一种虚实结合的起重机电控模拟系统的制作方法

本发明涉及起重机操作维修领域的培训教学技术领域，具体涉及一种虚实结合的起重机电控模拟系统。

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。随着软件技术的发展，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，从而构成完全软件化的电控模拟系统，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。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种虚实结合的起重机电控模拟系统，实现一机多用、降低模拟设备成本、增强学员感性认识的目的。

本发明的基本原理是，考察实际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，我们可以在完全软件化的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。

本发明解决上述问题所采用的具体技术方案为：一种虚实结合的起重机电控模拟系统，主要由三部分组成：实体电路部分、虚拟电路部分、交互系统部分，

所述的实体电路部分，主要是模拟实际的机构而设置的一路实体电路，由真实的电动机、变频器、PLC系统及相关的继电器组成，其主要功用是负责再现仿真训练器中被模拟的起重机某一机构应有的电气动作；加强学员的感性认识。

所述的虚拟电路部分，主要由通过PC软件模拟的电路和模拟的仪表显示屏以及相关的电器柜服务器组成，虚拟电路主要是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PC软件模拟的电路是在软件中实现相应的电气逻辑，将其他机构的电气动作转换成相应的电信号输送到已有的实体电路中，并给出实际的电气动作；模拟的仪表显示屏是显示出仿真训练器运行的仿真参数；如速度、位移等相关量。电器柜服务器主要是与其他系统进行通讯。

所述的交互系统部分包括教师端控制系统、电气故障设置系统和实体联动台以及虚拟视景系统，教师端控制系统由教师端显示屏和教师服务器组成，主要功用是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；电气故障设置系统由相应的PC程序构成，主要负责实体电路与虚拟电路及PC系统的通讯，同时完成PC端预设的电气故障；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PLC系统或者PC虚拟电路部分；虚拟视景系统则是模拟上机操作时司机视野，尽量真实的呈献给学员。

三部分系统中实体电路通过PLC、虚拟电路通过电器柜服务器、交互系统通过单片机相互通信，协调配合，提高起重机仿真训练器的仿真度和实际功效。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(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、更新升级方便，可以模拟多种机型，具有较高的灵活性，能够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为本发明实施例中起重机电控模拟系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中实体电路元件相互关系；

图3为本发明实施例中系统中硬件组成图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：

由图3可知，本发明提出的一种虚实结合的起重机电控模拟系统，该系统运行流程如下：首先系统初始化时在教师端服务器设置好虚拟电路或者实体电路属于哪种类型，然后单片机采集联动台信号发送至PC机，由PC机内部程序进行解析，配合视景系统呈现起重机的运动状态。单片机采集的司机操作信号进一步送往电控系统的各个回路中，如果该回路为虚拟电路，则由电气控制柜服务器计算各元件的逻辑状态，反映到电气系统显示屏上；如果是实体电路，则该信号进一步传递至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。

我们不妨以MQ2435型门座式起重机仿真训练器作为例子进行说明。

由图1知，本发明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、虚拟电路以及交互系统三大部分组成。其中实体电路由真实的电动机、变频器、PLC系统及相关的继电器组成，所述的虚拟电路部分，主要是指通过PC软件模拟的电路和模拟的仪表显示屏以及相关的电器柜服务器组成，所述的交互系统包括教师端控制系统、电气故障设置系统、虚拟视景系统和实体联动台，这三大系统中实体电路通过PLC、虚拟电路通过电器柜服务器、交互系统通过教师服务器与单片机相互通信，协调配合，构成了起重机电气控制模拟系统。

在该仿真模拟器中，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、运行机构都采用了虚拟电路的设置方法。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可以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2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，由电气柜服务器实现。而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教师端控制系统、电气故障设置系统和实体联动台，是整个设计系统中的重要部分。教师端控制系统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。

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PC机，同时传递至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。

而电气故障设置系统则应包含常见的电气故障，以供电气检修人员学习、排查。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。