1,、簡介

　　利用虛擬及仿真技術(shù)是提高高校實驗室利用效率和減少實驗維護(hù)費用的一條切實可行的途徑。引入當(dāng)今發(fā)展較為成熟的仿真和虛擬技術(shù),；針對部分高校工業(yè)自動化實驗室的現(xiàn)狀,，結(jié)合當(dāng)前虛擬儀器及仿真技術(shù)的發(fā)展對高校建立工業(yè)自動化實驗室進(jìn)行了探討。將虛擬儀器技術(shù)用于實驗可增強學(xué)生的積極性,、趣味性,、實驗的靈活性， 同時大大降低成本,， 如今虛擬仿真技術(shù)用于工業(yè)控制實驗已經(jīng)成為一大趨勢,。

　　本方案針對工業(yè)自動化領(lǐng)域，提供虛擬仿真的儀器儀表與設(shè)備,、工業(yè)自動化對象、控制器（特別是PLC） 仿真,，以及工廠仿真,。集半物理仿真技術(shù)、可視化仿真技術(shù)、虛擬儀器技術(shù),、數(shù)字化建模,、信息獲取技術(shù)、通訊技術(shù),、控制技術(shù),、計算機(jī)技術(shù)，構(gòu)建完整的工業(yè)自動化試驗與驗證系統(tǒng),，將實驗室建設(shè)成為學(xué)習(xí)自動化技術(shù),、驗證理論的公共技術(shù)平臺。

　　本方案針對本科,，增加包括工業(yè)儀器儀表,，PLC仿真，以及工廠仿真,；包括Labview虛擬儀器,，Mathlab數(shù)學(xué)建模，以及高級復(fù)雜控制,。虛擬仿真實驗室可能包括更多的內(nèi)容,，我們也在不斷改進(jìn)產(chǎn)品，擴(kuò)大虛擬仿真的應(yīng)用范圍,。

　　2,、應(yīng)用技術(shù)虛擬仿真實訓(xùn)方案

　　應(yīng)用技術(shù)教育包括部分工程教育與職業(yè)教育。我們提供制造自動化與過程自動化兩大類產(chǎn)品,。除了純虛擬仿真產(chǎn)品之外,，還提供半物理仿真產(chǎn)品。設(shè)置還希望學(xué)校增加對應(yīng)的真實設(shè)備,，以便大量仿真實訓(xùn)后能夠到真實設(shè)備上短期培訓(xùn),。

　　2.1 虛擬仿真制造自動化

　　制造自動化的傳感器與設(shè)備，制造自動化的單元虛擬仿真,，PLC控制器的仿真,，流水線、灌裝線仿真,，共四個部分,。

　　（1）傳感器與設(shè)備,，介紹接近傳感器,、編碼器，測速器,，色標(biāo)傳感器,，機(jī)器視覺傳感器等的原理,、三維結(jié)構(gòu)與接線；還包括電磁閥,、氣動,、液壓機(jī)構(gòu)。設(shè)備包括交流電機(jī),、步進(jìn)電機(jī),、伺服電機(jī)等。對于電氣部分,，還包括指示燈,、空開、旋鈕,、繼電器與接觸器等設(shè)備的三維動畫與接線實訓(xùn),。

　　（2）制造自動化的單元,，包括各種單體設(shè)備,，例如送料機(jī)、裝配單元,、加工單元,、分揀單元、機(jī)械手等單元的結(jié)構(gòu),，原理,，以及控制。內(nèi)含電動,、氣動與液壓等單元,。通過大量的三維交互式動畫技術(shù)，實現(xiàn)裝配,、接線訓(xùn)練與考核,。

　　（3）PLC控制器的仿真,，包括西門子S7-200,，S7-300/400的仿真，還包括常見的歐姆龍,，三菱PLC的仿真,。通過軟件技術(shù)，可以實現(xiàn)編程,、下裝,、調(diào)試，以及對象控制,、組態(tài)監(jiān)控等實訓(xùn),。

　?。?）流水線或灌裝線仿真是一個工廠仿真,，整合各種傳感器與設(shè)備,，多個柔性單元，PLC控制器,，形成一個工廠級的仿真,。學(xué)生可以進(jìn)行編程、聯(lián)合調(diào)試,，多人合作開發(fā)與調(diào)試,。

　　大型的工廠仿真可以實現(xiàn)狀態(tài)保存與載入，考核與重演,，完全可以用于操作工與技術(shù)人員的培訓(xùn)與考核,。

　　2.2 半物理仿真制造自動化

　　該產(chǎn)品的對象全部采用仿真來實現(xiàn)，但是PLC是真實的,，從而更加真實地進(jìn)行編程,、調(diào)試。并可以實現(xiàn)高速計數(shù),，高速PWM,、PTO控制。我們提供能夠接受PLC低速或者高速控制的模塊,，與PC通信,，在PC上實現(xiàn)昂貴的對象設(shè)備的模擬。同樣也包括裝配與接線實訓(xùn)與考核,。

　　2.3 制造工廠中央控制室

　　提供2*3拼接的大屏幕監(jiān)控墻,，針對大型生產(chǎn)線的視頻、重點參數(shù)監(jiān)控,。提供工廠信息化網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場信息發(fā)布屏幕（把加工要求、圖紙發(fā)送到現(xiàn)場）,，現(xiàn)場RFID的識別器,，寫卡器。

　　提供監(jiān)控組態(tài)界面,，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,。

　　提供大量的監(jiān)控攝像機(jī)，可以記錄學(xué)生的操作,，或者監(jiān)控現(xiàn)場,。也可以提供虛擬視頻場景。

　　提供MES系統(tǒng),，實現(xiàn)管控一體化,。

　　2.4 過程自動化

　　過程自動化的傳感器與設(shè)備,，過程自動化的對象單元虛擬仿真，PLC,、DCS控制器的仿真,，過程自動化工廠仿真，共四個部分,。

　?。?）傳感器與設(shè)備，介紹溫度,、壓力,、液位、,，流量,、成份與物位傳感器的原理、三維結(jié)構(gòu)與接線,；還包括電磁閥,、調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器,。設(shè)備包括水泵,、換熱器、加熱器等,。對于電氣部分,，還包括指示燈、空開,、旋鈕,、繼電器與接觸器等設(shè)備的三維動畫與接線實訓(xùn)。

　?。?）過程自動化的單元,，包括鍋爐、水箱容積系統(tǒng),、泵閥單元,、換熱單元等結(jié)構(gòu)，原理,，以及控制,。通過大量的三維交互式動畫技術(shù)，實現(xiàn)裝配,、接線訓(xùn)練與考核,。

　　（3）PLC控制器的仿真，包括西門子S7-200,，S7-300/400的仿真,，還包括常見的歐姆龍，三菱PLC的仿真,。通過軟件技術(shù),，可以實現(xiàn)編程、下裝,、調(diào)試,，以及對象控制、組態(tài)監(jiān)控等實訓(xùn),。并且實訓(xùn)了PLC的PPI，USS,，MODBUS等通信,。多PLC的組網(wǎng)，以及與變頻器,，觸摸屏的組網(wǎng),。

　　（4）綜合過程自動化工廠仿真,，整合各種傳感器與設(shè)備,，多個柔性單元，PLC控制器,，形成一個工廠級的仿真,。學(xué)生可以進(jìn)行編程、聯(lián)合調(diào)試,，多人合作開發(fā)與調(diào)試,。例如A4200綜合工廠仿真，E3000污水處理廠仿真,。大型的工廠仿真可以實現(xiàn)狀態(tài)保存與載入,，考核與重演，完全可以用于操作工與技術(shù)人員的培訓(xùn)與考核,。

　　2.5 半物理仿真過程自動化

　　過程自動化的半物理仿真包括兩種：一種是對象全部采用仿真來實現(xiàn),，但是PLC是真實的，從而更加真實地進(jìn)行編程,、調(diào)試,。另外一種是對象也有框架、管理,、閥門,、傳感器，與模擬系統(tǒng)完全一樣,，但是不走水氣,，所有檢測信號都是通過PC仿真模擬,，發(fā)送到傳感器。然后送到真實的PLC上,。

　　產(chǎn)品同樣也包括裝配,、接線，以及校準(zhǔn)實訓(xùn)與考核,。還可以進(jìn)行開機(jī),、關(guān)機(jī)、故障操作與考核,。

　　2.6 過程工廠中央控制室

　　提供2*3拼接的大屏幕監(jiān)控墻,，針對過程工廠的視頻、重點參數(shù)監(jiān)控,。

　　提供監(jiān)控組態(tài)界面,，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

　　提供工廠信息化網(wǎng)絡(luò),。

　　提供大量的監(jiān)控攝像機(jī),，可以監(jiān)控現(xiàn)場。也可以提供虛擬視頻場景,。

　　提供MIS/MES系統(tǒng),，實現(xiàn)管控一體化。

　　3 建議虛擬仿真產(chǎn)品配置

　　滿足60個計算機(jī)實驗室,，實現(xiàn)大規(guī)模的仿真,。