虚拟立体车库实训平台与PLC教学

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自动化立体车库的控制系统通常涉及常规运动控制、变频调速控制、节能控制等方面,是一个综合程度高、相对比较复杂的控制系统,因此被许多高校作为典型控制系统,用于电气自动化领域的教学载体。由于立体车库的结构复杂,占用空间较大,需要大量的硬件与资金投入,无法在学校建立与实际立体车库系统相一致的系统。为了进一步拓宽知识面,加深对自动化技术的深层次的认识以及拓宽高校PLC(Programmable Logic Controller)教学的方向,本文瞄准PLC在我国正处于上升的趋势,面对各高校对于PLC教学实训平台的欠缺,研究制作了此套立体车库虚拟实训平台。在该虚拟系统中,只有控制器采用硬件实物PLC,而立体车库的视觉化和状态监控完全由PC机端软件实现。本文运用Unity3D以及Maya等建模、渲染软件制作立体车库的虚拟实训平台,在PC机中将整个立体出库精密的展示,按照自动化立体车库的运行裸机使其(通过二维软件的二次开发接口)动态的展示整体车库的效果,并通过通信端口,与PLC相连接,使学生能够直观的感受到PLC的控制与运行。本论文设计和实现了一个基于3D虚拟技术的四层五位的升降横移式立体车库模拟系统,用以与PLC教学实践相结合。通过通信接口模块与PLC、变频器、触摸屏等控制单元构成一个综合实训平台。实现与实际立体车库系统基本一致的运动控制功能,满足PLC课程实践教学的需要。论文主要的研究工作如下:1、系统基于功能及总体架构的设计,探索虚拟场景与外部硬件相结合的模式,分析软硬件的通信模式,找出与之兼容的模式,从而解决软硬件交互通信问题。2、实现PLC控制系统对整体教学软件系统进行监控,并实现立体车库的运行逻辑,设置虚拟位置传感器信号,通过接口模块输出到PLC系统,实现闭环控制。3、通过对升降横移式自动化立体车库的技术参数的计算,找出它与PLC通信端口的通信原理以及规则,为串口程序的编制找到理论上的支持,通过实际编写通信脚本文件,使这套虚拟立体车库真正实现与PLC通信。4、通过软件自身的物理引擎以及脚本的编写,解决了自动化立体车库三维模型的运动驱动,实现了虚拟立体车库运动仿真过程。本文将计算机虚拟现实技术应用到教学中,开发的虚拟实验系统既能真实的表现实际生产系统的工作过程,同时又可以验证学生的实际编程能力,系统具有功能全、成本低、效率高、可扩展性和可开发性强、工程实用性强等优点。可广泛应用于PLC教学中,解决实验教学过程中遇到的各种困难,节约实验经费,同时提高实验的安全性,丰富了学生的工程实践经验,使学生在理论和实际动手能力两方面都得到提高,有效地提高了学生培养质量。
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