搭载 AIOSYS 软件的 PLC+IO 控制实验系统功能实施案例

一、项目概述

1.1 项目背景

为满足某电力大学 – 电气自动化工程学院对现代工业控制技术教学的需求，适配智能制造背景下自动化专业人才培养标准，解决传统教学设备与工业实际技术脱节、缺乏前沿标准支持的问题，打造本套搭载 AIOSYS 软件的 PLC+IO 控制实验系统，作为高校自动化、机电一体化等相关专业的核心教学实训设备。

1.2 项目目标

• 提供符合 IEC61499 国际标准的实训平台，兼顾 IEC61131-3 传统标准，实现前沿技术与基础教学的衔接。

• 构建模块化、可扩展的硬件架构，支持从基础 IO 控制到复杂分布式控制的全流程实验。

• 依托 AIOSYS 软件平台，培养学生多语言编程、工业网络配置、智能控制逻辑设计等核心技能。

• 实现教学与工业场景的无缝对接，提升学生工程实践能力与就业竞争力。

  
  

二、系统总体架构

2.1 硬件系统拓扑图

2.2 硬件组件明细

柜内控制回路细节

测试仪器仪表

服务器+电控柜

三、核心功能实施详情

3.1 硬件部署与连接功能

• 模块化安装：所有硬件组件均采用标准导轨安装，PLC 主机、IO 模块、网络适配器在控制柜内分区布局，接线端子标识清晰，方便学生学习设备组装与布线。

• 灵活组网能力：通过网络适配器支持 Modbus、EtherCAT、Profinet、Profibus-DP 等主流协议，可搭建星型、环网等多种工业网络拓扑，满足《工业网络》课程的实验需求。

• 安全防护设计：配备稳压电源集中供电系统，支持过压、过流保护;所有信号端口均做隔离处理，防止学生操作失误导致设备损坏，保障教学安全。

3.2 软件编程与控制功能

• 双标准兼容编程：IEC61499 功能块(FB)支持 LD(梯形图)、ST(结构化文本)、C 语言等多语言编程，培养学生面向未来的分布式控制思维;同时兼容 IEC61131-3 标准，保障基础编程技能的扎实培养。

• 智能任务调度：依托 AIOSYS 的代理调度器模块，可实现多实验任务的并发执行与优先级管理，让学生理解工业场景下的资源优化配置逻辑。

• 实时数据交互：软件平台与硬件设备的通信延迟低至微秒级，支持控制指令的实时下发与设备状态的实时反馈，确保实验结果的准确性。

• 远程监控与调试：具备网页化编程和本地化部署能力，只需在局域网内部署1次，所有内网设备无需安装再次安装编程软件，开箱即用，教师无需安装学生客户端可实时查看学生实验进度，远程协助调试程序;学生可通过简易SCADA数据监控界面直观观察变量变化，快速排查程序错误。

四、教学应用效果

4.1 知识点覆盖

• 核心理论：覆盖 PLC 工作原理、工业通信协议、控制逻辑设计、分布式控制系统架构等关键知识点。

• 技能培养：掌握多语言编程技巧、工业网络配置方法、PLC 与 IO 模块的调试流程、复杂控制系统的设计与优化能力。

• 素养提升：培养严谨的工程思维、规范的操作习惯、团队协作能力与安全生产意识，契合现代工业人才的素养要求。

4.2 教学模式创新

• 实现 “理论 - 仿真 - 实操” 一体化教学：学生可先在容器化部署的runtime中进行控制逻辑仿真，再下载到硬件设备中二次验证，提升学习效率。

• 支持项目驱动教学：以工业实际案例为导向，如 “模拟生产线的启停控制”“温度闭环调节系统设计” 等，让学生在完成项目的过程中掌握技能。

• 适配混合式教学：软件平台支持线上编程与远程实验，可配合线下实操开展混合式教学，突破时空限制。

五、验收标准与结果

5.1 验收标准

• 硬件验收：所有组件完好无损，模块连接稳定，连续运行 144 小时无故障;网络通信速率达标，数据传输无丢包。

• 软件验收：编程环境运行流畅，双标准编程功能正常，监控与调试工具有效;与硬件设备的兼容性良好。

• 教学验收：可成功完成所有预设实验项目，实验数据准确可靠;学生能通过系统掌握核心知识点与操作技能。

5.2 验收结果

经某电力大学自动化工程学院教师团队与项目组联合验收，系统硬件配置完整、软件功能正常、教学适配性良好，所有验收指标均达到或超过预设标准，符合高校教学实训需求，验收合格。