本發(fā)明涉及起重機操作維修領域的培訓教學技術領域，具體涉及一種虛實結合的起重機電控模擬系統(tǒng)。

背景技術：

隨著虛擬現實技術、計算機仿真技術、傳感器技術、多媒體技術、自動化技術的發(fā)展，起重機操作維修綜合仿真訓練系統(tǒng)應運而生。起重機電控模擬系統(tǒng)作為起重機綜合仿真系統(tǒng)的重要部分，直接決定仿真訓練效果。它是對實際的起重機電控系統(tǒng)進行模擬，以利于受訓者掌握PLC、變頻器、電動機、聯(lián)動臺等諸多電氣控制元件如何構成一個完整的電氣控系統(tǒng)以及它如何與起重機的運行工況相協(xié)調，如何調試、查找和排除電氣故障等。最初的起重機電控模擬系統(tǒng)采用了小比例模型的思路，即完全對應實機采用多路實體電路進行仿真。這種方式，有利于增強受訓者的感性認識，但是占用場地設施多，成本較高，且系統(tǒng)不易更新升級。隨著軟件技術的發(fā)展，電氣柜及各種電氣元件可以用3D模型取代，電氣元件的狀態(tài)變化的內在邏輯也可以用軟件實現，因而模擬用的實物電氣系統(tǒng)也可以軟件化，從而構成完全軟件化的電控模擬系統(tǒng)，以節(jié)約場地和成本，并便于系統(tǒng)更新升級，但也存在明顯的不足之處：缺少了增強感性認識的環(huán)節(jié)。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種虛實結合的起重機電控模擬系統(tǒng)，實現一機多用、降低模擬設備成本、增強學員感性認識的目的。

本發(fā)明的基本原理是，考察實際起重機電氣控制系統(tǒng)，其重要特點是系統(tǒng)可以視為由多個相互獨立的回路組成，每個回路的電氣工作原理和元件組成幾乎相同，都是根據聯(lián)動臺的操縱信號，送入PLC處理后，給變頻器發(fā)出控制指令，最終由變頻器驅動電動機完成使相關機構正確運轉的功能。因此，我們可以在完全軟件化的電控模擬系統(tǒng)的基礎上，采用虛實結合的方法，將其中的某一路保留由實物電氣元件組成，讓受訓者從這一路實物子系統(tǒng)中獲得應有的感性認識，其他各路則采用虛擬的軟件化的方式實現。

本發(fā)明解決上述問題所采用的具體技術方案為：一種虛實結合的起重機電控模擬系統(tǒng)，主要由三部分組成：實體電路部分、虛擬電路部分、交互系統(tǒng)部分，

所述的實體電路部分，主要是模擬實際的機構而設置的一路實體電路，由真實的電動機、變頻器、PLC系統(tǒng)及相關的繼電器組成，其主要功用是負責再現仿真訓練器中被模擬的起重機某一機構應有的電氣動作；加強學員的感性認識。

所述的虛擬電路部分，主要由通過PC軟件模擬的電路和模擬的儀表顯示屏以及相關的電器柜服務器組成，虛擬電路主要是作為實體電路的補充，減少布置實體電路所需要的成本，降低故障率，并且通過虛擬電路模擬出相應的電氣動作，給予學員操作應得到的反饋；所述PC軟件模擬的電路是在軟件中實現相應的電氣邏輯，將其他機構的電氣動作轉換成相應的電信號輸送到已有的實體電路中，并給出實際的電氣動作；模擬的儀表顯示屏是顯示出仿真訓練器運行的仿真參數；如速度、位移等相關量。電器柜服務器主要是與其他系統(tǒng)進行通訊。

所述的交互系統(tǒng)部分包括教師端控制系統(tǒng)、電氣故障設置系統(tǒng)和實體聯(lián)動臺以及虛擬視景系統(tǒng)，教師端控制系統(tǒng)由教師端顯示屏和教師服務器組成，主要功用是實現對學員操作動作的動態(tài)監(jiān)測，完成對學員操縱任務的評價；電氣故障設置系統(tǒng)由相應的PC程序構成，主要負責實體電路與虛擬電路及PC系統(tǒng)的通訊，同時完成PC端預設的電氣故障；實體聯(lián)動臺則是學員在操作臺上操縱手柄、開關等所在的位置，主要作用是輸出學員操作信號至PLC系統(tǒng)或者PC虛擬電路部分；虛擬視景系統(tǒng)則是模擬上機操作時司機視野，盡量真實的呈獻給學員。

三部分系統(tǒng)中實體電路通過PLC、虛擬電路通過電器柜服務器、交互系統(tǒng)通過單片機相互通信，協(xié)調配合，提高起重機仿真訓練器的仿真度和實際功效。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)與當下流行的全實物模擬起重機電氣系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有低成本、更新升級方便，可以模擬多種機型，具有較高的靈活性，能夠及時反映最新的控制技術等優(yōu)點。

(2)與采用全虛擬電路的起重機仿真訓練器相比，本系統(tǒng)增加了實體電路，可以給受訓人員直觀的感受，增強了受訓學員的感性認識。另外對于維修培訓任務來說，實體電路的加入，使得受訓人員在實際檢修任務中更加快速、準確的找到需要檢查修理的電氣元件。同時，實體電路回路，可以根據系統(tǒng)使用者的意愿改變定義，充當起重機多個功能機構中的任意機構的電氣回路，相當于保留了全實物模擬起重機電氣系統(tǒng)的全部優(yōu)點，便于推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中起重機電控模擬系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中實體電路元件相互關系；

圖3為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)中硬件組成圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例：

由圖3可知，本發(fā)明提出的一種虛實結合的起重機電控模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行流程如下：首先系統(tǒng)初始化時在教師端服務器設置好虛擬電路或者實體電路屬于哪種類型，然后單片機采集聯(lián)動臺信號發(fā)送至PC機，由PC機內部程序進行解析，配合視景系統(tǒng)呈現起重機的運動狀態(tài)。單片機采集的司機操作信號進一步送往電控系統(tǒng)的各個回路中，如果該回路為虛擬電路，則由電氣控制柜服務器計算各元件的邏輯狀態(tài)，反映到電氣系統(tǒng)顯示屏上；如果是實體電路，則該信號進一步傳遞至PLC，并由PLC傳遞信號給變頻器，變頻器再傳遞至電動機，達到讓電機實際運轉的目的。

我們不妨以MQ2435型門座式起重機仿真訓練器作為例子進行說明。

由圖1知，本發(fā)明所提的一種虛實結合的起重機電氣控制模擬系統(tǒng)主要包含實體電路、虛擬電路以及交互系統(tǒng)三大部分組成。其中實體電路由真實的電動機、變頻器、PLC系統(tǒng)及相關的繼電器組成，所述的虛擬電路部分，主要是指通過PC軟件模擬的電路和模擬的儀表顯示屏以及相關的電器柜服務器組成，所述的交互系統(tǒng)包括教師端控制系統(tǒng)、電氣故障設置系統(tǒng)、虛擬視景系統(tǒng)和實體聯(lián)動臺，這三大系統(tǒng)中實體電路通過PLC、虛擬電路通過電器柜服務器、交互系統(tǒng)通過教師服務器與單片機相互通信，協(xié)調配合，構成了起重機電氣控制模擬系統(tǒng)。

在該仿真模擬器中，我們可以將回轉機構這一路設置為實體電路，而剩下的起升機構、變幅機構、運行機構都采用了虛擬電路的設置方法。在本例中，回轉機構實體電路選型如下：我們采用的單個小型電機，且有一臺為抱閘電機制動用，則我們根據選型手冊可以選擇對應電機功率的變頻器。同時，為了控制電機運轉情況，選用了PLC對其進行控制。圖2簡要敘述了實體電路幾大元件之間的相互關系。

對于其余三大機構的虛擬電路的電氣邏輯則參考相應的實際門機電氣控制圖紙進行設計，由電氣柜服務器實現。而虛擬電路中的虛擬儀表盤則應當能夠顯示電機工作電流、電壓，相關機構的運行速度等信息。

起重機電控模擬系統(tǒng)的交互系統(tǒng)涉及到教師端控制系統(tǒng)、電氣故障設置系統(tǒng)和實體聯(lián)動臺，是整個設計系統(tǒng)中的重要部分。教師端控制系統(tǒng)能夠實現的功能應當包括：機型選擇、參數設定、電氣系統(tǒng)設定、電氣系統(tǒng)監(jiān)測、電氣故障設定等。

實體聯(lián)動臺主要負責實體電路的信息指示以及信號輸入，聯(lián)動臺主要輸入部件有主令手柄、按鈕、開關等，主要信號顯示部件為指示燈。聯(lián)動臺發(fā)出的指令通過單片機采集信號至PC機，同時傳遞至PLC，并且從PLC得到反饋信號輸出到面板上，從而使得PLC對駕駛臺能夠完全控制。

而電氣故障設置系統(tǒng)則應包含常見的電氣故障，以供電氣檢修人員學習、排查。

除上述實施例外，本發(fā)明還包括有其他實施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術方案，均應落入本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。