基于Unity3D的PLC实验教学系统仿真关键技术研究

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可编程逻辑控制器(PLC)是一门理论与实践相结合的课程,实验教学在整个教学环节中具有举足轻重的作用,但目前PLC实验教学模式单一,组态界面单调,设备损耗较大。  针对PLC实验教学的不足,本文提出将虚拟现实技术和交互仿真技术应用到PLC实验教学系统仿真的研发。主要研究成果如下:  (1)PLC控制仿真实验系统设计方案的提出。以提高PLC实验教学质量为目的,阐述现有PLC实验教学模式的特点,总结国内外虚拟仿真技术在PLC教学中的研究现状,提出PLC实验教学系统仿真的总体设计方案。  (2)PLC实验的三维设备库的建立。采用三维建模技术制作PLC各实验模块涉及到的设备,如电梯、阀门、传感器等三维模型,并搭建了虚拟场景;分析了纹理映射技术中平面映射、柱面映射、球面映射不同的映射方法,为虚拟场景中的对象使用不同的映射方式,使最终生成的虚拟场景更加真实性并富于沉浸感,满足系统设计要求。  (3)PLC功能模块建立。首先利用数据库技术开发了视频模块和考试模块,便于学生实验前预习和实验后考核;然后开发了电梯、喷泉、交通灯、配料、恒压供水五个典型实验交互模块,通过研究三维设备在三维上位机中的模型层次结构、场景模型解析、运动相机的控制与实时渲染等技术,在Unity3D三维引擎中用C#语言进行脚本的编写,解决了设备三维模型的运动驱动,实现交互仿真。  (4)通信模块设计。首先对实物PLC控制面板进行描述,探索3D上位机界面与外部PLC控制面板相结合的模式,通过分析软硬件的通讯协议,研究数据处理方法,从而解决软硬件交互通信问题;该模块的功能是对PLC开关量/模拟量信号进行调理,最终实现外部控制面板对虚拟实验的控制。  PLC实验教学系统仿真为学生提供了直观、经济、高效的学习环境,作为演示性实验能够真实的表现被控对象的控制效果。同时实验交互模块又可方便增加实验内容,提高学生认知,增加PLC教学选择性。因此可以在开设PLC课程的各高校中推广。
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