虚拟现实技术在PLC燃气锅炉培训系统中的应用

发布时间：2019-10-04 07:04

【摘要】：针对PLC调试传统培训方式不能多方位展现被控对象运行状态的问题,以典型的控制对象燃气锅炉为例,基于虚拟现实技术开发了一个PLC虚拟仿真培训系统。系统由上位机和下位机组成,通过RS232数据总线连接。上位机采用3ds Max对设备装置进行建模、渲染,在Unity3D中构建完整地虚拟场景。下位机以PLC为控制核心设计控制板,利用通信接口模块实现PLC与虚拟场景之间的数据传输,完成对虚拟锅炉的控制。经测试系统可正常运行,学员能够安全高效地编程并进行调试,了解和生产现场相似的工艺流程,提高培训效率,缩短培训周期,减少培训成本,具有较高的经济性和安全性。
【图文】：

1仿真培训系统总体框架1.1虚拟现实技术虚拟现实(VirtualReality)又称灵境技术，是一种计算机图形交互技术。VR具有模拟性、沉浸性、交互性和构想性等特征，利用计算机等技术模拟现实三维空间，让用户从视觉、听觉、触觉等多方面感受虚拟场景[6-7]。例如本系统中的上位机虚拟燃气锅炉，利用动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和虚拟传感器技术、系统集成技术以及三维交互设计等来完成虚拟系统的构建。1.2系统总体设计PLC燃气锅炉虚拟仿真培训系统主要由上位机和下位机组成，系统整体设计框图如图1所示。Unity3D具有方便的可视化创作环境，提供渲染引擎、背景音效、脚本引擎等功能，，兼容多种操作系统，故上位机采用Unity3D构建PC机虚拟场景，模拟实际工艺流程。下位机包括控制板、PLC、通信接口模块。通信接口模块主要是虚拟现实数据接口，本系统利用单片机来完成PLC与计算机之间数据的转换与传输。具体的数据流图如图2所示。控制板发出真实控制信号，PLC对信号进行采集并经由通信接口模块传送给PC机虚拟场景。Unity3D虚拟场景根据接收到的虚拟控制信号来模拟实际设备的运行效果。运行过程中，温度、压力、氧等虚拟传感器的信号经通信接口模块传送给PLC。PLC接收到信号后检测虚拟设备的运行情况并发出控制信号进行相应调整，实现虚拟锅炉系统的正常运行。图1系统整体设计框图Fig.1Systemoveralldesigndiagram图2数据流图Fig.2Dataflowdiagram2上位机开发2.1三维建模三维建模是构建整个虚拟现实系统的基础，主要有三维视觉建模和三维听觉建模。三维视觉建模主要包括几何建模、运动建模、物理建模、对象行为建模、模型分割等方法。本系统主要使用几何建

夹紊?成技术、立体显示和虚拟传感器技术、系统集成技术以及三维交互设计等来完成虚拟系统的构建。1.2系统总体设计PLC燃气锅炉虚拟仿真培训系统主要由上位机和下位机组成，系统整体设计框图如图1所示。Unity3D具有方便的可视化创作环境，提供渲染引擎、背景音效、脚本引擎等功能，兼容多种操作系统，故上位机采用Unity3D构建PC机虚拟场景，模拟实际工艺流程。下位机包括控制板、PLC、通信接口模块。通信接口模块主要是虚拟现实数据接口，本系统利用单片机来完成PLC与计算机之间数据的转换与传输。具体的数据流图如图2所示。控制板发出真实控制信号，PLC对信号进行采集并经由通信接口模块传送给PC机虚拟场景。Unity3D虚拟场景根据接收到的虚拟控制信号来模拟实际设备的运行效果。运行过程中，温度、压力、氧等虚拟传感器的信号经通信接口模块传送给PLC。PLC接收到信号后检测虚拟设备的运行情况并发出控制信号进行相应调整，实现虚拟锅炉系统的正常运行。图1系统整体设计框图Fig.1Systemoveralldesigndiagram图2数据流图Fig.2Dataflowdiagram2上位机开发2.1三维建模三维建模是构建整个虚拟现实系统的基础，主要有三维视觉建模和三维听觉建模。三维视觉建模主要包括几何建模、运动建模、物理建模、对象行为建模、模型分割等方法。本系统主要使用几何建
【作者单位】： 河南理工大学电气工程与自动化学院;
【基金】：国家自然科学基金(U1404612)
【分类号】：TK229.8;TP391.9

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本文编号：2545810