【摘要】：針對(duì)PLC調(diào)試傳統(tǒng)培訓(xùn)方式不能多方位展現(xiàn)被控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)的問(wèn)題,以典型的控制對(duì)象燃?xì)忮仩t為例,基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)PLC虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成,通過(guò)RS232數(shù)據(jù)總線連接。上位機(jī)采用3ds Max對(duì)設(shè)備裝置進(jìn)行建模、渲染,在Unity3D中構(gòu)建完整地虛擬場(chǎng)景。下位機(jī)以PLC為控制核心設(shè)計(jì)控制板,利用通信接口模塊實(shí)現(xiàn)PLC與虛擬場(chǎng)景之間的數(shù)據(jù)傳輸,完成對(duì)虛擬鍋爐的控制。經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)可正常運(yùn)行,學(xué)員能夠安全高效地編程并進(jìn)行調(diào)試,了解和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相似的工藝流程,提高培訓(xùn)效率,縮短培訓(xùn)周期,減少培訓(xùn)成本,具有較高的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
【圖文】：

1仿真培訓(xùn)系統(tǒng)總體框架1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)又稱(chēng)靈境技術(shù)，是一種計(jì)算機(jī)圖形交互技術(shù)。VR具有模擬性、沉浸性、交互性和構(gòu)想性等特征，利用計(jì)算機(jī)等技術(shù)模擬現(xiàn)實(shí)三維空間，讓用戶(hù)從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多方面感受虛擬場(chǎng)景[6-7]。例如本系統(tǒng)中的上位機(jī)虛擬燃?xì)忮仩t，利用動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和虛擬傳感器技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)以及三維交互設(shè)計(jì)等來(lái)完成虛擬系統(tǒng)的構(gòu)建。1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)PLC燃?xì)忮仩t虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)主要由上位機(jī)和下位機(jī)組成，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。Unity3D具有方便的可視化創(chuàng)作環(huán)境，提供渲染引擎、背景音效、腳本引擎等功能，，兼容多種操作系統(tǒng)，故上位機(jī)采用Unity3D構(gòu)建PC機(jī)虛擬場(chǎng)景，模擬實(shí)際工藝流程。下位機(jī)包括控制板、PLC、通信接口模塊。通信接口模塊主要是虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)接口，本系統(tǒng)利用單片機(jī)來(lái)完成PLC與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與傳輸。具體的數(shù)據(jù)流圖如圖2所示。控制板發(fā)出真實(shí)控制信號(hào)，PLC對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集并經(jīng)由通信接口模塊傳送給PC機(jī)虛擬場(chǎng)景。Unity3D虛擬場(chǎng)景根據(jù)接收到的虛擬控制信號(hào)來(lái)模擬實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行效果。運(yùn)行過(guò)程中，溫度、壓力、氧等虛擬傳感器的信號(hào)經(jīng)通信接口模塊傳送給PLC。PLC接收到信號(hào)后檢測(cè)虛擬設(shè)備的運(yùn)行情況并發(fā)出控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)虛擬鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。圖1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖Fig.1Systemoveralldesigndiagram圖2數(shù)據(jù)流圖Fig.2Dataflowdiagram2上位機(jī)開(kāi)發(fā)2.1三維建模三維建模是構(gòu)建整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要有三維視覺(jué)建模和三維聽(tīng)覺(jué)建模。三維視覺(jué)建模主要包括幾何建模、運(yùn)動(dòng)建模、物理建模、對(duì)象行為建模、模型分割等方法。本系統(tǒng)主要使用幾何建

夾紊?成技術(shù)、立體顯示和虛擬傳感器技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)以及三維交互設(shè)計(jì)等來(lái)完成虛擬系統(tǒng)的構(gòu)建。1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)PLC燃?xì)忮仩t虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)主要由上位機(jī)和下位機(jī)組成，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。Unity3D具有方便的可視化創(chuàng)作環(huán)境，提供渲染引擎、背景音效、腳本引擎等功能，兼容多種操作系統(tǒng)，故上位機(jī)采用Unity3D構(gòu)建PC機(jī)虛擬場(chǎng)景，模擬實(shí)際工藝流程。下位機(jī)包括控制板、PLC、通信接口模塊。通信接口模塊主要是虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)接口，本系統(tǒng)利用單片機(jī)來(lái)完成PLC與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與傳輸。具體的數(shù)據(jù)流圖如圖2所示。控制板發(fā)出真實(shí)控制信號(hào)，PLC對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集并經(jīng)由通信接口模塊傳送給PC機(jī)虛擬場(chǎng)景。Unity3D虛擬場(chǎng)景根據(jù)接收到的虛擬控制信號(hào)來(lái)模擬實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行效果。運(yùn)行過(guò)程中，溫度、壓力、氧等虛擬傳感器的信號(hào)經(jīng)通信接口模塊傳送給PLC。PLC接收到信號(hào)后檢測(cè)虛擬設(shè)備的運(yùn)行情況并發(fā)出控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)虛擬鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。圖1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖Fig.1Systemoveralldesigndiagram圖2數(shù)據(jù)流圖Fig.2Dataflowdiagram2上位機(jī)開(kāi)發(fā)2.1三維建模三維建模是構(gòu)建整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要有三維視覺(jué)建模和三維聽(tīng)覺(jué)建模。三維視覺(jué)建模主要包括幾何建模、運(yùn)動(dòng)建模、物理建模、對(duì)象行為建模、模型分割等方法。本系統(tǒng)主要使用幾何建
【作者單位】： 河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(U1404612)
【分類(lèi)號(hào)】：TK229.8;TP391.9

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本文編號(hào)：2545810