基于云的可組態(tài)PLC實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張世榮， 童 博

（武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院，武漢430072）

0 引 言

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）編程簡(jiǎn)單、靈活，價(jià)格適中，可靠性高［1］，是工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的控制裝置。目前，國(guó)內(nèi)大部分高校自動(dòng)化本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案都將PLC 列為專(zhuān)業(yè)必修（選修）課程，并配套開(kāi)設(shè)了課時(shí)數(shù)較多的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)方面，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)是PLC 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)改革的新方向。崔桂梅等［2］設(shè)計(jì)了基于PROFIBUS-DP 和工業(yè)以太網(wǎng)的西門(mén)子PLC網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。董天放［3］選用S7-1200 ／1500 PLC設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了涵蓋管理級(jí)、控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的3 級(jí)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為了打破地域限制，使學(xué)生能加方便地使用實(shí)驗(yàn)室，PLC 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。Saygin等［4］設(shè)計(jì)了基于Web的遠(yuǎn)程PLC實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以通過(guò)Internet 遠(yuǎn)程使用該實(shí)驗(yàn)室，完成制造自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)。Buinac等［5］將Web技術(shù)與PLC結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。Aydogmus 等［6］利用PLC和Matlab OPC Server搭建了基于網(wǎng)頁(yè)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。孫蓉等［7］利用Windows 的遠(yuǎn)程桌面功能建立了基于西門(mén)子PLC 的遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)。胡慧慧等［8］結(jié)合校園網(wǎng)的實(shí)際情況，以西門(mén)子PLC 作為核心實(shí)驗(yàn)設(shè)備，結(jié)合交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)構(gòu)建了一套完整的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)約、遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交和審閱以及后臺(tái)管理維護(hù)等一系列功能。虛擬PLC實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)，進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)的靈活性，并能有效節(jié)省實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。王超［9］以組態(tài)軟件為平臺(tái)設(shè)計(jì)了虛、實(shí)結(jié)合的PLC 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。李繼芳等［10］基于Wed3D、數(shù)學(xué)建模及PLC 仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了全虛擬及半虛擬PLC 實(shí)驗(yàn)。許雯娜等［11］針對(duì)三菱PLC，結(jié)合PLC 編程軟件、OPC 接口軟件和組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了全虛擬的仿真教學(xué)平臺(tái)。

在實(shí)驗(yàn)對(duì)象研制方面，充分體現(xiàn)了行業(yè)特征和對(duì)象的多樣性。例如，湯偉等［12］設(shè)計(jì)了適合PLC實(shí)驗(yàn)的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；陳毓莉等［13］設(shè)計(jì)了帶觸摸屏的PLC試驗(yàn)臺(tái)。

可見(jiàn)，目前PLC實(shí)驗(yàn)室建設(shè)只著眼于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備建設(shè)方面，但在實(shí)驗(yàn)案例建設(shè)、結(jié)果評(píng)判等方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。PLC 課程注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，故配套的實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)多，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繁雜。自動(dòng)評(píng)判在各種在線測(cè)試系統(tǒng)中早已開(kāi)始使用，例如課程設(shè)計(jì)［14］、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)［15-16］等；但在文獻(xiàn)中尚未有針對(duì)PLC 實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)評(píng)判的研究報(bào)道。本文基于云平臺(tái)設(shè)計(jì)可組態(tài)式PLC實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)評(píng)判系統(tǒng)，旨在將指導(dǎo)教師從繁瑣的評(píng)判工作中解脫出來(lái)，并為學(xué)生提供更加準(zhǔn)確的評(píng)判結(jié)果和更加豐富的實(shí)驗(yàn)反饋。

1 基于云的評(píng)判系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

PLC是一門(mén)應(yīng)用性強(qiáng)的課程，必須充足的課程實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)室是PLC 課程建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。目前某些高校采用虛擬化理念建設(shè)PLC實(shí)驗(yàn)室，充分利用其成本優(yōu)勢(shì)和靈活性特征。虛擬化實(shí)驗(yàn)不適合首次接觸PLC 的本科生，這樣會(huì)讓他們?nèi)狈?duì)PLC的直觀認(rèn)識(shí)，難以消除對(duì)新控制器的神秘感。在建設(shè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的PLC 實(shí)驗(yàn)室時(shí)，仍采用傳統(tǒng)模式，配備了S7-1500 PLC、試驗(yàn)箱和編程計(jì)算機(jī)，在圖1 中標(biāo)注為本地實(shí)驗(yàn)室。

圖1 基于云的PLC實(shí)驗(yàn)評(píng)判系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的基于云的結(jié)果自動(dòng)評(píng)判系統(tǒng)如圖1 所示。本地實(shí)驗(yàn)室路由器連接多臺(tái)S7-1500 PLC和編程計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng)，路由器通過(guò)Internet連接云服務(wù)器，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后服務(wù)器將實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于過(guò)程回放并作為結(jié)果評(píng)判的依據(jù)。本文選用阿里云服務(wù)器ECS 搭建云端評(píng)判系統(tǒng)，ECS配置如下：CPU4 核，內(nèi)存8GB，操作系統(tǒng)Windows Server 2008 R2 企業(yè)版。ECS安裝Apache以完成Web服務(wù)器功能，并安裝MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。教師和學(xué)生都通過(guò)Web 訪問(wèn)云端評(píng)判系統(tǒng)，以完成各自角色所賦予的定制功能。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）用戶(hù)管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了用戶(hù)管理功能，以管理指派了實(shí)驗(yàn)任務(wù)的班級(jí)和學(xué)生；系統(tǒng)同時(shí)也對(duì)指導(dǎo)教師進(jìn)行管理。用戶(hù)管理的基本功能和實(shí)現(xiàn)方式與一般管理系統(tǒng)類(lèi)似。

（2）實(shí)驗(yàn)組態(tài)。這是為指導(dǎo)教師定制的功能，在Web頁(yè)上的操作完成，用于對(duì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行配置和組態(tài)。指導(dǎo)教師利用此功能，可以新建、編輯、復(fù)制、刪除實(shí)驗(yàn)，并組態(tài)每個(gè)實(shí)驗(yàn)所需的開(kāi)關(guān)量時(shí)序和模擬量波形。為了便于指導(dǎo)教師檢查組態(tài)的合理性和正確性，組態(tài)時(shí)序和波形還可以以曲線簇的形式顯現(xiàn)出來(lái)。從結(jié)果評(píng)判的角度上看，實(shí)驗(yàn)組態(tài)給出了每個(gè)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)答案。

實(shí)驗(yàn)組態(tài)是結(jié)果評(píng)判系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的增減及控制功能的升級(jí)而變化。若采用傳統(tǒng)單機(jī)版形式，則每次修改都需要在各臺(tái)電腦上進(jìn)行升級(jí)，這樣會(huì)帶來(lái)大量的工作量且極易導(dǎo)致版本混亂。采用云平臺(tái)，則每次修改只需對(duì)云服務(wù)器上的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行升級(jí)皆可。且可以方便收集和管理多人次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析和挖掘可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)PLC課程學(xué)習(xí)的規(guī)律，將有助于提升課程的學(xué)習(xí)效果。

（3）學(xué)生實(shí)驗(yàn)管理。學(xué)生用此功能模塊登記管理每個(gè)實(shí)驗(yàn)，以便系統(tǒng)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。此功能通過(guò)Web頁(yè)完成，學(xué)生需要選擇或填寫(xiě)確認(rèn)的信息見(jiàn)表1。為了便于表述，以“交通燈PLC 控制”實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行說(shuō)明。在PLC 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取時(shí)，選用OPC UA開(kāi)放性協(xié)議，IP地址或鏈接地址是云平臺(tái)連接S7-1500 OPC UA服務(wù)器的必備參數(shù)。PLC程序的運(yùn)行與其外部接線密切相關(guān)。若指定外接線順序，必然會(huì)簡(jiǎn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)，但也會(huì)限制學(xué)生程序設(shè)計(jì)的自由，干擾實(shí)驗(yàn)過(guò)程。表1 中的接線指定則可以在不影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，建立實(shí)際接線與實(shí)驗(yàn)組態(tài)信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)管理信息

（4）數(shù)據(jù)傳輸與管理。數(shù)據(jù)傳輸是本系統(tǒng)的紐帶，如圖1 所示，S7-1500 PLC、編程計(jì)算機(jī)通過(guò)路由器組成局域網(wǎng)，局域網(wǎng)通過(guò)Internet 連接阿里云ECS 服務(wù)器。編程計(jì)算機(jī)通過(guò)登錄Web 網(wǎng)站完成實(shí)驗(yàn)信息提交、結(jié)果查詢(xún)和錯(cuò)點(diǎn)分析等功能，ECS服務(wù)器上運(yùn)行的OPC UA客戶(hù)將連接S7-1500 的內(nèi)置OPC UA 服務(wù)器遠(yuǎn)程訪問(wèn)PLC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（5）結(jié)果評(píng)判。通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸和管理，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都存入MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并提交后，調(diào)度程序?qū)?dòng)評(píng)判功能模塊進(jìn)行結(jié)果評(píng)判，給出評(píng)判分?jǐn)?shù)，并標(biāo)記錯(cuò)點(diǎn)。

2 基于OPC UA的系統(tǒng)通信

系統(tǒng)包含了多個(gè)模塊，且這些模塊分布在就地實(shí)驗(yàn)室和云端，通信是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)紐帶，合適的通信規(guī)約是系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。選用OPC UA規(guī)約，它是OPC 基金會(huì)近年提出的OPC統(tǒng)一架構(gòu)［17-18］，它將OPC Classic規(guī)范的所有功能集成到一個(gè)可擴(kuò)展框架中。OPC UA與平臺(tái)無(wú)關(guān)，可運(yùn)行于嵌入式設(shè)備，具備從傳感器到云的可擴(kuò)展性。在SIMATIC S7-1500 控制系統(tǒng)中集成了OPC UA服務(wù)器功能，可以實(shí)現(xiàn)基于OPC UA 的完整M2M通信。用戶(hù)不僅可以讀取或?qū)懭肟刂葡到y(tǒng)的OPC UA 變量，還可通過(guò)OPC UA 啟動(dòng)復(fù)雜的功能序列。

在圖1 所示的系統(tǒng)配置中，按照以下步驟即可實(shí)現(xiàn)云端OPC UA 客戶(hù)與S7-1500 OPC UA 服務(wù)器的連接和數(shù)據(jù)獲取：

步驟1在編程計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)Tia Portal軟件并創(chuàng)建PLC項(xiàng)目。

步驟2在項(xiàng)目中添加對(duì)應(yīng)的PLC選型并配置組態(tài)信息，主要是IP地址配置。

步驟3若就地實(shí)驗(yàn)室分配了公網(wǎng)IP地址，則需要在路由器中配置好S7-1500 PLC 的端口映射，這樣云端客戶(hù)就能遠(yuǎn)程連接S7-1500 OPC UA服務(wù)器。

步驟4若實(shí)驗(yàn)室路由器未分配公網(wǎng)IP，則云端OPC UA客戶(hù)無(wú)法直接連接S7-1500 PLC，但可以借助花生殼等內(nèi)網(wǎng)穿透軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。在編程計(jì)算機(jī)上安裝花生殼客戶(hù)端軟件，將S7-1500 PLC 的內(nèi)網(wǎng)IP 及端口與花生殼提供的外網(wǎng)IP 和域名進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置。配置成功后，云端OPC UA 客戶(hù)即可利用花生殼生成的訪問(wèn)地址（例如：20873a00x1． imwork． net：44116）連接S7-1500 PLC。

步驟5云端調(diào)度程序查詢(xún)到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求后，將啟動(dòng)一個(gè)線程來(lái)連接此實(shí)驗(yàn)所用的S7-1500 PLC。若本地路由器有公網(wǎng)IP，則采用類(lèi)似如下的URL：＂ opc． tcp：／ ／ 202． 114． 102． xx＂ 連接S7-1500 PLC OPC UA；若實(shí)驗(yàn)室采用花生殼軟件，則S7-1500 OPC UA 服務(wù)器的URL 將具有如下形式＂ opc． tcp：／ ／20873a00x1． imwork． net：44116＂。云端OPC UA 客戶(hù)線程成功連接S7-1500 PLC后，按照表1 所填的“接線指定”讀取或訂閱數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，調(diào)度程序結(jié)束對(duì)應(yīng)線程，釋放程序資源。

云端OPC UA客戶(hù)程序的設(shè)計(jì)可以采用多種SDK完成，在VS 2012 平臺(tái)上使用OpcUaHelper SDK 來(lái)設(shè)計(jì)云端OPC UA 客戶(hù)程序。OpcUaHelper 是一個(gè)通用的OPC UA客戶(hù)端類(lèi)庫(kù)，基于官方OPC UA 基金會(huì)跨平臺(tái)庫(kù)創(chuàng)建，封裝了節(jié)點(diǎn)讀寫(xiě)、批量節(jié)點(diǎn)讀寫(xiě)、引用讀取、特性讀取、歷史數(shù)據(jù)讀取、方法調(diào)用、節(jié)點(diǎn)訂閱、批量訂閱等操作。

3 實(shí)驗(yàn)組態(tài)及管理

云端評(píng)判系統(tǒng)中，教學(xué)實(shí)驗(yàn)可組態(tài)，具備開(kāi)放性特征。實(shí)驗(yàn)組態(tài)即按照實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)生成輸入、輸出端口的時(shí)序曲線，這些曲線將作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)答案。

為方便實(shí)驗(yàn)案例的組態(tài)，設(shè)計(jì)了基于Web的波形編輯器，指導(dǎo)教師可以方便地組態(tài)實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)教師首先分析用自然言語(yǔ)、圖表或曲線描述的實(shí)驗(yàn)要求，然后使用波形編輯器編輯標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線，包括實(shí)驗(yàn)所需的所有開(kāi)關(guān)量輸入、模擬量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出和模擬量輸出曲線。編輯器同時(shí)提供復(fù)制、粘貼、修改等功能，指導(dǎo)教師通過(guò)復(fù)制并進(jìn)行少量修改即可組態(tài)生成近似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

為了便于將實(shí)驗(yàn)組態(tài)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果的全程波形分解為多個(gè)“段”，各“段”按時(shí)間順序串聯(lián)起來(lái)；每個(gè)“段”的波形用預(yù)設(shè)的幾種基本波形模式描述。圖2 為開(kāi)關(guān)量和模擬量分別預(yù)設(shè)了7 種基本波形模式。選取模式及時(shí)間幅值參數(shù)，PLC 控制器的任何開(kāi)關(guān)量、模擬量波形都可以用這些基本波形合成。這樣一來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)只需存儲(chǔ)數(shù)量不多的時(shí)間和幅值參數(shù)即可呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的全程波形。

圖2 信號(hào)基本波形模式

以“交通燈PLC 控制”實(shí)驗(yàn)為例來(lái)具體化實(shí)驗(yàn)的組態(tài)過(guò)程。表2 為“交通燈PLC 控制”實(shí)驗(yàn)所需的所用控制信號(hào)，除Q 啟動(dòng)為輸入信號(hào)外，其余燈的控制信號(hào)皆為輸出。

表2 交通燈PLC控制實(shí)驗(yàn)的控制信號(hào)

分析實(shí)驗(yàn)的控制功能可知交通燈控制為循環(huán)過(guò)程，其一次循環(huán)的輸入輸出信號(hào)時(shí)序如圖3 所示。實(shí)驗(yàn)組態(tài)時(shí)只需對(duì)單次循環(huán)波形進(jìn)行組態(tài)，再將單次循環(huán)波形重復(fù)執(zhí)行即可呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)的全程波形。按照波形特征，圖3 所示波形可以分為6 個(gè)“段”，記為S1 ～S6。利用基本波形模式及其參數(shù)，圖3 所示波形被簡(jiǎn)潔地描述為表3 所示實(shí)驗(yàn)組態(tài)，且表3 非常適合數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)和管理。組態(tài)完成后，實(shí)驗(yàn)組態(tài)將被存入云端MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。模擬量波形的描述與開(kāi)關(guān)量類(lèi)似，只是每個(gè)段所存儲(chǔ)的參數(shù)稍多。為了便于及時(shí)檢查和修正波形組態(tài)，編輯器還能及時(shí)顯示波形組態(tài)，實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”。

圖3 交通燈PLC控制實(shí)驗(yàn)的信號(hào)時(shí)序

表3 交通燈控制實(shí)驗(yàn)組態(tài)

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果評(píng)判

4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

指導(dǎo)教師首先在系統(tǒng)中組態(tài)好實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果曲線存入數(shù)據(jù)庫(kù)。再將需要開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的班級(jí)和學(xué)生姓名導(dǎo)入系統(tǒng)，學(xué)生即可利用系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄和自動(dòng)結(jié)果評(píng)判了。

學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室按照安排就座后，需要登錄部署在阿里云ECS 上的網(wǎng)站系統(tǒng)并填入表1 所示的管理信息，系統(tǒng)成功驗(yàn)證學(xué)生實(shí)驗(yàn)信息后將其寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。云端調(diào)度程序通過(guò)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求后，即啟動(dòng)一個(gè)OPC UA 客戶(hù)線程，并用此線程連接對(duì)應(yīng)S7-1500 OPC UA服務(wù)器并完成數(shù)據(jù)讀取。

信息登錄成功后，學(xué)生即可利用S7-1500 PLC 連接實(shí)驗(yàn)箱并完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此階段評(píng)判系統(tǒng)透明化，完全不影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，也不約束學(xué)生的編程思想。評(píng)判系統(tǒng)僅在后臺(tái)實(shí)時(shí)采集學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)的輸入、輸出數(shù)據(jù)，并存入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中以供后續(xù)結(jié)果評(píng)判。

4.2 結(jié)果評(píng)判

由于不對(duì)學(xué)生接線進(jìn)行限制，故同一個(gè)實(shí)驗(yàn)其結(jié)果也不盡相同，取決于不同的輸入、輸出接線順序。因此，云端評(píng)判系統(tǒng)采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尚不能直接用于結(jié)果評(píng)判，需要先進(jìn)行“去接線化”處理。在表1 中指明了接線代表的物理意義，利用該信息即可對(duì)原始采集數(shù)據(jù)“去接線化”。去除接線帶來(lái)的影響后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)曲線所代表的信號(hào)意義完全相同，才可以進(jìn)行對(duì)比判斷。去接線化后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)首先與標(biāo)準(zhǔn)曲線同步時(shí)標(biāo)，再進(jìn)行比對(duì)完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)判。在評(píng)判的同時(shí)，還需要將存在差別的時(shí)標(biāo)點(diǎn)記錄下來(lái)，以便進(jìn)行錯(cuò)點(diǎn)分析。

實(shí)驗(yàn)評(píng)判完成后，學(xué)生可以從Web頁(yè)查看評(píng)判結(jié)果和錯(cuò)點(diǎn)，頁(yè)面用不同顏色的曲線呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線和實(shí)驗(yàn)曲線，以輔助學(xué)生查找問(wèn)題，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。以上基于比對(duì)的評(píng)判方法適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制系統(tǒng)，目前已經(jīng)在評(píng)判系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)并開(kāi)始試運(yùn)行。而模擬量系統(tǒng)的評(píng)判功能模塊則更加復(fù)雜，需要與閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能分析和評(píng)估結(jié)合起來(lái)。在本科階段，PLC 實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)開(kāi)展，而模擬量閉環(huán)控制較少涉及，故以上基于曲線比對(duì)的評(píng)判方法可以解決大部分PLC實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)判問(wèn)題。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)PLC實(shí)驗(yàn)結(jié)果人工評(píng)判費(fèi)時(shí)、工作量大且不準(zhǔn)確的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于云的自動(dòng)評(píng)判系統(tǒng)。系統(tǒng)以阿里云ECS 為平臺(tái)，結(jié)合OPC UA 協(xié)議、Web 服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理。在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了云端多線程O(píng)PC UA客戶(hù)程序，遠(yuǎn)程連接S7-1500 OPC UA服務(wù)器以實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)的可組態(tài)性將評(píng)判系統(tǒng)打造成為了一個(gè)開(kāi)放平臺(tái)，具有較好的擴(kuò)展性。本系統(tǒng)可以大大減輕指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)判的工作量。學(xué)生也可以從系統(tǒng)獲得更加準(zhǔn)確的評(píng)判結(jié)果和更加全面的反饋信息，以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。本文基于云的平臺(tái)設(shè)計(jì)、基于OPC UA 的通信規(guī)范性以及可組態(tài)理念可為其他實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供借鑒，也可以為其他遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。