CN220357691U - 一种工业虚拟仿真应用综合实训平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业虚拟仿真应用综合实训平台，属于教学设备技术领域，包括控制模块，所述控制模块与用于提供电力的电源模块相连，所述控制模块与三轴机械抓手实训单元、环境温湿度单元和虚拟仿真单元相连；控制模块包括支撑架、PLC模块、交换机模块、继电器和触摸屏；PLC模块、交换机模块、继电器和触摸屏均安装在支撑架上。通过上述方式，可拆卸支撑架能让控制模块形成一个整体，触摸屏能直观地显示各单元的运行状态，继电器可以保护电路，PLC模块方便实验的控制，交换机模块与PLC模块配合，完成操作。电源模块提供动力源；三轴机械抓手实训单元完成抓手实验；监测单元完成对环境温度湿度采集及传输；虚拟仿真单元进行3D工厂布局和整体规划。

Description

一种工业虚拟仿真应用综合实训平台

技术领域

本实用新型涉及教学设备技术领域，具体涉及一种工业虚拟仿真应用综合实训平台。

背景技术

工业迅速发展处理器要求不断提高，教学需要与时俱进设备要不断升级，而教学还需要从基础学起，同时满足需要实验室建设重复会导致浪费资金和实验室空间。

不同层次的考核需要不同设备，需要有机的进行结合，将不同设备多种功能有机结合，能综合考量检查学生的接受程度。

基于此，本实用新型设计了一种工业虚拟仿真应用综合实训平台以解决上述问题。

实用新型内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种工业虚拟仿真应用综合实训平台。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种工业虚拟仿真应用综合实训平台，包括控制模块，所述控制模块与用于提供电力的电源模块相连，所述控制模块与用于三轴机械抓手实训实验的三轴机械抓手实训单元相连；所述控制模块与用于检测环境温湿度实验的环境温湿度单元相连；所述控制模块与用于虚实联动和数字孪生的虚拟仿真单元相连。

所述控制模块包括支撑架、PLC模块、交换机模块、继电器和触摸屏；PLC模块、交换机模块、继电器和触摸屏均安装在支撑架上，PLC模块、交换机模块、继电器和触摸屏之间通过接线相连；

更进一步的，根据权利要求所述的工业虚拟仿真应用综合实训平台，所述支撑架包括可拆卸的网格板、若干条导轨和机架；机架可拆卸连接在网格板上，若干条导轨固定安装在网格板上，机架和导轨均与PLC模块固定连接，交换机模块、继电器和触摸屏均安装在若干条导轨上。

更进一步的，所述PLC模块包括两块PLC和PLC操作台；两块PLC均安装在导轨上，PLC操作台固定安装在机架上，使用相应的接线将两块PLC与PLC操作台、交换机模块、继电器和触摸屏进行连接，PLC操作台上有多个控制键和接口；

更进一步的，所述交换机模块包括两组第一交换机、第二交换机、两组第三交换机、第四交换机和第五交换机；两组第一交换机、第二交换机、两组第三交换机、第四交换机和第五交换机均安装在若干条导轨上，两组第一交换机、第二交换机、两组第三交换机、第四交换机和第五交换机均通过相应的接线与两块PLC插接；

更进一步的，所述电源模块包括变频器和电源；电源和变频器通过数据线与控制模块相连，变频器单相220V供电，输出功率0.37KW，具有集成RS-485通讯接口，电源模拟提供AC220V、DC24V电源，设有启动停止按钮和各相电源工作指示；

更进一步的，所述三轴机械抓手实训单元包括滑动模组、光电传感器、接近开关和伺服电机；接近开关可以启动或停止实验，伺服电机提供动力源，光电传感器进行感知，通过操作PLC操作台对滑动模组控制完成实验；

更进一步的，所述环境温湿度单元包括RS通讯接口，环境温湿度单元通过相应的数据线与控制模块相连；

更进一步的，所述虚拟仿真单元包括仿真软件，仿真软件与控制模块线接，虚拟仿真单元采用开放式架构，模块化组合，虚实映射，支持探索式实验。

有益效果

本实用新型通过支撑架能让控制模块形成一个整体，更方便的进行实验操作，插接线将PLC模块与交换机模块、继电器和触摸屏相连，可以用于插接式训练，也可进行线接式实操训练，使得实验更灵活更适用于不同的学生，触摸屏能直观地显示各单元的运行状态，继电器可以保护电路，PLC模块方便实验的控制，交换机模块与PLC模块配合，完成对实验效果的实现。电源模块为整个实验平台提供了稳定的、可控制的动力源；三轴机械抓手实训单元通过控制模块的PLC编程和光电传感器的传感检测，实现传动控制、定向控制、定位控制功能，完成三轴机械抓手实训实验；监测单元能够完成包括实验台当前环境的温度和湿度采集及传输；虚拟仿真单元可以进行D工厂布局和整体规划，并不断滚动进行仿真规划设计、评估验证和更改，在精益效率提升、产能提升和自动化提升上持续发挥效应，也可应用于新建工厂的产线布局设计、物流规划和价值流分析，并能进行新产品研发端的可制造性分析、工艺设计、装配仿真、自动化虚拟调试和机器人轨迹规划及示教。

本实用新型通过支撑架的可拆卸性，使得控制模块可以自由的安装组合，方便对不同层次的学生进行考核；两块PLC采用模块组合式结构，与开关量、模拟量、变频调速、触摸屏、通信模块等组合，配套工业计算机控软件，实现仿真化、信息化实训教学；交换机模块实现不同的设备之间的网络连接和通信，保证快速、可靠地实现数据传输，是高效可靠的数据通信基础设施，与PLC模块连接，提供了高效的实验基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种工业虚拟仿真应用综合实训平台主体结构立体图一；

图2为本实用新型的一种工业虚拟仿真应用综合实训平台主体结构立体图二。

图中的标号分别代表：1、支撑架；11、网格板；12、导轨；13、机架；2、PLC模块；21、PLC；22、PLC操作台；3、交换机模块；31、第一交换机；32、第二交换机；33、第三交换机；34、第四交换机；35、第五交换机；4、继电器；5、触摸屏。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

请参阅说明书附图1-2，一种工业虚拟仿真应用综合实训平台，包括控制模块；

所述控制模块包括支撑架1、PLC模块2、交换机模块3、继电器4和触摸屏5；PLC模块2、交换机模块3、继电器4和触摸屏5均安装在支撑架1上，PLC模块2、交换机模块3、继电器4和触摸屏5之间通过接线相连；

支撑架1将所有模块有机结合起来，所有主机的I/O口都可通过扩展口引出，触摸屏5用于主机以太网通讯，控制和显示各单元的运行状态，继电器4可以用来自动调节、安全保护和转换电路，PLC模块2可以对整个实验进行操作控制，完成不同的实验效果，交换机模块3配合PLC模块2的控制达到实际的效果；

支撑架1能让控制模块形成一个整体，更方便的进行实验操作，插接线将PLC模块2与交换机模块3、继电器4和触摸屏5相连，可以用于插接式训练，也可进行线接式实操训练，使得实验更灵活更适用于不同的学生，触摸屏5能直观地显示各单元的运行状态，继电器4可以保护电路，PLC模块2方便实验的控制，交换机模块3与PLC模块2配合，完成对实验效果的实现。

所述支撑架1包括可拆卸的网格板11、若干条导轨12和机架13；机架13可拆卸连接在网格板11上，若干条导轨12固定安装在网格板11上，机架13和导轨12均与PLC模块2连接，交换机模块3、继电器4和触摸屏5均安装在若干条导轨12上；

支撑架1形成一个工作台，将控制模块有机组合起来，网格板11、若干条导轨12和机架13均可拆卸安装；

支撑架1的可拆卸性，使得控制模块可以自由的安装组合，方便对不同层次的学生进行考核；

所述PLC模块2包括两块PLC21和PLC操作台22；两块PLC21均可拆卸安装在导轨12上，PLC操作台22固定安装在机架13上，使用相应的接线将两块PLC21与PLC操作台22、交换机模块3、继电器4和触摸屏5进行连接，PLC操作台22上有多个控制键和接口；

优选的，两块PLC21使用西门子型号；

两块PLC21是可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、HMI和网络通信等任务的控制器，PLC操作台22上的控制键可以进行操作控制两块PLC21和交换机模块3达到不同的实验效果，还可以启动和停止本实训平台，PLC操作台22上的接口与两块PLC21用数据线连接；

两块PLC21采用模块组合式结构，与开关量、模拟量、变频调速、触摸屏5、通信模块等组合，配套工业计算机控软件，实现仿真化、信息化实训教学；

所述交换机模块3包括两组第一交换机31、第二交换机32、两组第三交换机33、第四交换机34和第五交换机35；两组第一交换机31、第二交换机32、两组第三交换机33、第四交换机34和第五交换机35均可拆卸安装在若干条导轨12上，两组第一交换机31、第二交换机32、两组第三交换机33、第四交换机34和第五交换机35均通过相应的接线与两块PLC21插接；

优选的，交换机模块3使用西门子型号的交换机；

两组第一交换机31为客户端交换机，具有扩展和升级网络交换机的功能，提高网络传输速率和带宽，这个交换机的作用就是实现高性能的网络交换，具有自动识别和学习MAC地址的功能，可以快速、可靠地实现数据传输，同时，还可以支持QoS(质量服务)和VLAN(虚拟局域网)等网络管理功能，提高网络的应用灵活性和安全性；两组第三交换机33可以实现不同的设备之间的网络连接和通信，这些设备可以是工控机、计算机、PLC(可编程逻辑控制器)、监控摄像头、传感器等；第五交换机35用于工业自动化网络系统的数据通信和网络控制方面，可以为设备之间的数据通信提供高效可靠的基础设施；

交换机模块3实现不同的设备之间的网络连接和通信，保证快速、可靠地实现数据传输，是高效可靠的数据通信基础设施，与PLC模块2连接，提供了高效的实验基础；

所述控制模块与用于提供电力的电源模块相连；

所述电源模块包括变频器和电源；电源通过变频器与plc模块2、交换机模块3、继电器4和触摸屏5相连，变频器单相220V供电，输出功率0.37KW，具有集成RS-485通讯接口，电源模拟提供AC220V、DC24V电源，设有启动停止按钮和各相电源工作指示。

变频器具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制，2路模拟量输入，变频器具备过电压、欠电压保护，具有电机过热保护，短路保护功能；电源为实训电机实训单元提供动力源，启动停止按钮可以自由控制供电，电源工作指示可以直观地看到供电情况，电源具有过流、过压、短路等保护功能。

电源模块为整个实验平台提供了稳定的、可控制的动力源；

所述控制模块与外界的用于三轴机械抓手实训实验的三轴机械抓手实训单元相连；

所述三轴机械抓手实训单元包括滑动模组、光电传感器、接近开关和伺服电机；接近开关可以启动或停止实验，伺服电机提供动力源，光电传感器进行感知，通过操作PLC操作台22对滑动模组进行传达、定向和定位控制完成实验；

三轴机械抓手实训单元通过控制模块的PLC编程和光电传感器的传感检测，实现传动控制、定向控制、定位控制功能，完成三轴机械抓手实训实验；

所述控制模块与用于检测环境温湿度实验的环境温湿度单元相连；

环境温湿度单元通过相应的数据线与PLC模块2相连，PLC模块2将需要显示的温度显示在触摸屏5上；

环境温湿度单元可以检测所在环境的温湿度情况，并通过PLC模块2显示在触摸屏5上；

所述控制模块与用于虚实联动和数字孪生的虚拟仿真单元相连；

虚拟仿真单元与PLC模块2相连，通过PLC模块2的控制，可以进行3D影像展示；

虚拟仿真单元可以进行3D工厂布局和整体规划，并不断滚动进行仿真规划设计、评估验证和更改。

实施例2

在一些实施例中，如图1-2所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述环境温湿度单元包括RS485通讯接口，环境温湿度单元通过相应的数据线与plc21相连；

通过PLC操作台22的控制，两块PLC21和交换机模块3的配合完成实验，并将结果显示在触摸屏5上；

监测单元能够完成包括实验台当前环境的温度和湿度采集及传输。

实施例3

在一些实施例中，如图1-2所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述虚拟仿真单元包括仿真软件，仿真软件与控制模块线接，虚拟仿真单元采用开放式架构，模块化组合，虚实映射，支持探索式实验；

控制模块提供硬件基础，仿真软件可以进行3D展示；支持与现场设备进行数据交互，可对现场PLC控制器的数据点进行读模式、订阅模式和写模式，实现数字孪生在仿真环境可监视现场设备状态、设备运动情况，也可下发命令至设备，让产线启动或停止。

虚拟仿真单元可以进行3D工厂布局和整体规划，并不断滚动进行仿真规划设计、评估验证和更改，在精益效率提升、产能提升和自动化提升上持续发挥效应，也可应用于新建工厂的产线布局设计、物流规划和价值流分析，并能进行新产品研发端的可制造性分析、工艺设计、装配仿真、自动化虚拟调试和机器人轨迹规划及示教。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种工业虚拟仿真应用综合实训平台，包括控制模块，其特征在于：所述控制模块与用于提供电力的电源模块相连，所述控制模块与用于三轴机械抓手实训实验的三轴机械抓手实训单元相连；所述控制模块与用于检测环境温湿度实验的环境温湿度单元相连；所述控制模块与用于虚实联动和数字孪生的虚拟仿真单元相连；

所述控制模块包括支撑架(1)、PLC模块(2)、交换机模块(3)、继电器(4)和触摸屏(5)；PLC模块(2)、交换机模块(3)、继电器(4)和触摸屏(5)均安装在支撑架(1)上，PLC模块(2)、交换机模块(3)、继电器(4)和触摸屏(5)之间通过接线相连。

2.根据权利要求1所述的工业虚拟仿真应用综合实训平台，其特征在于，所述支撑架(1)包括可拆卸的网格板(11)、若干条导轨(12)和机架(13)；机架(13)可拆卸连接在网格板(11)上，若干条导轨(12)固定安装在网格板(11)上，机架(13)和导轨(12)均与PLC模块(2)固定连接，交换机模块(3)、继电器(4)和触摸屏(5)均安装在若干条导轨(12)上。

3.根据权利要求2所述的工业虚拟仿真应用综合实训平台，其特征在于，所述PLC模块(2)包括两块PLC(21)和PLC操作台(22)；两块PLC(21)均安装在导轨(12)上，PLC操作台(22)固定安装在机架(13)上，使用相应的接线将两块PLC(21)与PLC操作台(22)、交换机模块(3)、继电器(4)和触摸屏(5)进行连接，PLC操作台(22)上有多个控制键和接口。

4.根据权利要求3所述的工业虚拟仿真应用综合实训平台，其特征在于，所述交换机模块(3)包括两组第一交换机(31)、第二交换机(32)、两组第三交换机(33)、第四交换机(34)和第五交换机(35)；两组第一交换机(31)、第二交换机(32)、两组第三交换机(33)、第四交换机(34)和第五交换机(35)均安装在若干条导轨(12)上，两组第一交换机(31)、第二交换机(32)、两组第三交换机(33)、第四交换机(34)和第五交换机(35)均通过相应的接线与两块PLC(21)插接。

5.根据权利要求1所述的工业虚拟仿真应用综合实训平台，其特征在于，所述电源模块包括变频器和电源；电源和变频器通过数据线与控制模块相连，变频器单相220V供电，输出功率0.37KW，具有集成RS-485通讯接口，电源模拟提供AC220V、DC24V电源，设有启动停止按钮和各相电源工作指示。

6.根据权利要求3所述的工业虚拟仿真应用综合实训平台，其特征在于，所述三轴机械抓手实训单元包括滑动模组、光电传感器、接近开关和伺服电机；接近开关可以启动或停止实验，伺服电机提供动力源，光电传感器进行感知，通过操作PLC操作台(22)对滑动模组控制完成实验。

7.根据权利要求1所述的工业虚拟仿真应用综合实训平台，其特征在于，所述环境温湿度单元包括RS485通讯接口，环境温湿度单元通过相应的数据线与控制模块相连。