CN110459119A - 一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统 - Google Patents

Abstract

一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，由起重机操作装置、起重机电气控制柜（包括起重机电气控制系统）、替代电机及其旋转编码器模块、虚拟场景信号反馈组件、数据交换组件、仿真计算机组件、显示及声音组件组成，本发明采用计算机图形处理技术，将机械结构进行计算机虚拟化，占地面积小，本发明采用半实物的形式，起重机电气控制系统采用真实的设备，可针对门式桥式起重设备电气控制系统的安装、调试及维修维护相关技能进行近实战的训练，兼顾了技能培训效果和资源投入，技能训练真实度较高。

Description

一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统

技术领域

本发明主要涉及教学设备技术领域，特别涉及一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统。

背景技术

随着我国成为世界制造大国，货物的搬运量猛速增加，门式桥式起重机在港口、货场、车间等需要进行重型货物吊运的场合得到了广泛的应用，门式桥式起重机的装备数量急剧增加，其自动化程度也在不断提高，门式桥式起重设备的电气控制系统的安装、调试及维护维修是其中的非常重要的组成部分，这就对相关的人员培训提出了更高的要求。

目前，不少大中专院校、技能培训部门和电工考证等都开设了起重设备电气控制线路的安装、调试及维修维护相关的技能实践课程，由于门式桥式起重机的机体体积大、占用空间大、造价昂贵，起重设备电气控制线路的安装、调试及维修维护技能培训时一般都只使用电控柜作为实习实训对象，这对有相关实践经验的人员来说是可行的，但是在实际培训过程中，有不少不了解其结构和工作原理，甚至都没有见过真实门式桥式起重机工作的初学者，对于这种初学者来说，如果实习实训对象只是一个电控柜，培训学员无法建立机械机构和电气部分之间的联系，也就无法理解各部分的配合及整体的工作原理和过程，培训效果将大打折扣，甚至造成培训和实践的脱离，培训质量不高。

由于实际应用中门式或者桥式起重机种类繁多、功能各异且体型巨大价格昂贵，若建立基于真实设备的门式桥式起重机电气控制线路安装、调试及维修维护技能实习实训设施成本非常高且占地面积巨大，那样必将造成培训设施资源缺乏，学员实践技能得不到充分训练的局面，因此，门式桥式起重设备电气控制系统的安装、调试及维修维护相关技能的配套实习实践培训设备的研发显得尤为重要，在技能培训实践过程中，迫切需要有一种能兼顾技能培训效果和资源投入的装置来改变当前的状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、培训效率高的门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，由起重机操作装置、起重机电气控制柜、替代电机及其旋转编码器模块、虚拟场景信号反馈组件、数据交换组件、仿真计算机组件、显示及声音组件组成，所述起重机操作装置信号输出与所述起重机电气控制柜操作信号输入接口相连，所述数据交换组件信号输入接口与起重机电气控制柜控制信号输出接口相连，所述仿真计算机组件与数据交换组件信号接口双向相连，所述显示及声音组件信号输入接口接仿真计算机组件信号输出接口，所述虚拟场景信号反馈组件信号输入接口与数据交换组件信号输出接口相连，虚拟场景信号反馈组件信号输出接口与起重机电气控制柜限位、安全、指示等信号输入接口相连，所述替代电机及其旋转编码器模块接起重机电气控制柜各电动机驱动端口，替代电机各旋转编码器的信号输出端口接数据交换组件信号输入端口连接；起重机电气控制柜操作信号输入接口接收到起重机操作装置发出的操作信号后，起重机电气控制系统开始工作，电气控制系统根据操作指令及控制逻辑驱动替代电机旋转，与之连接的旋转编码器将信号发送给数据交换组件，数据交换组件得到替代电机的旋转速度及圈数数据并发送给仿真计算机组件，仿真计算机组件根据替代电机的旋转数据驱动虚拟场景中虚拟仿真起重机三维模型进行相应动作，并通过显示及声音组件显示出来并播放对应音效文件，数据交换组件负责虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息与起重机电气控制柜中电气控制系统进行数据交换，虚拟场景中虚拟仿真起重机的限位、安全、指示等动作通过数据交换组件发送至虚拟场景信号反馈组件，虚拟场景信号反馈组件将虚拟环境中各限位、安全、指示等信号实物化产生真实的触点动作，并反馈至起重机电气控制柜并进入起重机电气控制系统。

优选地，起重机电气控制柜包括柜体和起重机电气控制器件及其线路。

优选地，替代电机及其旋转编码器模块的各替代电机采用同类型小功率电机，用于替代大车运行机构、小车运行机构、起升机构中的驱动电动机，包括主起升替代电机及其旋转编码器、副起升替代电机及其旋转编码器、大车替代电机及其旋转编码器、主小车替代电机及其旋转编码器、副小车替代电机及其旋转编码器及其他备用替代电机及其旋转编码器。

优选地，虚拟场景信号反馈组件包括若干继电器通断点，用于将虚拟环境中各限位、安全、指示等信号实物化产生真实的触点动作。

优选地，数据交换组件包括控制器、数据采集模块、双向数据传输模块、数据输出模块，数据采集模块的数据采集口接起重机电气控制柜控制信号输出接口，数据采集模块的数据输出口接控制器，双向数据传输接口模块连接控制器与仿真计算机组件，数据输出模块连接控制器与虚拟场景信号反馈组件。

优选地，虚拟仿真起重机三维模型为真实起重机机械机构建立的三维模型，包括：桥架（门架）、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、司机室。

优选地，所述虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息包括用于检测虚拟环境中桥架（门架）、大车运行机构、小车运行机构、起升机构三维模型位置状态信息的各个虚拟行程开关、到位开关、安全开关等信号信息，所述起重机电气控制柜的电气控制系统根据虚拟场景信号反馈组件传送来的虚拟环境中虚拟仿真起重机的状态信息进行控制。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统采用计算机图形处理技术，将机械结构进行计算机虚拟化，占地面积小，本发明采用半实物的形式，起重机电气控制系统采用真实的设备，可针对门式桥式起重设备电气控制系统的安装、调试及维修维护相关技能进行近实战的训练，兼顾了技能培训效果和资源投入，技能训练真实度较高，本发明可布置在普通实验实训室内，同一空间内可布置多个，节省了教学空间，且成本低，有利于集中教学，由于起重机机械及运动部分采用了计算机虚拟图形技术实现，在教学过程中，能源消耗较少，部件磨损极小，本发明操作较为直观，技能训练效果较好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中组件连接示意图。

图3为本发明中数据交换组件的结构及连接示意图。

图4为本发明各部件的布置结构示意图。

图5为本发明中的方法流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图5所示，一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，由起重机操作装置1、起重机电气控制柜2（包括起重机电气控制系统）、替代电机及其旋转编码器模块7、虚拟场景信号反馈组件6、数据交换组件3、仿真计算机组件4、显示及声音组件5组成，起重机操作装置1信号输出与起重机电气控制柜2操作信号输入接口相连，数据交换组件3信号输入接口与起重机电气控制柜2控制信号输出接口相连，仿真计算机组件4与数据交换组件3信号接口双向相连，显示及声音组件5信号输入接口接仿真计算机组件4信号输出接口，虚拟场景信号反馈组件6信号输入接口与数据交换组件3信号输出接口相连，虚拟场景信号反馈组件6信号输出接口与起重机电气控制柜2限位、安全、指示等信号输入接口相连，替代电机及其旋转编码器模块7接起重机电气控制柜2各电动机驱动端口，替代电机各旋转编码器的信号输出端口接数据交换组件3信号输入端口连接；起重机电气控制柜2操作信号输入接口接收到起重机操作装置1发出的操作信号后，起重机电气控制系统开始工作，电气控制系统根据操作指令及控制逻辑驱动替代电机旋转，与之连接的旋转编码器将信号发送给数据交换组件3，数据交换组件3得到替代电机的旋转速度及圈数数据并发送给仿真计算机组件4，仿真计算机组件4根据替代电机的旋转数据驱动虚拟场景中虚拟仿真起重机三维模型进行相应动作，并通过显示及声音组件5显示出来并播放对应音效文件，数据交换组件3负责虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息与起重机电气控制柜2中电气控制系统进行数据交换，虚拟场景中虚拟仿真起重机的限位、安全、指示等动作通过数据交换组件3发送至虚拟场景信号反馈组件6，虚拟场景信号反馈组件6将虚拟环境中各限位、安全、指示等信号实物化产生真实的触点动作，并反馈至起重机电气控制柜并进入起重机电气控制系统。

在实施例中，起重机操作装置1选用与起重机电气控制柜2相匹配的型号，起重机电气控制柜2包括柜体和起重机电气控制器件（包括变频器、PLC）及其线路，起重机操作装置1和起重机电气控制柜2为起重机电气控制线路安装、调试及维修维护技能训练的操作对象，起重机操作装置1和起重机电气控制柜2本身的结构及相关控制技术不是本发明的范畴，可根据需要配置对应型号。

在实施例中，数据交换组件3负责起重机电气控制柜与仿真计算机组件之间的数据交换，数据交换组件包括控制器、数据采集模块、双向数据传输模块、数据输出模块，数据采集模块的数据采集口接起重机电气控制柜2控制信号输出接口，数据采集模块的数据输出口接控制器，双向数据传输接口模块连接控制器与仿真计算机组件4，数据输出模块连接控制器与虚拟场景信号反馈组件6，数据采集模块获取到操作信号后将其转换成数字信号，控制器获取到该信号后，将其通过双向数据传输模块发送至仿真计算机组件4，双向数据传输模块接收仿真计算机组件4发送来的虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息，经过控制器后由数据输出模块传输至虚拟场景信号反馈组件6。

在实施例中，优选地，虚拟仿真起重机三维模型为真实起重机机械机构建立的三维模型，包括：桥架（门架）、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、司机室。

在实施例中，替代电机及其旋转编码器模块包括主起升替代电机及其旋转编码器、副起升替代电机及其旋转编码器、大车替代电机及其旋转编码器、主小车替代电机及其旋转编码器、副小车替代电机及其旋转编码器及其他备用替代电机及其旋转编码器，替代电机采用同类型小功率电机，用于替代大车运行机构、小车运行机构、起升机构中的驱动电动机，配对的旋转编码器采集各替代电机的旋转参数并通过数据交换组件3发送给仿真计算机组件4，使虚拟场景中虚拟仿真起重机的大车运行机构模型、小车运行机构模型、起升机构模型产生同步同规律动作。

在实施例中，虚拟场景信号反馈组件6包括若干继电器通断点，用于将虚拟环境中各限位、安全、指示等信号实物化产生真实的触点动作。

在实施例中，虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息包括用于检测虚拟环境中桥架（门架）、大车运行机构、小车运行机构、起升机构三维模型位置状态信息的各个虚拟行程开关、到位开关、安全开关等信号信息，所述起重机电气控制柜的电气控制系统根据虚拟场景信号反馈组件传送来的虚拟环境中虚拟仿真起重机的状态信息进行控制。

本实施例中，本发明采用固定组件和可替换组件的结构，固定组件包括数据交换组件3、仿真计算机组件4、显示及声音组件5、虚拟场景信号反馈组件6、替代电机及其旋转编码器模块7，可替换组件为由起重机操作装置1、起重机电气控制柜2，若要进行某一型号重机电气控制线路安装、调试及维修维护技能训练，只需将起重机操作装置1、起重机电气控制柜2替换成该型号起重机的控制柜，并在虚拟仿真系统中调用该型号起重机的虚拟三维模型，本发明即能较为真实的提供该型号重机电气控制线路安装、调试及维修维护技能训练环境。

本发明的一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统的工作流程如下：本发明的一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统的目的是进行起重机电气控制线路安装、调试及维修维护技能训练，因此，训练对象为起重机电气控制系统装置，可根据 不同的训练目标设置不同的任务，如起重机电气控制线路安装、调试、维修维护技能训练，由于起重机操作装置和起重机电气控制柜的相关控制技术和电气控制线路的安装、调试、维修、维护技术不是本发明的范畴，因此，在此不做说明，在完成训练任务后，将起重机电气控制柜接入训练系统中，打开仿真组件4中的虚拟仿真系统软件，连接数据交换组件3并调用起重机的三维模型，系统进入半实物仿真运行状态，如若电气控制线路的安装、调试正确，虚拟场景中虚拟仿真起重机将根据操作者的操作指令产生动作，虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息（包括用于检测虚拟环境中桥架（门架）、大车运行机构、小车运行机构、起升机构三维模型位置状态信息的各个虚拟行程开关、到位开关、安全开关等信号）由虚拟场景信号反馈组件将虚拟环境中各限位、安全、指示等信号实物化产生真实的触点动作，并反馈至起重机电气控制柜，起重机电气线路上形成完整的、真实的控制回路。

本发明提供了较为直观的训练方式，训练者可通过虚拟场景直接观察到故障现象或者动作过程，本发明同样可以用于起重机控制器程序编写、调试训练及电气控制系统常见故障排除训练等。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，其特征在于，由起重机操作装置、起重机电气控制柜、替代电机及其旋转编码器模块、虚拟场景信号反馈组件、数据交换组件、仿真计算机组件、显示及声音组件组成，所述起重机操作装置信号输出与所述起重机电气控制柜操作信号输入接口相连，所述数据交换组件信号输入接口与起重机电气控制柜控制信号输出接口相连，所述仿真计算机组件与数据交换组件信号接口双向相连，所述显示及声音组件信号输入接口接仿真计算机组件信号输出接口，所述虚拟场景信号反馈组件信号输入接口与数据交换组件信号输出接口相连，虚拟场景信号反馈组件信号输出接口与起重机电气控制柜限位、安全、指示等信号输入接口相连，所述替代电机及其旋转编码器模块接起重机电气控制柜各电动机驱动端口，替代电机各旋转编码器的信号输出端口接数据交换组件信号输入端口连接；起重机电气控制柜操作信号输入接口接收到起重机操作装置发出的操作信号后，起重机电气控制系统开始工作，电气控制系统根据操作指令及控制逻辑驱动替代电机旋转，与之连接的旋转编码器将信号发送给数据交换组件，数据交换组件得到替代电机的旋转速度及圈数数据并发送给仿真计算机组件，仿真计算机组件根据替代电机的旋转数据驱动虚拟场景中虚拟仿真起重机三维模型进行相应动作，并通过显示及声音组件显示出来并播放对应音效文件，数据交换组件负责虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息与起重机电气控制柜中电气控制系统进行数据交换，虚拟场景中虚拟仿真起重机的限位、安全、指示等动作通过数据交换组件发送至虚拟场景信号反馈组件，虚拟场景信号反馈组件将虚拟环境中各限位、安全、指示等信号实物化产生真实的触点动作，并反馈至起重机电气控制柜并进入起重机电气控制系统。

2.根据权利要求1所述的门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，其特征在于，所述数据交换组件包括控制器、数据采集模块、双向数据传输模块、数据输出模块，数据采集模块的数据采集口接起重机电气控制柜控制信号输出接口，数据采集模块的数据输出口接控制器，双向数据传输接口模块连接控制器与仿真计算机组件，数据输出模块连接控制器与虚拟场景信号反馈组件。

3.根据权利要求1所述的门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，其特征在于，所述虚拟场景中虚拟仿真起重机状态信息包括用于检测虚拟环境中桥架（门架）、大车运行机构、小车运行机构、起升机构三维模型位置状态信息的各个虚拟行程开关、到位开关、安全开关等信号信息，所述起重机电气控制柜的电气控制系统根据虚拟场景信号反馈组件传送来的虚拟环境中虚拟仿真起重机的状态信息进行控制。

4.根据权利要求1所述的门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，其特征在于，所述替代电机及其旋转编码器模块的各替代电机采用同类型小功率电机，用于替代大车运行机构、小车运行机构、起升机构中的驱动电动机，包括主起升替代电机及其旋转编码器、副起升替代电机及其旋转编码器、大车替代电机及其旋转编码器、主小车替代电机及其旋转编码器、副小车替代电机及其旋转编码器及其他备用替代电机及其旋转编码器。

5.根据权利要求1所述的门式桥式起重机电气控制线路装调半实物训练系统，其特征在于，所述虚拟场景信号反馈组件包括若干继电器通断点，用于将虚拟环境中各限位、安全、指示等信号实物化产生真实的触点动作。