韦尔PLC控制系统，柔性切换装置自然屏蔽西门子PLC控制系统；步骤C.在人机界面操作面板上提示：是否导入罗克韦尔PLC控制系统通道配置文件，若否，则转到步骤D，若是，则转到步骤E；步骤D.手动选择通道配置，并转到步骤F；步骤E.导入罗克韦尔PLC控制系统通道配置文件；步骤F.在被控对象侧的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道中，根据实验需要选择一个或多个需要配置时滞的通道，逐一配置或修改时滞，并转至步骤G；逻辑控制程序包括步骤G～步骤L，其中步骤G～步骤J不分先后顺序：步骤G.根据已经完成的通道配置，将来自被控对象侧的开关量状态信号，经由柔性切换装置被控对象侧的6ES7321-1BL80-0AA0板卡的32个通道读入，转送至所选择的柔性切换装置控制系统侧的罗克韦尔组的2块6ES7322-1BH01-0AA0板卡共32个指定通道输出，输出至罗克韦尔PLC控制系统中；步骤H.根据已经完成的通道配置，将来自罗克韦尔PLC控制系统的开关量输出DO板卡的开关量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的罗克韦尔组中的6ES7321-1BL80-0AA0板卡中已经使用的16个通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的6ES7322-1BH01-0AA0板卡的16个指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤I.根据已经完成的通道配置，将来自被控对象的模拟量检测信号，经由柔性切换装置被控对象侧的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道读入，按照所配置的时滞时间延迟后，转送至柔性切换装置控制系统侧的罗克韦尔组中的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个指定通道输出，输出至罗克韦尔PLC控制系统中；步骤J.根据已经完成的通道配置，将来自罗克韦尔PLC控制系统的模拟量输出AO板卡的模拟量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的罗克韦尔组中的6ES7331-7KF02-0AB0板卡的8个通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的6ES7332-5HF00-0AB0板卡的8个指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤K.在人机界面操作面板上提示：控制过程是否结束？若是，则去步骤L，若否，返回步骤F；步骤L.结束。按照上述要求完成，即得到一套柔性切换装置，该装置在以空气加热混合过程及其检测仪表和执行机构为被控对象，以西门子S7-300PLC控制系统与罗克韦尔L71PLC控制系统为控制系统的实验平台中，实现了两套不同的控制系统之间的可以任意配置时滞的柔性切换功能，实验人员借助于该柔性切换装置，能够分别使用西门子S7-300PLC控制系统与罗克韦尔L71PLC控制系统进行专利ZL20160363094.8一种多变量的工业过程控制实验装置及方法以及专利ZL201610362760.6能够获得非最小相位特性的工业过程控制实验装置及方法中所描述的所有自动化实验。

权利要求：1.具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置，其特征在于，具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置包括：控制系统侧IO板卡、被控对象侧IO板卡和切换计算机系统；具有时滞配置功能的自动化实验平台中n套控制系统通过控制系统侧IO板卡与柔性切换装置相连接，柔性切换装置通过被控对象侧IO板卡与被控对象相连接；其中，所述n套控制系统中，每套控制系统包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡；所述被控对象包括：被控过程、执行机构和检测仪表；所述柔性切换装置和被控对象组成广义被控对象；所述柔性切换装置控制系统侧IO板卡划分成n组，每组分别包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡，每套控制系统对应一套柔性切换装置控制系统侧的一组IO板卡；所述柔性切换装置被控对象侧IO板卡，包含4种IO板卡，包括：开关量输出DO板卡、模拟量输出AO板卡、开关量输入DI板卡和模拟量输入AI板卡；每套控制系统中开关量输出DO板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的开关量输入DI板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的DO信号数量；每套控制系统中模拟量输出AO板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的模拟量输入AI板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的AO信号数量；每套控制系统中开关量输入DI板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的开关量输出DO板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的DI信号数量；每套控制系统中模拟量输入AI板卡的通道数量与柔性切换装置控制系统侧每组的模拟量输出AO板卡的通道数量以及柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡的通道数量相等，且不少于被控对象所需的AI信号数量；每套控制系统中开关量输出DO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输入DI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输出AO板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输入AI板卡的每个通道相连接；每套控制系统中开关量输入DI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的开关量输出DO板卡的每个通道相连接；每套控制系统中模拟量输入AI板卡的每个通道分别与柔性切换装置控制系统侧对应组的模拟量输出AO板卡的每个通道相连接；柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡各通道，与被控对象的开关量指令端子相连接，传递的是开关量指令信号；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡各通道，与被控对象的模拟量指令端子相连接，传递的是模拟量指令信号；柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡各通道，与被控对象的开关量状态端子相连接，传递的是开关量状态信号；柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡各通道，与被控对象的模拟量检测端子相连接，传递的是模拟量检测信号；n套控制系统，根据自动化实验内容对被控对象进行控制，n≥2，每次实验时，只能选中其中一套控制系统进行控制实验；通过柔性切换装置，完成n套控制系统与被控对象之间实时切换，完成n套控制系统同一类型IO板卡上不同通道之间实时切换，并且具有配置被控对象的时滞大小的功能，获得具有任意时滞大小的广义被控对象，完成具有时滞的自动化实验；所述柔性切换装置中的切换计算机系统，采用工控机或嵌入式系统或PLC或DCS实现；在所述切换计算机系统中，运行柔性切换软件；所述柔性切换软件，包括人机界面操作面板程序及逻辑控制程序，实验人员在人机界面操作面板上，进行控制系统选择、通道配置与时滞配置操作，当配置完成后，逻辑控制程序将根据已经选择或配置好的控制系统、通道及时滞进行控制系统侧对应组的IO板卡通道与被控对象侧的IO板卡通道之间进行实时信号传递。2.根据权利要求1所述具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置，其特征在于，所述在人机界面操作面板上进行控制系统选择指，实验人员在人机界面操作面板上选择所需控制系统，一次只能选择一套控制系统，如果选择了该控制系统，意味着本次实验由所选择的控制系统控制被控对象，其他的控制系统在本次实验中禁止使用；所述在人机界面操作面板上进行通道配置指，实验人员通过手动选择所需关联的通道，或者在人机界面操作面板上导入所需关联通道的配置文件，当实验人员选择某一个控制系统并确定通道配置之后，从被控对象的信号端子到所选择的控制系统的IO板卡各通道之间就形成了一组唯一确定的一一对应关系；所述在人机界面操作面板上进行时滞配置指，若实验人员需要来自被控对象的某模拟量检测信号存在t秒的时滞，则在人机界面操作面板上配置该信号的时滞时间为t秒，柔性切换系统运行后，来自被控对象的该模拟量检测信号将会延时t秒后才会从柔性切换装置控制系统侧输出，送至相应的控制系统的模拟量输入AI板卡通道中，从而构成具有配置功能的任意时滞大小的广义被控对象。3.根据权利要求1所述具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置，其特征在于，所述逻辑控制程序进行实时信号传递是指，在选定控制系统之后，按照通道配置，在每个循环周期内完成：将柔性切换装置被控对象侧的每个开关量输入DI信号送至柔性切换装置控制系统侧对应组的指定开关量输出DO通道；将柔性切换装置控制系统侧的对应组的每个开关量输入DI信号送至柔性切换装置被控对象侧的指定开关量输出DO通道；将柔性切换装置被控对象侧的每个模拟量输入AI信号送至柔性切换装置控制系统侧对应组的指定模拟量输出AO通道，若配置有时滞t秒，则延时t秒再送；将柔性切换装置控制系统侧的对应组的每个模拟量输入AI信号送至柔性切换装置被控对象侧的指定模拟量输出AO通道。4.根据权利要求1所述具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置，其特征在于，所述被控对象的信号端子包括：被控对象的开关量指令端子、被控对象的模拟量指令端子、被控对象的开关量状态端子和被控对象的模拟量检测端子。5.具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换方法，采用权利要求1中具有时滞配置功能的自动化实验平台柔性切换装置实现，其特征在于，包括人机界面程序及逻辑控制程序：人机界面程序包括步骤A～步骤F：步骤A.初始化，启动柔性切换装置中计算机系统，并启动人机界面程序；步骤B.实验人员在人机界面操作面板上选择控制系统；步骤C.在人机界面操作面板上提示：是否导入通道配置文件，若否，则转到步骤D，若是，则转到步骤E；步骤D.手动选择通道配置，并转到步骤F；步骤E.导入通道配置文件；步骤F.配置或修改时滞，并转至步骤G；逻辑控制程序包括步骤G～步骤L，其中步骤G～步骤J不分先后顺序：步骤G.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自被控对象的开关量状态信号，经由柔性切换装置被控对象侧的开关量输入DI板卡通道读入，转送至所选择的柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的开关量输出DO板卡的指定通道输出，输出至已经选择的控制系统中；步骤H.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自所选择的控制系统的开关量输出DO板卡的开关量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的开关量输入DI板卡通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的开关量输出DO板卡的指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤I.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自被控对象的模拟量检测信号，经由柔性切换装置被控对象侧的模拟量输入AI板卡通道读入，按照所配置的时滞时间延迟后，转送至所选择的柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的模拟量输出AO板卡的指定通道输出，输出至已经选择的控制系统中；步骤J.根据已经选择的控制系统，已经完成的通道配置，将来自所选择的控制系统的模拟量输出AO板卡的模拟量指令信号，经由柔性切换装置控制系统侧的对应IO板卡组中的模拟量输入AI板卡通道读入，转送至柔性切换装置被控对象侧的模拟量输出AO板卡指定通道输出，输出至被控制对象的执行机构；步骤K.在人机界面操作面板上提示：控制过程是否结束？若是，则去步骤L，若否，返回步骤F；步骤L.结束。

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