CN115220363A - 一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，特别是涉及虚拟仿真技术的数据采集装置技术领域，包括仿真数据采集器、基板、功能模块，仿真数据采集器与基板连接，仿真数据采集器的输入端、输出端通过基板与外部的可编程控制器的输入端、输出端连接。可以根据需求灵活配置所需要的功能模块，使用灵活，可以对接各大品牌的可编程控制器，针对不同行业的使用人群，可以自由的选择可编程控制器品牌和本仿真数据采集器相连接，解决了目前虚拟仿真调试基本为纯软件的实现方法，不能很好的体现仿真设备的物理行为或是需要通过购买昂贵的软件来实现，该方法的仿真结果与现实物理设备的行为偏差较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术的数据采集装置技术领域，特别是涉及一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置。
背景技术
目前虚拟仿真调试基本为纯软件的实现方法，不能很好的体现仿真设备的物理行为或是需要通过购买昂贵的软件来实现，该方法的仿真结果与现实物理设备的行为偏差较大，不便于初学者理解物理设备的操作/调试方法，与现实脱节较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，解决了目前虚拟仿真调试基本为纯软件的实现方法，不能很好的体现仿真设备的物理行为或是需要通过购买昂贵的软件来实现，该方法的仿真结果与现实物理设备的行为偏差较大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，包括仿真数据采集器、基板、功能模块，所述仿真数据采集器与基板连接，所述仿真数据采集器的输入端、输出端通过基板与外部的可编程控制器的输入端、输出端连接，所述仿真数据采集器通过基板的数据总线与功能模块连接并进行数据交换和控制。
作为优选的，所述功能模块包括伺服仿真模块、变频器仿真模块、编码器仿真模块、步进系统模块、数字量输入输出扩展模块以及模拟量输入输出扩展模块，所述伺服仿真模块、变频器仿真模块、编码器仿真模块、步进系统模块、数字量输入输出扩展模块以及模拟量输入输出扩展模块通过基板与仿真数据采集器连接，所述功能模块是可插拔的，根据不同的需求配置是灵活可变的。
作为优选的，所述仿真数据采集器通过以太网总线或通过基板数据总线的脉冲信号与伺服仿真模块连接，完成伺服特性仿真功能。
作为优选的，所述仿真数据采集器通过以太网总线或通过基板数据总线的开关量信号与变频器仿真模块连接，完成变频器特性仿真功能。
作为优选的，所述仿真数据采集器通过基板数据总线的通讯总线与编码器仿真模块连接，完成编码器特性仿真功能。
作为优选的，所述仿真数据采集器通过基板数据总线的脉冲信号与步进系统仿真模块连接，完成步进电机特性仿真功能。
作为优选的，所述仿真数据采集器的数字量输入输出扩展模块和模拟量输入输出扩展模块一端连接有数字仿真模型，所述功能模块一端连接有真实物理设备。
本发明的有益效果：该种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，可以根据需求灵活配置所需要的功能模块，使用灵活，可以对接各大品牌的可编程控制器，针对不同行业的使用人群，可以自由的选择可编程控制器品牌和本仿真数据采集器相连接，而且更加形象，针对不同特性的设备有不同的功能模块支撑，使得仿真和现实结果更为接近，使用也更接近于实际，并且可以使用真实的可编程控制器进行控制数字仿真模型，可以最大程度的验证用户编写的控制程序，且不受仿真平台的限制。
附图说明
图1为本发明的电路原理示意图；
图2为本发明的虚拟仿真时的原理示意图；
图3为本发明的虚拟仿真时的工作流程示意图；
图4为本发明的真实运行时的原理示意图；
图5为本发明的真实运行时的工作流程示意图；
图6为本发明的虚实同步时的原理示意图；
图7为本发明的虚实同步时的工作流程示意图；
图8为本发明的伺服仿真模块的工作原理示例图；
图9为本发明的变频器仿真模块的工作原理示例图；
图10为本发明的编码器仿真模块的工作原理示例图；
图11为本发明的步进仿真模块的工作原理示例图。
图中：1-仿真数据采集器；2-基板；3-功能模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图11所示，一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，包括仿真数据采集器1、基板2、功能模块3，所述仿真数据采集器1与基板2连接，所述仿真数据采集器1的输入端、输出端通过基板2与外部的可编程控制器的输入端、输出端连接，所述仿真数据采集器1通过基板2的数据总线与功能模块3连接并进行数据交换和控制，所述仿真数据采集器1连接数字仿真模型，通过仿真数据采集器1的物理行为仿真和数据交换功能，即可在无物理设备平台和物理平台尚未搭建完成的情况下完成可编程控制器程序的验证，同时也适用于高危行业可编程控制器程序功能的验证，因可编程控制器是直接连接所述仿真数据采集器1而不是连接数字仿真模型，而仿真数据采集器1的接口是适用于多种可编程控制器的，所以同一数字仿真模型适用于多种可编程控制器，而用户的程序也是直接在真实的可编程控制器上运行的，包括功能设备也是使用物理模块仿真的，所以仿真的结果非常接近实际；
所述功能模块3包括伺服仿真模块、变频器仿真模块、编码器仿真模块、步进系统模块、数字量输入输出扩展模块以及模拟量输入输出扩展模块，所述伺服仿真模块、变频器仿真模块、编码器仿真模块、步进系统模块、数字量输入输出扩展模块以及模拟量输入输出扩展模块通过基板2与仿真数据采集器1连接，所述功能模块3是可插拔的，根据不同的需求配置是灵活可变的，所述仿真数据采集器1通过以太网总线或通过基板2数据总线的脉冲信号与伺服仿真模块连接，完成伺服特性仿真功能，所述仿真数据采集器1通过以太网总线或通过基板2数据总线的开关量信号与变频器仿真模块连接，完成变频器特性仿真功能，所述仿真数据采集器1通过基板2数据总线的通讯总线与编码器仿真模块连接，完成编码器特性仿真功能，所述仿真数据采集器1通过基板2数据总线的脉冲信号与步进系统仿真模块连接，完成步进电机特性仿真功能，所述仿真数据采集器1的数字量输入输出扩展模块和模拟量输入输出扩展模块一端连接有数字仿真模型，所述功能模块3一端连接有真实物理设备，首先，电源模块2为仿真数据采集器1提供工作电源，同时也输出一路DC24V给用户外接设备，电源具有短路和过电压保护，仿真数据采集器1用于协调及处理虚拟仿真平台的信号，其三种工作时的原理如下图2、图4、图6所示，而功能模块3是采用总线和仿真数据采集器1连接的，用于仿真和模拟昂贵的实际物理设备，降低成本的同时还能保留物理设备的特性(例如加减速、电子齿轮比、分辨率等特性)，使用者可以根据需求自行的选择功能模块3及数量，与真实的物理设备相比具有体积小、造价低、连接方便等特点，与软件仿真的设备相比具有操作直观、使用简便、更接近实物等特点；
仿真数据采集器1的工作方式分为以下3种：
1.虚拟仿真运行方式：使用真实的可编程控制器连接仿真数据采集器1，且包含功能模块3，仿真数据采集器1将含有用户控制逻辑的可编程控制器输出数据“采集”并对一些特殊的信号进行行为运算后转发给数字仿真模型，数字仿真模型将数据进行“运算”在显示屏上以三维动画将结果展示，并将运算的数据发送给仿真数据采集器1，仿真数据采集器1将数字仿真模型的运算后的数据发给含有用户控制逻辑的可编程控制器，可编程控制器再根据反馈的结果进行运算，如此周而复始的工作，具体流程如图3所示；
2.真实运行方式：在使用真实的可编程控制器连接仿真数据采集器1的情况下，可以使用数据采集的输入、输出扩展模块快速的连接到真实的物理设备，此时仿真数据采集器1不参与直接的数据处理，数据直接从物理设备到真实的可编程控制器，同时仿真数据采集器1的输入、输出扩展模块还具有极性转换和扩流功能，以适应用于连接不同的物理设备，其工作流程如图5所示；
3.虚实同步运行方式：此运行方式是在真实运行方式基础上增加了把物理设备的数据发送给虚拟仿真平台，此时仿真数据采集器1不参与直接的数据处理，数据直接从物理设备到真实的可编程控制器，同时仿真数据采集器1也将物理设备的特性采集然后转发给虚拟仿真平台，其工作流程如图7所示；
综上所述，这样可以根据需求灵活配置所需要的功能模块3，使用灵活，可以对接各大品牌的可编程控制器，针对不同行业的使用人群，可以自由的选择可编程控制器品牌和本仿真数据采集器1相连接，而且更加形象，针对不同特性的设备有不同的功能模块3支撑，使得仿真和现实结果更为接近，使用也更接近于实际，并且可以使用真实的可编程控制器进行控制数字仿真模型，可以最大程度的验证用户编写的控制程序，且不受仿真平台的限制。
Claims (7)
1.一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，包括仿真数据采集器(1)、基板(2)、功能模块(3)，其特征在于：
所述仿真数据采集器(1)与基板(2)连接，所述仿真数据采集器(1)的输入端、输出端通过基板(2)与外部的可编程控制器的输入端、输出端连接，所述仿真数据采集器(1)通过基板(2)的数据总线与功能模块(3)连接并进行数据交换和控制。
2.如权利要求1所述的一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，其特征在于：所述功能模块(3)包括伺服仿真模块、变频器仿真模块、编码器仿真模块、步进系统模块、数字量输入输出扩展模块以及模拟量输入输出扩展模块，所述伺服仿真模块、变频器仿真模块、编码器仿真模块、步进系统模块、数字量输入输出扩展模块以及模拟量输入输出扩展模块通过基板(2)与仿真数据采集器(1)连接，所述功能模块(3)是可插拔的，根据不同的需求配置是灵活可变的。
3.如权利要求2所述的一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，其特征在于：所述仿真数据采集器(1)通过以太网总线或通过基板(2)数据总线的脉冲信号与伺服仿真模块连接，完成伺服特性仿真功能。
4.如权利要求2所述的一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，其特征在于：所述仿真数据采集器(1)通过以太网总线或通过基板(2)数据总线的开关量信号与变频器仿真模块连接，完成变频器特性仿真功能。
5.如权利要求2所述的一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，其特征在于：所述仿真数据采集器(1)通过基板(2)数据总线的通讯总线与编码器仿真模块连接，完成编码器特性仿真功能。
6.如权利要求2所述的一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，其特征在于：所述仿真数据采集器(1)通过基板(2)数据总线的脉冲信号与步进系统仿真模块连接，完成步进电机特性仿真功能。
7.如权利要求1所述的一种用于虚拟仿真调试可仿真物理行为的数据采集装置，其特征在于：所述仿真数据采集器(1)的数字量输入输出扩展模块和模拟量输入输出扩展模块一端连接有数字仿真模型，所述功能模块(3)一端连接有真实物理设备。
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