CN206431953U - 一种起重机电控模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种起重机电控模拟系统，包括实体电路系统、虚拟电路系统和交互系统，三者之间相互通信；所述实体电路系统包括依次顺序连接的PLC、继电器、变频器、电动机和仪表盘，实体电路系统通过信号输出单片机与交互系统相连；所述交互系统包括教师端计算机、3D视景计算机、显示器、实体联动台、信号采集单片机以及信号输出单片机；所述虚拟电路系统主要由顺序连接的虚拟PLC、虚拟变频器、虚拟电动机及虚拟仪表盘组成，所述虚拟电路系统通过虚拟电路计算机与教师端计算机相连。本实用新型具有低成本、容易升级，可以模拟多种机型，具有较高的灵活性，同时也能及时反映最新的控制技术等优点。

Description

一种起重机电控模拟系统

技术领域

本实用新型涉及一种模拟系统，具体涉及一种起重机电控模拟系统，属于起重机操作维修的培训教学技术领域。

背景技术

随着虚拟现实技术、计算机仿真技术、传感器技术、多媒体技术、自动化技术的发展，起重机操作维修综合仿真训练系统应运而生。起重机电控模拟系统作为起重机综合仿真系统的重要部分，直接决定仿真训练效果。它是对实际的起重机电控系统进行模拟，以利于受训者掌握PLC、变频器、电动机、联动台等诸多电气控制元件如何构成一个完整的电气控系统以及它如何与起重机的运行工况相协调，如何调试、查找和排除电气故障等。最初的起重机电控模拟系统采用了小比例模型的思路，即完全对应实机采用多路实体电路进行仿真。这种方式，有利于增强受训者的感性认识，但是占用场地设施多，成本较高，且系统不易更新升级。随着计算机技术的发展，电气柜及各种电气元件可以用3D模型取代，电气元件的状态变化的内在逻辑也可以用软件实现，因而模拟用的实物电气系统也可以软件化，从而构成电控模拟系统，以节约场地和成本，并便于系统更新升级，但也存在明显的不足之处：缺少了增强感性认识的环节。

实用新型内容

为了克服现有的起重机电控模拟系统存在的不足，本实用新型提供一种起重机电控模拟系统，以达到实现一机多用、降低成本的、增强学员感性认识的目的。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种起重机电控模拟系统，包括实体电路系统、虚拟电路系统和交互系统，三者之间相互通信；

所述实体电路系统包括PLC、继电器、变频器、电动机和仪表盘，所述PLC、继电器、变频器、电动机和仪表盘依次顺序连接，实体电路系统通过信号输出单片机与交互系统相连；

所述交互系统包括教师端计算机、3D视景计算机、显示器、实体联动台、信号采集单片机以及信号输出单片机；信号采集单片机分别连接到实体联动台和教师端计算机上，教师端计算机通过相连的3D视景计算机与显示器连接，同时教师端计算机通过信号输出单片机与实体电路系统信号相连；另外，教师端计算机还与虚拟电路计算机相连；

所述虚拟电路系统主要由顺序连接的虚拟PLC、虚拟变频器、虚拟电动机及虚拟仪表盘组成，所述虚拟电路系统通过虚拟电路计算机与教师端计算机相连。

更进一步的方案是：所述教师端计算机由教师显示屏和教师服务器组成。

本实用新型中，实体电路系统主要指模拟实际的机构而设置的一路实体电路，其主要功用是负责再现仿真训练器中被模拟的起重机的某一机构应有的电气动作，加强学员的感性认识。教师端计算机由教师显示屏和教师服务器组成，教师服务器分别与教师显示屏、虚拟电路系统、实体电路系统连接；实体联动台输出学员操作信号至信号采集单片机，再由信号采集单片机转送信号至实体电路系统的PLC或虚拟电路系统的虚拟PLC；3D视景计算机与实体电路系统的单片机、教师显示屏连接。

教师端计算机包含数据库及电气故障设置系统。教师端计算机与虚拟电路系统的虚拟电路计算机相连接，实现信号传递；用信号输出单片机与实体电路系统连接。学员通过实体联动台进行操作，由与之相连的信号采集单片机收集采样信号传递至教师端计算机。教师端计算机调用自身数据库对采样信号进行解析，输出至3D视景计算机，并进一步以图像信号的形式传递到显示器上，形成学员操作的视景图像。另一方面，教师端计算机对采样信号进行判断，如果是属于实体电路信号，则将其通过信号输出单片机输出至实体电路部分，如果是虚拟信号，则输出至虚拟电路计算机进行一步解析。需要指出的是，教师端计算机可以设置故障，以培养学员的维修能力。教师端计算机通过电气故障设置系统产生故障信号输出至虚拟电路计算机，使后者产生相应的响应。

虚拟电路系统是根据实际起重机的电路系统设置，以实现同样的电气逻辑，将相应机构的电气动作转换成电信号在计算机中运算，显示出相应的运行结果，体现在显示器中，给予学员感官体验。模拟的仪表显示屏显示出仿真参数如速度、位移等相关量。虚拟电路计算机主要功用是与其他系统进行通讯和处理电气逻辑。虚拟的电路作为实体电路的补充，减少布置实体电路所需要的成本，降低故障率，并且通过虚拟的电路模拟出相应的电气动作，给予学员操作应得到的反馈。

所述教师端计算机主要实现对学员操作动作的动态监测，完成对学员操纵任务的评价，其内置的电气故障设置系统主要负责设置虚拟电路系统故障。实体联动台则是学员在操作台上操纵手柄、开关等所在的位置，主要作用是输出学员操作信号至实体电路系统的PLC或者虚拟电路计算机。3D视景计算机则是模拟上机操作时司机视野，尽量真实的呈献给学员。

实体电路系统通过PLC、虚拟电路系统通过虚拟电路计算机、交互系统通过教师端计算机和单片机相互通信，协调配合，提高起重机仿真训练器的仿真度和实际功效。

本实用新型的基本原理是：考察实际的起重机电气控制系统，其重要特点是系统可以视为由多个相互独立的回路组成，每个回路的电气工作原理和元件组成几乎相同，都是根据联动台的操纵信号，送入PLC处理后，给变频器发出控制指令，最终由变频器驱动电动机完成使相关机构正确运转的功能。因此，我们可以在电控模拟系统的基础上，采用虚实结合的方法，将其中的某一路保留由实物电气元件组成，让受训者从这一路实物子系统中获得应有的感性认识，其他各路则采用虚拟的软件化的方式实现。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）与当下流行的全实物模拟起重机电气系统相比，本系统具有低成本、容易升级，可以模拟多种机型，具有较高的灵活性，同时也能及时反映最新的控制技术等优点。

（2）与采用全虚拟电路的起重机仿真训练器相比，本系统增加了实体电路，可以给受训人员直观的感受，增强了受训学员的感性认识。另外对于维修培训任务来说，实体电路的加入，使得受训人员在实际检修任务中更加快速、准确的找到需要检查修理的电气元件。同时，实体电路系统中的回路，可以根据系统使用者的意愿改变定义，充当起重机多个功能机构中的任意机构的电气回路，相当于保留了全实物模拟起重机电气系统的全部优点，便于推广。

附图说明

图1 本实用新型的系统组成结构示意图；

图2 本实用新型交互系统信号传递图；

图3 本实用新型实体电路元件反馈关系；

图4 各元件信号走向图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明，但不应理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

由图1知，本实用新型所提的一种虚实结合的起重机电气控制模拟系统主要包含实体电路系统、虚拟电路系统以及交互系统三大部分组成。其中实体电路系统由真实的电动机、变频器、PLC系统及相关的继电器和仪表盘组成，且PLC、继电器、变频器、电动机和仪表盘依次连接，所述的虚拟电路系统，主要是指由虚拟电路计算机及其模拟的电路元件、仪表盘组成，所述的交互系统主要包括教师端计算机、3D视景计算机和实体联动台，这三大系统中实体电路通过PLC、虚拟电路通过虚拟电路计算机、交互系统通过教师端计算机与单片机一起相互通信，协调配合，构成了起重机电气控制模拟系统。教师端计算机与虚拟电路系统的虚拟电路计算机相连接，实现信号传递；用信号输出单片机与实体电路系统连接，实现信号传递。学员通过实体联动台进行操作，由与之相连的信号采集单片机收集采样信号传递至教师端计算机。教师端计算机调用自身数据库对采样信号进行解析，输出至3D视景计算机，并进一步以图像信号的形式传递到显示器上，形成学员操作的视景图像。另一方面，教师端计算机对采样信号进行判断，如果是属于实体电路信号，则将其通过信号输出单片机输出至实体电路部分，如果是虚拟信号，则输出至虚拟电路计算机进行一步解析。需要指出的是，教师端计算机可以设置故障，以培养学员的维修能力。教师端计算机通过电气故障设置系统产生故障信号输出至虚拟电路计算机，使后者产生相应的响应。

图2 简要叙述了本实用新型交互系统信号传递关系。

在该起重机电气控制模拟系统中，我们可以将回转机构这一路设置为实体电路，而剩下的起升机构、变幅机构、运行机构都采用虚拟电路。在本例中，回转机构实体电路选型如下：我们采用的单个小型电机，且有一台为抱闸电机制动用，则我们根据选型手册选择对应电机功率的变频器。同时，为了控制电机运转情况，选用了PLC对其进行控制。

图3简要叙述了实体电路几大元件之间的相互关系。

对于其余三大机构的虚拟电路的电气逻辑则参考相应的实际门机电气控制图纸进行设计，由虚拟电路计算机实现。并且虚拟电路中的虚拟仪表盘则应当能够显示电机工作电流、电压，相关机构的运行速度等信息。

起重机电控模拟系统的交互系统涉及到的教师端计算机、实体联动台、3D视景计算机、信号采集单片机和信号输出单片机，是整个系统中的重要部分。教师端计算机能够实现的功能应当包括：机型选择、参数设定、电气系统设定、电气系统监测、电气故障设定等。其中，而电气故障设定功能则应包含常见的电气故障，以供电气检修人员学习、排查。

实体联动台主要负责实体电路的信息指示以及信号输入，联动台主要输入部件有主令手柄、按钮、开关等，主要信号显示部件为指示灯。联动台发出的指令通过单片机采集信号至教师端计算机，经处理后，由信号输出单片机传递至PLC，并且从PLC得到反馈信号输出到面板上，从而使得PLC对驾驶台能够完全控制。

由图4可知，本实用新型运行流程如下：首先系统初始化时在教师服务器设置好虚拟电路系统或者实体电路系统属于哪种类型，然后由信号采集单片机采集实体联动台信号，传递至教师端计算机，配合3D视景计算机呈现起重机的运动状态。同时单片机采集的操作信号经教师端计算机解析后送往各个回路中，如果该回路为虚拟电路，则信号按照预先设定的电气逻辑运行后，反映到显示器上；如果是实体电路，则该信号传递至PLC，并由PLC传递信号给变频器，变频器再传递至电动机，达到让电机实际运转的目的。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种起重机电控模拟系统，其特征在于包括实体电路系统、虚拟电路系统和交互系统，三者之间相互通信；

所述实体电路系统包括PLC、继电器、变频器、电动机和仪表盘，所述PLC、继电器、变频器、电动机和仪表盘依次顺序连接，实体电路系统通过信号输出单片机与交互系统相连；

所述交互系统包括教师端计算机、3D视景计算机、显示器、实体联动台、信号采集单片机以及信号输出单片机；信号采集单片机分别连接到实体联动台和教师端计算机上，教师端计算机通过相连的3D视景计算机与显示器连接，同时教师端计算机通过信号输出单片机与实体电路系统信号相连；另外，教师端计算机还与虚拟电路计算机相连；

所述虚拟电路系统主要由顺序连接的虚拟PLC、虚拟变频器、虚拟电动机及虚拟仪表盘组成，所述虚拟电路系统通过虚拟电路计算机与教师端计算机相连。

2.根据权利要求1所述起重机电控模拟系统，其特征在于：所述教师端计算机由教师显示屏和教师服务器组成。