CN103295443B - 烟草行业生产设备的仿真教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟草行业生产设备的仿真教学系统，包括用于仿真控制器的第一PLC、用于仿真生产设备的第二PLC，以及一个用于接收学员的操作输入、并且提供仿真输出的输入输出接口单元；所述输入输出接口单元与所述第一PLC连接，第一PLC与第二PLC通讯连接；本发明不需要真实的生产设备，通过模拟的方式给学员以现场感，培训效果好。
Description
技术领域
本发明涉及烟草行业生产设备的仿真教学系统，特别是一种烟草行业的烘丝机仿真教学系统。
背景技术
目前，科技的水平不断在发展，烟草行业的自动化水平也不断提高，广泛使用了最新的电气和计算机控制技术。在自动化控制技术方面领先于大多数制造业，大量新设备在烟草行业开始得到应用。由于技术更新快，技术人员面对日益复杂和高端的新设备，很难在短时间内掌握其正确操作方法和流程，从而造成设备更新，维护和技术创新难度的加大，影响到烟草生产中的效率，产量和安全性，需要对操作人员不断进行培训。
现有的培训方式有两种，一种是现场培训，另一种是通过文字、PPT等方式进行传统教育教学。第一种方式培训效果好，但是由于代价很高，而且容易造成生产、甚至是人身安全问题，所以不能够大量采用。第二种方式，由于没有现场感，也无法使学员具体操作，培训效果很差。
所以现在亟需一种既能够保证培训效果，成本又低的培训方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟草行业生产设备的仿真教学系统，用以克服现有培训方式的弊端。
为实现上述目的，本发明的方案是：
烟草行业生产设备的仿真教学系统，包括用于仿真控制器的第一PLC、用于仿真生产设备的第二PLC，以及一个用于接收学员的操作输入、并且提供仿真输出的输入输出接口单元；所述输入输出接口单元与所述第一PLC连接，第一PLC与第二PLC通讯连接；所述第一PLC接收来自于输入输出接口单元的操作输入数据，并送入第二PLC，由第二PLC根据其自身存储的仿真模型进行计算，将仿真结果通过第一PLC送到输入输出接口单元，由输入输出接口单元显示仿真结果。
所述输入输出接口单元为触摸屏和/或PC，所述触摸屏用于显示数字、图表化的仿真结果；所述PC上安装有GENESIS三维组态仿真软件，用于显示三维动态的仿真结果。
所述第一PLC与第二PLC通过Profibus-DP总线通讯连接，触摸屏与第一PLC通过MPI总线连接，所述PC与第一PLC通过以太网通讯连接。
所述生产设备为烘丝机，所述学员的操作输入包括对烟丝温度、湿度、转速、流量的设置，启动、停止命令，以及PID调节的参数设置。
所述第一PLC、第二PLC与触摸屏安装在仿真控制柜中，触摸屏设于控制柜的面板上；面板上还设有开关按钮。
所述PC还设有用于远程控制的通讯控制接口。
本发明的仿真培训系统通过仿真的形式模拟现场生产设备，既能够保证培训效果、成本又低。具体来说，第一PLC用于模拟生产设备的控制器，第二PLC用于模拟生产设备，其内部存储了需要模拟的生产设备的仿真模型，输入输出接口单元用于处理人机交互工作。第一PLC接收来自于输入输出接口单元的、由学员给出的操作输入数据，并送入第二PLC，由第二PLC根据其自身存储的仿真模型进行计算，模拟实际环境中，各种参数在控制器控制情况下的变化，将仿真结果通过第一PLC送到输入输出接口单元，由输入输出接口单元显示仿真结果。本发明不需要真实的生产设备，通过模拟的方式给学员以现场感，培训效果好。采用第一PLC模拟控制器，还能够训练学员的PLC编程能力。
本发明中，输入输出接口单元可以采用触摸屏，也可以采用PC，也可以同时采用触摸屏和PC。触摸屏用于显示数字、图表化的仿真结果；PC上安装有GENESIS三维组态仿真软件，用于显示三维动态的仿真结果。
本发明将触摸屏、第一PLC、第二PLC置于仿真控制柜中，仿真控制柜的外观仿现场中的控制柜，使学员更加有现场感。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的结构原理图；
图2是图1的模块化框图；
图3是控制柜面板图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本实施例中，烟草行业生产设备为烘丝机，包括用于仿真控制器的PLC1、用于仿真生产设备的PLC2，以及一个用于接收学员的操作输入、并且提供仿真输出的输入输出接口单元；输入输出接口单元与PLC1连接，PLC1与PLC2通讯连接；PLC1接收来自于输入输出接口单元的操作输入数据，并送入PLC2，由PLC2根据其自身存储的仿真模型进行计算，将仿真结果通过PLC1送到输入输出接口单元，由输入输出接口单元显示仿真结果。
如图1、图2，本实施例中，输入输出接口单元包括触摸屏和PC，触摸屏用于显示数字、图表化的仿真结果；PC上安装有GENESIS三维组态仿真软件，用于显示三维动态的仿真结果。PC还具备用于远程控制的通讯控制接口，可以使通过以太网发布成网页形式，实现远程培训，在线操作。
作为其它实施方式，输入输出接口单元也可以采用触摸屏和PC其中任意一个。比如，若不需要三维动态显示，或者不需要远程培训，则可以仅采用触摸屏。
PLC1、PLC2选用的是S7-300系列可编程控制器，PLC2中模拟烟草制丝过程中温度、湿度、水分、转速等模型。PLC1充当控制器的作用，对PLC2中的模型进行PID控制，可以将模拟的实时曲线稳定在设定值。PLC1和PLC2和之间采用PROFIBUS-DP总线通讯方式。
学员可以学习编写开关量逻辑控制程序，PID模拟量自整定程序的编写，OPC通讯协议的配置以及Profibus-DP总线通讯的配置。学员在通讯协议配置成功的情况下，开关量逻辑控制程序编写的正确，控制柜上的启动停止按钮，以及上位机烘丝机模型上的启动停止按钮，都可以进行烘丝机的启动和停止控制。PID模拟量自整定程序编写的正确，在上位机上设置好正确的参数后，实时值反馈曲线图就能走出一条正确的实时值向设定值逼近的曲线。这样就达到了培训学员编写PLC程序的效果。
作为其它实施方式，也可以对气体生产设备进行仿真，只需要更加生产设备的不同，在PLC2中构建不同的模型，相应的PLC1与PLC之间传输的命令、设置参数和数据也相应改变。
触摸屏与PLC1通过MPI总线连接，PC与PLC1通过以太网通讯连接。触摸屏可实现对烟草制丝中的温度、湿度等参数进行调节和在线监测，故障信息显示，PID参数的修改等。PLC1的数字量模块可以连接外部指示灯和开关按钮等，开关按钮可以进行启、停、复位、报警等功能。PLC1的以太网模块用于与PC通讯连接。
如图3，PLC1、PLC2与触摸屏安装在仿真控制柜中，触摸屏设于控制柜的面板上；面板上设有开关按钮、指示灯等。
PC运用GENESIS64软件对烟草制丝设备及过程进行三维组态仿真，可对可编程控制器2进行启停控制、PID参数修改、烟草制丝中的温度、湿度等参数修改和监控并绘制实时曲线、故障发生智能判断和故障设备的动态显示等。GENESIS64系统中建立了烘丝机的3D模型,模型贴近真实的展现了烟草制丝过程中滚筒转动、蒸汽、送丝机动作等动态场景。首先进入烘丝机模型平台，在操作面板上可以启动、停止烘丝机。根据实际需求在温度、湿度、转速、流量的数据框内输入需要的数值便可对烘丝机指定参数进行实时的控制。系统还具有温度、湿度、转速、流量数据的实时显示功能，学员观察实时数据并参照各项指标在模型平台控制选项中对PID参数进行适当调整以达到理想状态。当运行过程或者学员误操作导致温度、湿度、转速、流量超出设定范围时模型中会产生红色报警，并提示可能产生错误的原因让学员进行排查和纠正错误。在上位机中也添加了烘丝机的知识问答功能，方便检测学员对烟草烘丝理论知识的掌握情况。PC11中还安装了SIMATICNET软件建立OPC服务器通过以太网与PLC2进行通讯。
Claims (5)
1.烟草行业生产设备的仿真教学系统，其特征在于，包括用于仿真控制器的第一PLC、用于仿真生产设备的第二PLC，以及一个用于接收学员的操作输入、并且提供仿真输出的输入输出接口单元；所述输入输出接口单元与所述第一PLC连接，第一PLC与第二PLC通讯连接；
所述第一PLC接收来自于输入输出接口单元的操作输入数据，并送入第二PLC，由第二PLC根据其自身存储的仿真模型进行计算，将仿真结果通过第一PLC送到输入输出接口单元，由输入输出接口单元显示仿真结果；
所述输入输出接口单元为触摸屏和/或PC，所述触摸屏用于显示数字、图表化的仿真结果；所述PC上安装有GENESIS三维组态仿真软件，用于显示三维动态的仿真结果；PC能够实现PID参数修改、烟草制丝中的温度、湿度参数修改和监控并绘制实时曲线；触摸屏能实现对烟草制丝中的温度、湿度参数进行调节、PID参数的修改。
2.根据权利要求1所述的仿真教学系统，其特征在于，所述第一PLC与第二PLC通过Profibus-DP总线通讯连接，触摸屏与第一PLC通过MPI总线连接，所述PC与第一PLC通过以太网通讯连接。
3.根据权利要求1所述的仿真教学系统，其特征在于，所述生产设备为烟草烘丝机，所述学员的操作输入包括对烟丝温度、湿度、转速、流量的设置，启动、停止命令，以及PID调节的参数设置。
4.根据权利要求3所述的仿真教学系统，其特征在于，所述第一PLC、第二PLC与触摸屏安装在仿真控制柜中，触摸屏设于仿真控制柜的面板上；面板上还设有开关按钮。
5.根据权利要求4所述的仿真教学系统，其特征在于，所述PC还设有用于远程控制的通讯控制接口。
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