CN110008647A - 数字孪生仿真装置和数字孪生仿真系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种数字孪生仿真装置和数字孪生仿真系统，装置包括驱动装置、分别与驱动装置连接的第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置；驱动装置用于连接上位机和产品设备；第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置用于连接产品设备；驱动装置用于接收上位机的信息采集指令，根据信息采集指令采集产品设备的相关参数，和/或控制并驱动第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置采集产品设备的相关参数，并将相关参数传输至上位机，相关参数用于对产品设备进行仿真模拟。上述装置可以采集大量的产品设备的相关参数，并采用数字孪生技术根据相关参数进行仿真模拟，根据仿真模拟结果即可了解产品设备的性能等，且数据处理速度快。

Description

数字孪生仿真装置和数字孪生仿真系统

技术领域

本申请涉及仿真系统领域，特别是涉及一种数字孪生仿真装置和数字孪生仿真系统。

背景技术

随着科技不断的发展人民生活水平日益提高，产品(例如仪器、设备等)已成为日常生活中不可获取的一部分。随着产品生命周期的缩短以及产品定制化程度的增强，有效且精准的了解产品的性能、使用情况帮助客户避免损失，并将客户的真实使用情况反馈到设计端，实现产品的有效改进就显得尤为重要。

想要了解产品的性能，传统的是基于单片机的数据采集系统来采集产品的相关参数，然后将参数传输给上位机等设备来对参数进行分析(例如仿真、建模等)，从而来了解产品的相关情况。然而，该采用该方法通常采集的数据比较单一，数据处理过程也非常复杂。

随着数据化技术的不断发展，如今的数字化技术正在不断地影响甚至改变企业。未来，所有的企业都将成为数字化的公司，这不只是要求企业开发出具备数字化特征的产品，更指的是通过数字化手段改变整个产品的设计、开发、制造和服务过程，并通过数字化的手段连接企业的内部和外部环境。数字孪生(Digital Twin)：是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。可见，采用数字孪生技术可以方便的了解产品等。

发明内容

基于此，有必要针对传统的基于单片机以及上位机的数据采集分析输系统存在采集的数据比较单一且处理过程也非常复杂的技术问题，提供一种数字孪生仿真装置和数字孪生仿真系统。

本发明提供一种数字孪生仿真装置，包括：驱动装置、分别与所述驱动装置连接的第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置；所述驱动装置用于连接上位机和产品设备；所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置用于连接所述产品设备；

所述驱动装置用于接收上位机的信息采集指令，根据所述信息采集指令采集所述产品设备的相关参数，和/或控制并驱动所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置采集所述产品设备的相关参数，并将所述相关参数传输至所述上位机，所述相关参数用于对所述产品设备进行仿真模拟。

本发明提供的数字孪生仿真装置，驱动装置、第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置，驱动装置分别连接第一扩展装置、第二扩展装置和第二扩展装置，且驱动装置用于分别连接上位机和产品设备，第一扩展装置、第二扩展装置、第三扩展装置分别用于连接产品设备，驱动装置接收上位机的信息采集指令，采集产品设备的相参数，和/或控制并驱动第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置采集所述产品设备的相关参数；然后将相关参数传输给上位机，上位机就可以根据相关参数进行仿真模拟，上述装置可以采集大量的产品设备的相关参数(即与产品设备性能、运行状态等参数)，并采用数字孪生技术根据相关参数进行仿真模拟，根据仿真模拟结果即可了解产品设备的性能等；该装置一方面可以同时采集多种类大量数据，另一方面数据处理速度快。

进一步地，所述驱动装置包括第一主控制器、分别与所述第一控制器连接的接口电路、供电电源管理电路、输入电路和输出电路；

所述第一主控制器分别通过所述接口电路连接所述第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置；所述接口电路用于连接所述上位机；所述输入电路、所述输出电路、所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置分别用于连接所述产品设备；所述供电电源管理电路分别连接所述第一扩展装置、第二扩展装置和所述第三扩展装置；

所述供电电源管理电路用于将供电电压转换成相应的目标电压为所述接口电路、所述输入电路、所述输出电路、所述第一主控制器、所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置供电。

进一步地，所述驱动装置还包括输入输出指示灯电路；所述输入输出指示灯电路分别连接所述输入电路、输出电路和所述第一主控制器；

所述输入输出指示灯电路用于在所述输入电路和/或所述输出电路故障时开启。

进一步地，所述接口电路包括分别与所述第一主控制器连接的USB接口电路、RS485接口电路和网络接口电路；

所述第一控制器通过所述RS485接口电路连接所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展电路；所述第一扩展装置控制所述网络接口或所述USB接口电路连接所述上位机。

进一步地，所述相关参数包括开关量和模拟量；所述输入电路包括第一开关量输入电路和模拟量输入电路；所述输出电路包括第一开关量输出电路和模拟量输出电路；所述第一开关量输入电路、所述第一开关量输出电路、所述模拟量输入电路和所述模拟量输出电路分别连接所述第一主控制器，且所述第一开关量输入电路、所述第一开关量输出电路、所述模拟量输入电路和所述模拟量输出电路分别用于连接所述产品设备；

所述第一开关量输入电路用于采集所述产品设备的开关量；所述第一开关量输出电路用于输出所述开关量；

所述模拟量输入电路用于采集和输出所述产品设备的模拟量；所述模拟量输出电路用于输出所述模拟量。

进一步地，所述驱动装置还包括存储电路；所述存储电路连接所述第一主控制器，所述存储电路用于存储信息采集指令和所述相关参数。

进一步地，所述驱动装置还包括显示电路，所述显示电路用于显示所述信息采集指令和所述相关参数。

进一步地，所述第一扩展装置包括第二主控制器、相序检测电路、高压检测电路、低压检测电路、第二开关量输出电路和计数输入电路；所述相序检测电路、所述高压检测电路、所述低压检测电路、所述开关量输出电路和所述计数输入电路分别通过所述第二主控制器连接所述第一主控制器，且所述相序检测电路、所述高压检测电路、所述低压检测电路、所述第二开关量输出电路和所述计数输入电路分别通过所述第二主控制器连接分别连接所述产品设备；

所述相序检测电路包括多路，用于监测所述产品设备的三相电机的正反转状态，或用于检测高压交流信号；

所述高压检测电路包括多路高压检测端口，用于检测交流信号；

所述低压检测电路包括多路低压检测端口，用于检测交直流信号；

所述第二开关量输出电路包括多路开关输出检测端口，用于检测所有开关量；

所述计数输入电路包括多路检测端口，用于检测所述产品设备的电机编码器的高速脉冲信号，并记录电机的转速。

进一步地，所述第二扩展装置包括第三主控制器、I/O扫描电路和放电电路；所述I/O扫描电路通过所述第三主控制器连接所述第二主控制器，所述I/O扫描电路连接所述产品设备；所述I/O扫描电路包括多路检测端口每一个所述检测端口配置双重隔离开关，所述放电电路设置在两两检测端口的双重隔离开关之间；

所述I/O扫描电路用于检测所述产品设备的电气线路中各线路连接点的开闭状态，并根据所述开闭状态来判定各线路的连接状态；

所述放电电路用于在切断高压时对所述产品设备的储电设备进行放电。

进一步地，所述第三扩展电路包括第四主控制器、数字量输入电路和数字量输出电路；所述数字量输入电路和所述数字量输出电路分别通过所述第四主控制器连接所述第一主控制器，且所述数字量输入电路和所述数字量输出电路分别连接所述产品设备；

所述数字量输入电路用于采集所述产品设备的数字开关量；

所述数字量输出电路用于输出所述产品设备的数字开关量。

根据上述的数字孪生仿真装置，本发明实施例中还提供了一种数字孪生仿真系统。

一种数字孪生仿真系统，包括上位机、产品设备、驱动装置、分别与所述驱动装置连接的第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置；所述驱动装置连接上位机和产品设备；所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置连接所述产品设备；

所述驱动装置用于接收上位机的信息采集指令，根据所述信息采集指令采集所述产品设备的相关参数，和/或控制并驱动所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置采集所述产品设备的相关参数，并将所述相关参数传输至所述上位机，所述相关参数用于对所述产品设备进行仿真模拟。

上述数字孪生仿真系统由于采用了上述数字孪生仿真装置，具有与数字孪生仿真装置相应的有益效果；如此，数字孪生仿真系统可以采集大量的产品设备的相关参数(即与产品设备性能、运行状态等参数)，并采用数字孪生技术根据相关参数进行仿真模拟，根据仿真模拟结果即可了解产品设备的性能等；该一方面可以同时采集多种类大量数据，另一方面数据处理速度快。

附图说明

图1为本发明数字孪生仿真装置的一个实施例图；

图2是本发明驱动装置的一个实施例图；

图3为本发明驱动装置中第一主控制器的一个实施例图；

图4为本发明驱动装置中供电电源管理电路的一个实施例图；

图5为本发明驱动装置中输入输出指示灯电路的一个实施例图；

图6为本发明驱动装置中RS485接口电路和网络接口电路的一个实施例图；

图7为本发明模拟输入电路、模拟输出电路、第一开关量输入和第二开关量输出电路的一个实施例图；

图8为本发明驱动装置中存储电路的一个实施例图；

图9为本发明第一扩展装置的一个实施例图；

图10为本发明相序检测电路、高压检测电路、计数输入电路的额一个实施例图；

图11为本发明低压检测电路、第二开关量输出电路的一个实施例图；

图12为本发明第二扩展装置的一个实施例图；

图13为本发明放电电路、I/O扫描电路的一个实施例图；

图14为办发明的数字开关量输入电路和数字开关量输出电路的一个实施例图；

图15为本发明数字孪生仿真系统的一个实施例图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明提供一种；图1是本发明数字孪生仿真装置的一个实施例图。如图1所示，一种数字孪生仿真装置，包括：驱动装置100、分别与驱动装置100连接的第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400；驱动装置100用于连接上位机和产品设备；第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400用于连接产品设备；驱动装置100用于接收上位机的信息采集指令，根据信息采集指令采集产品设备的相关参数，和/或控制并驱动第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400采集产品设备的相关参数，并将相关参数传输至上位机，相关参数用于对产品设备进行仿真模拟。

具体的，数字孪生仿真装置包括驱动装置100、第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400，其中驱动装置100分别与第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400连接；驱动装置100具有驱动、信息采集和传输功能；一方面驱动装置100与上位机连接，能接收上位机的控制指令，控制指令包括信息采集指令、信息停止采集指令等，其中信息采集指令包括信息采集的时间、条件以及信息种类等；信息停止采集指令包括信息采集停止时间、条件等；驱动装置100可以根据控制指令控制第一扩展装置200、第二扩展装置300或第三扩展装置400从产品设备采集相关参数；另有一方面，驱动装置100设备连接，驱动装置100也可以根据控制指令利用自身的采集功能从产品设备采集相关参数；在相关参数采集完成后，将相关参数传输至上位机。

其中，产品设备的相关参数是指与产品设备有关的一切参数，包括产品设备外形参数和技术参数，外形参数包括型号、长度、宽度、材质等，技术参数包括性能参数、工作状态参数，例如工作温度、压强、电流、电压、线路连接情况等；相关参数是根据具体的产品设备确定的，不同产品设备的具体参数的种类有所不同。

第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400通常是信息的采集传输装置，其主要作用是对产品设备进行检测或监测，采集相关参数并传输相关参数，即信息输入输出功能。采用第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400多个扩展装置并行进行数据采集，能大大提高数据采集效率。

本发明提供的数字孪生仿真装置，驱动装置100、第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400，驱动装置100分别连接第一扩展装置200、第二扩展装置300和第二扩展装置400，且驱动装置100用于分别连接上位机和产品设备，第一扩展装置200、第二扩展装置300、第三扩展装置400分别用于连接产品设备，驱动装置100接收上位机的信息采集指令，采集产品设备的相参数，和/或控制并驱动第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400采集产品设备的相关参数；然后将相关参数传输给上位机，上位机就可以根据相关参数进行仿真模拟，上述装置可以采集大量的产品设备的相关参数(即与产品设备性能、运行状态等参数)，并采用数字孪生技术根据相关参数进行仿真模拟，根据仿真模拟结果即可了解产品设备的性能等；该一方面可以同时采集多种类大量数据，另一方面数据处理速度快。

在其中一个实施例中，如图2所述，驱动装置100包括第一主控制器102、分别与第一控制器连接的接口电路104、供电电源管理电路106、输入电路108和输出电路110；第一主控制器102分别通过接口电路104连接第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400；接口电路104用于连接上位机；输入电路108、输出电路110、第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400分别用于连接产品设备；供电电源管理电路106分别连接第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400；供电电源管理电路106用于将供电电压转换成相应的目标电压为接口电路104、输入电路108、输出电路110、第一主控制器102、第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400供电。

具体的，驱动装置100包括第一主控制器102、接口电路104、供电电源管理电路106、输入电路108和输出电路110，其中第一主控制器102通常采用CPU(CentralProcessing Unit/Processor，中央处理器)或MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。在一种优选的实施方式中，第一主控制器100可以采用STM32F103VET6LQFP100而成(如图3所示)。

接口电路104是指用于计算机之间，计算机与外围设备之间，计算机内部部件之间起连接作用的逻辑电路，是CPU与外部设备进行信息交互的桥梁；

在本实施例中，接口电路104主要是用于第一主控制器102与第一扩展装置200、第二扩展装置300、第三扩展装置400、产品设备、上位机以及其他外界设备之间，连接第一主控制器102与其他设备(例如第一扩展装置200、第二扩展装置300等)并进行信息交互。其中接口电路104的种类是多种多样的，包括差分信号接口电路、USB接口电路、网络接口电路等，采用多类型的接口电路方便第一主控制器102与其他设备连接，根据不同需求选择合适种类的接口电路，设备兼容性好。

供电电源管理电路106其主要作用是对驱动装置100、第一扩展装置

200、第二扩展装置300和第三扩展装置400进行合理准确的供电。具体而言，供电电源管理电路106是由供电电压供电，其中供电电压通常是采用DC24V，然后将供电电压转换成相应的目标电压；目标电压是指其他设备工作时所需的电压，目标电压通常不是一个确定的值，不同设备所需的目标电压通常都不相同，在实际中需要根据设备的类型确定。例如目标电压可以是5V，3.3V，1.8V或±15V等。在一种优选的实施方式中，供电电源管理电路106主要是采用是LM2576HVS、ASM1117和A2415S芯片集合而成，即供电电源管理电路的核心元件是LM2576HVS、ASM1117和A2415S芯片(如图4所示)。

输入电路108主要是对产品设备的相关参数进行采集；输出电路110主要是用于对产品设备的相关参数进行输出。

上述的驱动装置，其第一主控制器102采用嵌入式系统，实时运算处理能力强。设备工作稳定可靠，集成度高、技术先进，功能强大；接口电路104差分信号、网络以及USB等多种外部接口通讯方式，大大方便了扩展。

在其中一个实施例中，如图2所示，驱动装置100还包括输入输出指示灯电路112；输入输出指示灯电路112分别连接输入电路108、输出电路110和第一主控制器102；输入输出指示灯电路112用于在输入电路108和/或输出电路110故障时开启。

输入输出指示灯电路112是用于指示或标识输入电路108、输出电路110的工作状态，以便快速确定输入电路108以及输出电路110是否正常工作，并且及时排查故障。在一种可选的实施方式中，输入输出指示灯电路112在输入电路108和输出电路110中任意一个或两个都发生故障时，输入输出指示灯电路112开启，其中开启通常是指相应的指示灯亮起，也可以是指示灯发生闪烁等。

在另一种可选的实施例方式中，输入输出指示灯电路112也可以是在输入电路108、输出电路110状态正常，即正常工作时开启，当在输入电路108和输出电路110中任意一个或两个都发生故障时，输入输出指示灯电路112开闭，例如熄灭等，其中指示灯电路的结构如图5所示。

采用输入输出指示灯电路112能指示输入电路108和输出电路110的工作状态，便于在输入电路108和输出电路110发生故障时及时排查修复。

在其中一个实施例中，接口电路包括分别与第一主控制器连接的USB接口电路、RS485接口电路和网络接口电路；第一控制器通过RS485接口电路连接第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展电路；第一扩展装置控制网络接口或USB接口电路连接上位机。

具体的，接口电路的种类是多种多样的，包括USB接口电路、RS485接口电路和网络接口电路(如图6)。RS485接口电路主要用于连接扩展板或PLC；USB接口电路主要用于连接IPad或PC；网络接口电路主要用于连接PLC、Internet网或局域网。可选的，网络接口电路还包括RJ45网络接口电路、wifi模块接口电路；其中RJ45网络接口电路用于连接PLC或Internet网，wifi模块接口电路用于连接Internet网或局域网。采用多种外部接口通讯方式，大大方便了扩展。

可选的，wifi模块接口电路是USR-WIFI232-A2模块；USR-WIFI232-A2模组是一款一体化的802.11b/g/n的模组，通过该wifi模组，传统的串口设备或MCU控制的设备可以很方便的接入wifi无线网络，从而实现物联网络控制与管理。串口转wifi模块内部完成协议转换，通过简单设置即可实现串口与wifi之间数据的双向透传。

在其中一个实施例中，相关参数包括开关量和模拟量；输入电路包括第一开关量输入电路和模拟量输入电路；输出电路包括第一开关量输出电路和模拟量输出电路；第一开关量输入电路、第一开关量输出电路、模拟量输入电路和模拟量输出电路分别连接第一主控制器，且第一开关量输入电路、第一开关量输出电路、模拟量输入电路和模拟量输出电路分别用于连接产品设备；开关量输入电路用于采集产品设备的开关量；开关量输出电路用于输出开关量；模拟量输入电路用于采集和输出产品设备的模拟量；模拟量输出电路用于输出模拟量。

具体的，开关量包括开入量和开出量，是指一个装置所带的辅助点，譬如变压器的温控器所带的继电器的辅助点(变压器超温后变位)、阀门凸轮开关所带的辅助点(阀门开关后变位)、接触器所带的辅助点(接触器动作后变位)、热继电器(热继电器动作后变位)，这些点一般都传给PLC或综保装置，电源一般都是有PLC或综保装置提供的。开关量只有两种状态0和1，反应的是状态，为通断信号，而在本实施例中开关量是指产品设备的开关量。模拟量是指在时间上和数量上都是连续的物理量；其中模拟量的信号称为模拟信号，其幅度随时间连续变化，经过抽样和量化后可以成为数字量，在电路中通常是反映电量测量数值(例如电流、电压等)。在本实施例中，模拟量是指产品设备的模拟量。

在本实施例中，输入电路包括开关量输入电路和模拟量输入电路，开关量输入电路主要用于采集产品设备的开关量；模拟量输入电路主要用于采集产品设备的模拟量；输出电路包括开关量输出电路和模拟量输出电路，开关量输出电路用于输出产品设备的开关量，模拟量输出电路用于输出产品设备的模拟量。

可选的，开关量输入电路和开关量输出电路可以是多路，可以实现多路开关量的同时输入和输出；在一种可选的实施方式中，开关量输入电路和开关量输出电路可以是8路(如图7所示，其中开关量输入电路仅示出2路，开关量输出电路仅示出4路)。

可选的，模拟量输入电路和模拟量输出电路可以是电压或电流的输入或输出电路，其中输入、输出的电压或电流的数值范围是变化的，即输入、输出的电压或电流并不是一个固定的值，可以是多个连续的值。另外，模拟量输入电路和模拟量输出电路可以是多路，方便同时对多路信号进行输入、输出，大大提高了信息处理速率。在一种优选的实施方式中，模拟量输入电路可以为0-20mA或0-10V模拟量输入电路；模拟量输出电路可以为4-20mA模拟量输出电路，其中模拟量输入电路和模拟量输出电路为2路(如图7所示)。

在其中一个实施例中，如图2所示，驱动装置100还包括存储电路114；存储电路114连接第一主控制器102，存储电路114用于存储信息采集指令和相关参数。

具体而言，存储电路114将各种采集的数据、状态信息等暂时存储起来，便于数据调用和上传到上位机，避免了因信息传输慢从而出现丢失的情况。另外，存储电路的具体结构如图8所示。

在其中一个实施例中，驱动装置还包括显示电路116，显示电路116用于显示信息采集指令和相关参数。

显示电路116用于显示信息采集指令和相关参数，例如显示通讯连接参数、采集各种采集的数据或状态信息、配置通讯参数等，便于用户或者工作人员实时了解产品该仿真装置以及产品设备的相关信息并作出相应的操作。

在其中一个实施例中，如图9所示，第一扩展装置200包括第二主控制器202、相序检测电路204、高压检测电路206、低压检测电路208、第二开关量输出电路210和计数输入电路212；相序检测电路204、高压检测电路206、低压检测电路208、第二开关量输出电路210和计数输入电路212分别通过第二主控制器202连接第一主控制器102，且相序检测电路204、高压检测电路206、低压检测电路208、第二开关量输出电路210和计数输入电路212分别通过第二主控制器202连接分别连接产品设备；相序检测电路204包括多路，用于监测产品设备的三相电机的正反转状态，或用于检测高压交流信号；高压检测电路206包括多路高压检测端口，用于检测交流信号；低压检测电路208包括多路低压检测端口，用于检测交直流信号；第二开关量输出电路210包括多路开关输出检测端口，用于检测所有开关量；计数输入电路212包括多路检测端口，用于检测产品设备的电机编码器的高速脉冲信号，并记录电机的转速。

具体的，相序检测电路204通常是380V相序检测电路，其中检测电路有多路，用来监测三相电机相序情况，并分析出正反转状态。另外，相序检测电路204还包括多路高压检测端口，可以用于检测交流信号。优选的，相序检测电路为6路相序检测电路，其中6路相序检测电路可以用做18路高压检测端口使用(如图10所示，图中仅示出一个电路，一共有18个，分成6路，每一路有3个)。高压检测电路206通常是220V检测电路，包括多路高压检测端口，用于检测110～220V交流电压。优选的，220V检测电路包括8路高压检测端口，可以用于同时输出多路交流电压(如图10所示，图中仅示出了1

路，一共有8路)。低压检测电路208包括多路低压检测端口，用于检测

5～36V的交直流电压；优选的，低压检测电路208包括6路低压检测端口，可以用于同时输出多路交直流电压(如图11所示，图中仅示出了1路检测端口)。第二开关量输出电路210包括多路开关输出检测端口，用于检测所有开关量；优选的，第二开关量输出电路包括16路开关输出，能兼容常用电气线路的所有开关(如图10所示，图中仅示出了1路开关输出，一共有16路)。计数输入电路212包括多路检测端口用于测量电机编码器等高速脉冲信号，记录电机的转速；优选的，计数输入电路包括4路检测端口(如图10所示)。

在其中一个实施例中，如图12所示，第二扩展装置300包括第三主控制器302、I/O扫描电路304和放电电路306；I/O扫描电路302通过第三主控制器302连接第二主控制器202，I/O扫描电路304连接产品设备；I/O扫描电路304包括多路检测端口每一个检测端口配置双重隔离开关，放电电路306设置在两两检测端口的双重隔离开关之间；I/O扫描电路304用于检测产品设备的电气线路中各线路连接点的开闭状态，并根据开闭状态来判定各线路的连接状态；放电电路304用于在切断高压时对产品设备的储电设备进行放电。

I/O扫描电路304通常有多路；优选的，I/O扫描电路304有70路，用于对电气线路中70个线路连接点进行检测，可检测出每1点与其它69点的关系，是连接还是断开，通过检测到的连接关系，与电气线路正确连接关系进行对比，即可判断接线正确性；另外，所有I/O扫描电路的检测端口均配有双重隔离开关。放电电路306安装在每一个I/O扫描电路的中间，确保高压断开后产品设备中的少数储电零件储存的电量泄完后才能接通单片的I/O扫描电路304(如图13所示，图中仅示出了1路电路)。

在其中一个实施例中，第三扩展电路包括第四主控制器、数字量输入电路和数字量输出电路；数字量输入电路和数字量输出电路分别通过第四主控制器连接第一主控制器，且数字量输入电路和数字量输出电路分别连接产品设备；数字量输入电路用于采集产品设备的数字开关量；数字量输出电路用于输出产品设备的数字开关量。

具体的，数字量是指由0和1组成的信号类型，通常是经过编码后的有规律的信号。数字量由多个开关量组成，例如三个开关量可以组成表示八个状态的数字量。数字量输入电路和数字量输出电路是对驱动装置中输入输出端口的扩展，可以是多路，也是用于数字开关量的输入和输出。在一种优选的实施方式中，数字开关量输入电路和数字开关量输出电路包括24路，可以用于同时对多路信号进行输入和输出，大大提高了传输效率。

在一种可选的实施例中，第二主控制器202、第三主控制器302和第四主控制器可以采用STM32F103VET6LQFP100而成。

根据上述的数字孪生仿真装置，本发明实施例中还提供了一种数字孪生仿真系统。

一种数字孪生仿真系统，如图10所示，包括上位机20、产品设备30、驱动装置100、分别与驱动装置100连接的第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400；驱动装置100连接上位机20和产品设备30；第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400连接产品设备30；驱动装置100用于接收上位机20的信息采集指令，根据信息采集指令采集产品设备的相关参数，和/或控制并驱动第一扩展装置200、第二扩展装置300和第三扩展装置400采集产品设备的相关参数，并将相关参数传输至上位机30，相关参数用于对产品设备进行仿真模拟。

上述数字孪生仿真系统由于采用了上述数字孪生仿真装置，具有与数字孪生仿真装置相应的有益效果；如此，数字孪生仿真系统可以采集大量的产品设备的相关参数(即与产品设备性能、运行状态等参数)，并采用数字孪生技术根据相关参数进行仿真模拟，根据仿真模拟结果即可了解产品设备的性能等；该一方面可以同时采集多种类大量数据，另一方面数据处理速度快。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种数字孪生仿真装置，其特征在于，包括：驱动装置、分别与所述驱动装置连接的第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置；所述驱动装置用于连接上位机和产品设备；所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置用于连接所述产品设备；

所述驱动装置用于接收上位机的信息采集指令，根据所述信息采集指令采集所述产品设备的相关参数，和/或控制并驱动所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置采集所述产品设备的相关参数，并将所述相关参数传输至所述上位机，所述相关参数用于对所述产品设备进行仿真模拟。

2.根据权利要求1所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述驱动装置包括第一主控制器、分别与所述第一控制器连接的接口电路、供电电源管理电路、输入电路和输出电路；

所述第一主控制器分别通过所述接口电路连接所述第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置；所述接口电路用于连接所述上位机；所述输入电路、所述输出电路、所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置分别用于连接所述产品设备；所述供电电源管理电路分别连接所述第一扩展装置、第二扩展装置和所述第三扩展装置；

所述供电电源管理电路用于将供电电压转换成相应的目标电压为所述接口电路、所述输入电路、所述输出电路、所述第一主控制器、所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置供电。

3.根据权利要求2所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述驱动装置还包括输入输出指示灯电路；所述输入输出指示灯电路分别连接所述输入电路、输出电路和所述第一主控制器；

所述输入输出指示灯电路用于在所述输入电路和/或所述输出电路故障时开启。

4.根据权利要求3所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述接口电路包括分别与所述第一主控制器连接的USB接口电路、RS485接口电路和网络接口电路；

所述第一控制器通过所述RS485接口电路连接所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展电路；所述第一扩展装置控制所述网络接口或所述USB接口电路连接所述上位机。

5.根据权利要求2所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述相关参数包括开关量和模拟量；

所述输入电路包括第一开关量输入电路和模拟量输入电路；所述输出电路包括第一开关量输出电路和模拟量输出电路；所述第一开关量输入电路、所述第一开关量输出电路、所述模拟量输入电路和所述模拟量输出电路分别连接所述第一主控制器，且所述第一开关量输入电路、所述第一开关量输出电路、所述模拟量输入电路和所述模拟量输出电路分别用于连接所述产品设备；

所述第一开关量输入电路用于采集所述产品设备的开关量；所述第一开关量输出电路用于输出所述开关量；

所述模拟量输入电路用于采集和输出所述产品设备的模拟量；所述模拟量输出电路用于输出所述模拟量。

6.根据权利要求1-5任一项所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述驱动装置还包括存储电路；所述存储电路连接所述第一主控制器，所述存储电路用于存储信息采集指令和所述相关参数。

7.根据权利要求6所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述驱动装置还包括显示电路，所述显示电路用于显示所述信息采集指令和所述相关参数。

8.根据权利要求1-5任一项所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述第一扩展装置包括第二主控制器、相序检测电路、高压检测电路、低压检测电路、第二开关量输出电路和计数输入电路；所述相序检测电路、所述高压检测电路、所述低压检测电路、所述第二开关量输出电路和所述计数输入电路分别通过所述第二主控制器连接所述第一主控制器，且所述相序检测电路、所述高压检测电路、所述低压检测电路、所述第二开关量输出电路和所述计数输入电路分别通过所述第二主控制器连接分别连接所述产品设备；

所述相序检测电路包括多路，用于监测所述产品设备的三相电机的正反转状态，或用于检测高压交流信号；

所述高压检测电路包括多路高压检测端口，用于检测交流信号；

所述低压检测电路包括多路低压检测端口，用于检测交直流信号；

所述开关量输出电路包括多路开关输出检测端口，用于检测所有开关量；

所述计数输入电路包括多路检测端口，用于检测所述产品设备的电机编码器的高速脉冲信号，并记录电机的转速。

9.根据权利要求1-5任一项所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述第二扩展装置包括第三主控制器、I/O扫描电路和放电电路；所述I/O扫描电路通过所述第三主控制器连接所述第二主控制器，所述I/O扫描电路连接所述产品设备；所述I/O扫描电路包括多路检测端口每一个所述检测端口配置双重隔离开关，所述放电电路设置在两两检测端口的双重隔离开关之间；

所述I/O扫描电路用于检测所述产品设备的电气线路中各线路连接点的开闭状态，并根据所述开闭状态来判定各线路的连接状态；

所述放电电路用于在切断高压时对所述产品设备的储电设备进行放电。

10.根据权利要求1-5任一项所述的数字孪生仿真装置，其特征在于，所述第三扩展电路包括第四主控制器、数字量输入电路和数字量输出电路；所述数字量输入电路和所述数字量输出电路分别通过所述第四主控制器连接所述第一主控制器，且所述数字量输入电路和所述数字量输出电路分别连接所述产品设备；

所述数字量输入电路用于采集所述产品设备的数字开关量；

所述数字量输出电路用于输出所述产品设备的数字开关量。

11.一种数字孪生仿真系统，其特征在于，包括上位机、产品设备、驱动装置、分别与所述驱动装置连接的第一扩展装置、第二扩展装置和第三扩展装置；所述驱动装置连接上位机和产品设备；所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置连接所述产品设备；

所述驱动装置用于接收上位机的信息采集指令，根据所述信息采集指令采集所述产品设备的相关参数，和/或控制并驱动所述第一扩展装置、所述第二扩展装置和所述第三扩展装置采集所述产品设备的相关参数，并将所述相关参数传输至所述上位机，所述相关参数用于对所述产品设备进行仿真模拟。