半实物PLC虚拟仿真教学软件,虚实结合PLC虚拟仿真系统

发布时间：2024-04-19 17:53浏览次数：times

系统介绍
该软件支持用户拖拽的方式快速创立自己的3D工业场景，并可通过内部虚拟plc，或外部真实PLC实时控制3D工业场景。它充当一个实时自动化沙盒，在实际产品制造之前实现产品的仿真、分析与优化过程。系统包含了工业3D场景搭建、PLC编程、PLC控制系统调试等功能。在工业自动化、机电一体化、电气工程、机械工程、等课程中具有较高的教学价值。
在自动化产品设计的初级概念阶段就可以对整个系统进行完整的分析，观察并实验各组件的相互运动情况。在虚拟场景里可方便地修改设计缺陷，仿真不同的布局方案，对自动化产品系统进行不断的改进，直至获得的设计方案。
提供用户自主建模与自主布局功能，并开放底层接口，支持用户二次开发。是一套工业4.0自动化的综合设计仿真验证平台，并提供了丰富的教学资源。
硬件要求：
为了保证系统流畅地使用，在此列出对于计算机系统的配置要求：
操作系统：Windows 7 SP1 及以上版本
系统类型：64位操作系统
处理器(CPU)：≥2.5Ghz（如果使用VR眼镜，≥3.2Ghz）
内存：≥8GB
硬盘：≥5GB (存储空间)
显卡：GPU ≥800MHz 显存 ≥1GB（如果使用VR眼镜，GPU ≥1.6Ghz，显存 ≥6GB，如GTX1070）
Net框架版本：V4.6.2及以上版本
一、软件特色功能
1.虚拟系统集成
用户可自主开发模型、自动布局、电气信号连接、虚拟调试，验证系统集成整个过程。
2.多品牌PLC虚实结合仿真
支持各种主流品牌的PLC的半实物仿真（虚实结合）、全虚拟仿真。
3、自动考核功能
实时采集PLC场景的动作数据，根据考核要求，系统自动计算考核成绩。
4.丰富教学资源
以PLC实验大纲为基础，基于软件开发的教学资源，独立发布，网络下载。适合中职、高职、本科的系列PLC教学资源，并不断丰富。
5、模块可扩展（需另配）
软件基于模块化设计，可扩展到机器人仿真与智能制造仿真。
二、软件主要功能
（1）基础仿真功能
1）自动布局
在3D场景下，用户以拖拽方式快换搭建工程。可以对模型进行移动、旋转、编辑、装配等操作，象搭积木一样完成工作场景部署。布局完成后的场景可被各种外设驱动。
2）物理效果
系统内建物理引擎，创建的虚拟模型具有物理效果，能模拟仿真现实生活中的物理现象，如：重力、弹性碰撞等。在发生碰撞、摩擦、受力的运动模拟中，不同的动力学属性能得到不同的运动效果。
3）人机交互
虚拟设备运动由编程驱动，虚拟传感器能反馈场景真实的状态，赋予了虚拟设备与实际设备相同的特性。并可通过虚拟设备上控制面板、HMI上的面板，外部的硬件面板对场景完成操作。对如真实的场景操作。
4）VR体验
软件支持VR眼镜，实现沉浸式虚拟现实3D体验。包含逼真工业现场3D音效仿真，使体验者身临其境。通过手柄可与场景进行互动操作。
5）外设总线驱动
支持通过总线与外部系统进行数据交换。如接入总线型外接硬件控制器，组成虚实结合仿真系统。或通过总线进行二次开发应用。支持有Modbus-RTU总线设备（如各种串口传感器、执行器），Modbus-TCP总线设备（如各种网口传感器、执行器），OPC总线设备（如OPC服务器、WinCC软件）。
6）电气连接与系统集成
软件支持在虚拟场景中，完成对各种虚拟设备的集成，以及虚拟调试。虚拟集成主要通过端口映射操作：把模型中可控制的部分与一个特定的端口号关联起来，通过操作此端口号就可操作虚拟设备。如各种机器人工具、流水线、传感器等。端口包括：电平类端口，模拟量端口，脉冲类端口。通过端口的信号操作，完成机器人的系统集成，构建复杂的机器人应用系统。
7）虚实结合技术
控制虚拟设备运行，可以是软件控制器，也可以外部的硬件控制器。***可以建立全软件的虚拟仿真，或半实物的虚实结合仿真，丰富应用范围。
8）海量模型
系统包含一个完整且具有典型工业设备的部件库，并对库里组件提供对应的运动仿真与效果渲染，可根据工程需求选择相对应的组件进行设计。如各种传送带、气动缸、液压缸、伺服电机、丝杆、型材、按钮、开关、传感器、数控机床，加工中心、立体仓库、AGV等工业元素。
9）模型开发
系统开放通用接口进行CAD数据导入，为组件库中没有的非标机建立模型组件，并赋予其参数和运动。系统具有强大的模型读取功能，能读取igs、step、stp、OBJ、STL格式的3D建模。
10）开发环境生态
模型网是一个模型分享与交流网站。用户之间可以分享设计的模型，技术讨论，也能进行模型交易，提高创作的积极性，构建开放的生态环境。
11）自动考评
该软件具有操作数据采集与分析功能。基于软件的自动考评系统，先由教师出题，自动生成判分规则。学员在考核过程中，系统将实时记录学员的操作过程、执行结果、异常事件，并根据考试评分规则计算考核评分。减轻教师批改工作量，提升教学质量。可用于课后测试、实验预习、课程考核，以及职业技术水平考试。
12）脚本二次开发
支持Python脚本语言编程控制虚拟设备，可用于快速功能验证。
（2）多品牌PLC虚实结合仿真
该软件集成各种执行器与传感器，如：传送带、气动器件、电机、按钮开关、传感器、数控机床，立体仓库、机器人夹具、定制执行机构等。这些设备可以被PLC驱动，因此该软件一套非常好的PLC训练软件。
软件支持内置虚拟三菱PLC、虚拟西门子PLC、总线接入硬件西门子PLC、总线接入硬件三菱PLC。
三、教学资源
教学资源是基于软件开发，独立发布，网络下载。以PLC的实验大纲为基础，开发了适合中职、高职、本科的系列PLC智能制造教学资源，并不断丰富。
虚拟仿真教学系统
机械实训安全教育虚拟仿真软件：本软件基于unity3d开发，软件采用三维漫游的形式，可通过键盘控制移动，鼠标控制镜头方向，设有机械安全距离实验，机械安全保护装置实验、机械安全防护设计基础考核，实验进行时，三维漫游画面采用箭头与脚印图案提示移动至实验位置，机械对象周围圆圈显示了工作半径，实验过程伴有三维机器人的对话框提醒。
A、机械安全距离实验内容包括防止上下肢触及危险区的安全距离实验（内分2种围栏高度与开口大小），选择进入后，镜头前弹出GB23821-2009《机械安全防止上下肢触及危险区的安全距离》要求，错误示范：实验过程为人体进入机械对象工作半径受到伤害后，血色画面与语音提醒收到机械伤害，并回至原位并进行下一实验，*终一步为正确做法。
B、机械安全保护装置实验分为安全联锁开关、安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪等保护装置实验，可选类别（安全输入、安全控制、安全输出、其他）、生产厂家、产品列表（安全联锁开关、安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪、安全控制器、安全继电器、安全护栏）。安装位置有蓝色闪烁框架提醒，实验流程：选择安全护栏并安装、选择安全连锁开关（或选择安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪）并安装、选择安全控制器并安装至电气控制箱、选择安全继电器并安装至电气控制箱、点击电气控制箱上的启动按钮。若进入危险区域时，系统将提示报警音，且机械对象停止工作，选择电气控制箱上的复位按钮可停止。
C、机械安全防护设计基础考核要求完成机械安全系统的安装，正确安装安全护栏、安全联锁开关、安全光幕、安全垫、安全激光扫描仪、安全控制器、安全继电器、24V电源、信号灯及急停按钮，考核分为十个考核点，部分考核点有3个选项，由学生自由选择，*终10项考核点选好后，提交确认，系统自动得出总分数以及各考核点的得分情况。
D、软件须为整体同一平台，不得以单独的资源展现。
E、同时为客户提供本软件的VR安装包方便用户拓展为VR实验，VR设备及软件安装调试不需提供。
机械装配与钳工装配虚拟仿真软件：本软件基于unity3d开发，可选6级画质，设有减速器、轴系结构的设计与虚拟拆装、常见机械机构设计与仿真，机构资源库，典型机械机构（汽油机发动机的虚拟拆装），软件为一个整体软件，不能为一个个单独的资源。
A.减速器设计与虚拟拆装界面可选涡轮蜗杆圆锥齿轮减速器、二级展开式圆柱齿轮减速器、圆锥圆柱齿轮减速器、同轴式圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、一级圆柱齿轮减速器。
涡轮蜗杆圆锥齿轮减速器：进入软件后自动播放装配内容，视频中各步骤均有文字说明
二级展开式圆柱齿轮减速器：进入软件后采用视频的形式播放内容，视频内容应包含：零件名称（扫描二维码可看零部件名称）、拆装演示（包含拆卸、装配）、虚拟拆装（包含整体、低速轴、中速轴、高速轴、箱盖、箱座）
圆锥圆柱齿轮减速器、同轴式圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、一级圆柱齿轮减速器：点击进入后自动跳转到edrawings界面，模型均为三维模型，通过点击零部件显示零部件名称，可360°全方位旋转、放大、缩小、平移，同时可通过移动零部件功能，将整个减速器进行拆卸组装，同时可以选择主页按钮回到减速器*初始的状态。圆锥齿轮减速器、一级圆柱齿轮减速器增加了插入横断面功能，可自由拖动横断面观察减速器内部结构。
B.轴系结构的设计及虚拟拆装界面可选零件认知、拆装演示、实战操作。
1、零件认知：内设斜齿轮、无孔端盖、联轴器、联轴器键、轴、齿轮键、带孔端盖、轴套、深沟球轴承的三维模型与零件名称，任意零件均可进行360°旋转
2、拆装演示：内置2个案例，将鼠标移动到某一零件位置时（底座与轴承座除外），该零件自动放大，并显示零件名称，设有拆卸与装配按钮，功能由软件自动完成轴系结构拆卸与装配。三维场景均可进行360°全方位旋转、放大、缩小、平移。
3、实战操作：三维零件整齐摆放于桌面，由学生手动选择对应的零件并移动至轴系结构上，摆放顺序正确且位置正确时零件才能安装上去，设有重新开始按钮，方便学生重新进行虚拟实验。将鼠标移动到某一零件位置时（底座与轴承座除外），该零件自动放大，并显示零件名称。
C、常见机械机构设计与仿真可选铰链四杆机构设计与分析、III型曲柄摇杆机构设计与分析、偏置曲柄滑块机构设计与分析、曲柄摆动导杆机构设计与分析、铰链四杆机构轨迹综合、偏心直动滚子推杆凸轮、对心直动平底推杆凸轮。
1、各个机构应当能输入相对应的参数，由软件自动计算参数，并可进行运动仿真和自动绘制曲线图。
D、机构资源库可选平面连杆机构11种、凸轮机构5种、齿轮机构6种、传动机构8种、加紧机构11种、轮系机构6种、其他机构（机械设备模拟）8种
E、汽油机发动机的虚拟拆装可选曲轴箱装拆演示、曲轴箱虚拟装配、配气系装拆演示、配气系虚拟装配
1、曲轴箱装拆演示与配气系装拆演示均设有拆卸按钮、装配按钮、重新开始、分解观察按钮，将鼠标移动到某一零件位置时，该零件自动放大，并显示零件名称，功能由软件自动完成轴系结构拆卸与装配。使用分解观察按钮时，曲轴箱或配气系三维模型自动展示爆炸图，可进行360°全方位旋转、放大、缩小、平移
2、曲轴箱虚拟装配与配气系虚拟装配的三维零件均整齐摆放于桌面，均由学生手动选择对应的零件并移动至机构上，当摆放顺序正确且位置正确时零件才能安装上去，设有重新开始按钮，方便学生重新进行虚拟实验。将鼠标移动到某些零件位置时，自动显示零件名称。
（1）PLC基础实验仿真资源包（标配）
PLC基础实验仿真资源包是根据《可编程控制器编程应用》教程实验编写，所有的实验可以纯虚拟仿真，也支持虚拟结合PLC仿真（半实物仿真）。每份资源包括：培训教材，视频，及工程案例。
实验项目：
1.电动机顺序启动控制
2.电动机星三角启动控制
3.数码显示控制
4.音乐喷泉控制
5.装配流水线控制
6.十字路口交通灯控制
7.水塔水位控制
8.天塔之光控制
9.自动配料装车系统控制
10.四节传送带控制
11.多种液体混合装置控制
12.自控轧钢机控制
13.邮件分拣机控制
14.机械手控制
15.四层电梯控制
16.自动洗衣机控制
17.电镀生产线控制
18.直流电机控制
19.温度PID控制
20.模拟量变频开环调速控制
21.模拟量变频闭环调速控制
（2）PLC工业创新扩展仿真资源包
PLC工业创新仿真资源是根据常用的工业自动化设备，模型按1:1开发。让学生在学校就能掌握典型的工业应用，为将来就业打好基础。所有仿真支持PLC虚拟仿真，也支持半实物仿真。每份资源包括：培训教材，视频，及工程案例。
实验项目：
1.传输线阻挡控制
2.流水线并线控制
3.伺服控制
4.直角机器人装配控制
5.行架机器人码垛
6.立体仓库
7.立体车库
8.桁架机械手机床上下料
9.液位控制
（3）PLC集成开发扩展仿真资源包
PLC集成开发仿真资源包，是以一个典型的自动化立库仓库为例，从产品需求出发，对控制系统需求分析、控制系统方案设计、控制系统硬件设计、设备选型、设备布局安装、设备电气连接、控制系统软件设计、PLC程序开发与调试、人机界面开发、系统集成运行、功能与性能验证。完成工业自动化产品的整体集成开发过程，并且是基于虚拟仿真软件开发与调试。其中设备是采用仿真软件的虚拟设备、设备布局安装是利用仿真软件的布局功能、设备电气连接是采用放着软件的电气连接功能。PLC仿真编程与调试是利用仿真软件的虚拟PLC开发调试功能。资源包括：培训教材，视频，及工程案例。
实验内容：
1.工业项目开发流程实验
2.工控设计选型实验
3.PLC场景布局实验
4.数据映射设置实验
5.电气图布局实验
6.HMI开发与调试实验
7.立库程序编程与调试实验
（4）PLC综合应用扩展仿真资源包
PLC综合应用资源包，是该系统是将机器人技术、视觉检测技术、流水线技术、液压技术,PLC控制技术、物联网通讯技术和系统工程有机的融于一体。系统由11个单元工作站组成，托盘自动堆解单元、供料单元、机电加工模拟单元、加盖单元、穿销单元、机器人搬运单元、机器人搬运单元、喷涂烘干单元、检测单元、物流仓储单元、总控单元等组成。完成从毛坯到成品装配入库的完整过程。
考虑到实体生产线成本高，占地大，知识密度高，危险性高，不易教学的特点，本项目的所有实验，都在仿真环境下完成。每个学员一套独立的开发环境，在仿真软件里，从零开始建设自己的智能工厂，从生产线规划，选型、布局、设计、单元工作站虚拟调试，系统完整的智能工厂系统联调。所有PLC程序、机器人程序、视觉程序在仿真软件里完成虚拟调试与验证，可并直接下载到实体生产线运行。资源包括：培训教材，视频，及工程案例。实验项目：
1.托盘自动堆解单元控制实验
2.供料单元控制实验
3.机电加工模拟单元实验
4.加盖单元控制实验
5.机器人搬运控制实验
6.穿销单元控制实验
7.伸缩换向单元控制实验
8.喷涂烘干单元控制实验
9.检测单元控制实验
10.机器人分检单元控制实验
11.物流单元控制实验
12.PLC组网实验
13.系统整体运行调试实验

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