摘要：

计算机仿真实验系统是实验教学的理想平台.目前,我国高校因扩招而出现实验教学与理论教学比例失衡的问题,且现有自控原理实验设备已不能满足过程控制仿真要求.针对这一现状,本文在对国内外仿真实验室建设和使用情况分析的基础上,以我校轻工与能源学院过程装备与控制工程专业学生为应用对象,结合所需仿真的实验内容,设计并搭建了一套基于西门子S7-300PLC的计算机综合仿真实验系统,旨在建成一个适用范围广,建设成本低的仿真实验室,有效缓解实验教学的压力. 本文主要研究工作和贡献可总结如下. 1)确定系统建设方案,并对关键技术进行研究.在分析计算机仿真实验室国内外动态的基础上,本文重点研究了建设基于西门子S7-300PLC的计算机综合仿真实验系统所包含的各项关键技术,包括PROTEL,西门子S7-300PLC,WINCC,STEP7,OPC,MPI和控制理论等相关知识. 2)仿真实验系统的搭建.通过对关键技术的运用,设计和制作了系统所需的控制柜和实验箱等设备,并建立了各上位机,服务器与PLC,PLC与实验箱之间的硬件连接. 3)绘制监控画面,编写程序及调试系统.利用WINCC与STEP7,进行硬件组态,参数设置,监控画面绘制和用户程序编写;通过MPI和OPC通讯技术建立各上位机,服务器与PLC之间的通讯连接;对系统进行运行和调试. 4)实验内容的设计与实现.设计《控制工程基础》和《复杂过程控制系统》相关实验的基于RC网络的模拟电路,并将各实验的模拟电路搭接在实验箱上进行仿真.利用MATLAB软件得出相同实验在相同参数设置下的仿真结果,并与本实验系统的仿真结果进行对比,表明本实验系统的仿真效果是较为理想的.撰写实验指导书. 本课题的创新之处在于: 1)通过搭建基于西门子S7-300PLC的计算机综合仿真实验系统,创建了一个更接近工业现场的过程控制仿真平台. 2)本系统建设成本低.它运用MPI和OPC等多种通讯技术,使得一套系统中多台上位机能共用一张通讯卡与PLC相连而各自能同时独立地完成实验,这样减少了大量实验设备的投入,系统建设成本能够降低约三分之二. 3)本系统适用范围广.它能够包含《控制工程基础》和《复杂过程控制系统》的相关实验,并且为各控制方式设计了基于RC网络的模拟电路,使得实验者能更方便快捷地完成实验.

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