一种虚拟工业控制实验系统技术方案

本发明专利技术公开一种虚拟工业控制实验系统，针对工业控制实验系统的资源不足，实验设备昂贵，维护方法繁琐，工业控制实验教学受时间和地点制约的问题，实现了一种新的虚拟实验系统的构建方法，可应用于广泛的实验系统设计开发，选型功能设计以实验内容为主体，结合实际工业控制背景，实现了增强使用者对实验设备的认知，点检功能的设计，使使用者可以身历其境的去认识问题，解决问题，增强实验教学的学习效果，提高了使用者的理论与实践相结合的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟仿真和工业控制实验教学领域，尤其涉及一种虚拟工业控制实验系统。
技术介绍
传统教学中，实验教学是为了培养学生的实践应用能力，可如今实验教学的现状大多为教师花费大量的精力和时间于维护实验设备及实验环境搭建上，而实验教学环境与实际工业控制现场更是千差万别。这就导致了实验教学由于设备或其他条件的制约往往做不到控制理论与实际工业控制相结合的结果，使一些专注于实践的学生渐渐对实验课失去了兴趣。实验教学内容方面验证性实验占有相当大的一部分比例，同时对于实际的工业控制实验方面教材的研究及编写关注度明显不够，这就造成了一种学生学会了书本上的内容却不会应用的现象。实验教学现状中关于实验设备的选型和实验过程中的故障问题绝大部分都是由教师去解决完成的，这种方式效率低下，不能有效地让学生将理论与实践相结合，同时不利于培养学生独立诊断故障和解决故障的能力。相比于国外，我国关于虚拟实验的研究存在缺乏系统性研究的问题。虽然关于虚拟实验室设计开发的比较多，但是对虚拟实际工业控制进行实验教学的研究比较少，缺少关于培养学生发现问题及解决问题方面能力的研究，缺少关于与实际工业控制系统相结合的研究；这样就造成了重复开发和资源浪费。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题提出一种新的虚拟实验系统构建方法，该方法再不需要大量实际的实验元器件，利用基于LabVIEW构建虚拟实验构建的方法，形象生动的反映出整个工业流程的控制过程，运用虚拟实验系统控件库中的实验控件，模拟出虚拟控制系统。根据虚拟控制系统完成实验选型教学内容。依据对已搭建完成的虚拟控制系统设置故障，完成实验教学的故障诊断教学内容，实现虚拟实验系统的选型功能和点检功能。这样不仅丰富了实验教学内容，提高了教学质量，还解决了实际工业控制与实验教学相结合的问题，使得使用者对实验内容的理解更加深刻，同时更便捷的体验一个具有实际工业控制意义的虚拟实验系统。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术的原理如下：本系统为一个可实现使用者自主学习系统，如图1本专利技术的原理图所示，以使用者的应用技术能力为控制量，以设计方案为接受控制信息和修改控制量的执行器，以工程规则库为比较器，以虚拟生产界面的显示信息为系统反馈，形成控制系统。设计者设计的内容包括实验设备标准库、实验故障库、实验内容(虚拟实验系统控件库和虚拟控制系统)、虚拟生产界面和虚拟后台界面。使用者运用自己的应用技术能力设计出基于实验内容的实验设计方案得出实验结论，系统会将实验结论同设计者设计的工程规则库进行比较，虚拟生产界面将其显示信息反馈给使用者，使用者通过系统反馈修改自己的设计方案。从而达到提高使用者的应用技术能力的目的，实现使用者的自主学习。一种虚拟工业控制实验系统，包括虚拟实验系统控件库、虚拟生产线界面、虚拟控制系统和虚拟后台界面；所述的虚拟实验系统控件库是利用虚拟构建模型方法建立，为虚拟控制系统提供虚拟硬件库，方便虚拟硬件环境平台搭建；所述的虚拟生产线界面是利用基于LabVIEW图形化表示方法，结合实际生产线工艺流程，构建对应实验教学内容的虚拟生产线界面，将整个工业控制流程通过简单的图形语言表现出来，为整个虚拟工业控制实验系统提供界面选项及显示的功能；所述的虚拟控制系统是应用虚拟实验系统控件库中的虚拟控件进行自定义搭建，使用者通过确定具体虚拟控件型号完成选型，为整个虚拟工业控制实验系统提供电器设备选型功能；所述的虚拟后台界面在整个虚拟工业控制实验系统中起设置故障作用，设置的内容是实际工业控制现场所出现的问题及实验教学总结出的故障；根据虚拟生产线界面所出现的现象，应用虚拟实验系统控件库中的虚拟检测控件，在虚拟控制系统中将故障检测出来，并排除虚拟后台界面所设置的故障，为整个虚拟工业控制实验系统提供故障检测和点检功能。其中虚拟构建模型方法根据实际器件的图像再结合实际器件的功能特性和基本参数实现仿实物模型的建立，建立仿实物模型的目的在于使虚拟控件和实际器件之间从型号样式到参数功能形成一一对应的关系。建模的主要原理是通过简单的可视化图形来描述出实际器件，通过对虚拟控件的数值运算、逻辑运算和关系运算的描述，表现出实际器件的工作原理。其中虚拟实验系统控件库就是由虚拟控件(实际器件的仿实物模型)组成的。控件库中包括了不同种类和不同型号的虚拟控件。其中虚拟控制系统构建目的在于为整个系统提供选型的载体。选型的设计原理是在工艺流程背景下，以“主回路为主，控制回路为辅”的设计要求为依据，设计出相应的虚拟控件选项。由于使用者对整体理解的不同，自定义搭建的虚拟控制系统可能会存在具体虚拟控件的类型、参数、功能等方面选择错误的问题，针对这类问题使用者可以参考虚拟控件之间的逻辑关系，或者直接查询设备标准选型表，解决设计方案存在的问题。其中虚拟后台界面的主要设计原理如下：1)针对实验中出现的故障问题在虚拟后台界面进行设置；2)针对已出现故障的整个虚拟工业控制实验系统，在虚拟生产界面中设计具体故障现象；提供可能会出现故障的位置,以便使用者追溯；在虚拟控件库中设计虚拟测量仪器，以便使用者对故障点进行查询；提供故障点排除的标准方法。所述的为整个虚拟工业控制实验系统提供电器设备选型功能如下：1)根据实际生产线工艺流程定义虚拟生产线界面的设计要求；2)根据已定义的虚拟生产线界面的设计要求确定实验内容，参照低压电气选型规则建立实验设备标准表库；3)利用基于LabVIEW图形化表示方法，建立对应实验内容的虚拟生产线界面；4)应用虚拟实验系统控件库中的虚拟电气设备、虚拟电子元件、虚拟控制器、虚拟显示仪器仪构建包括虚拟配电柜、虚拟控制柜、虚拟仪表柜的虚拟控制系统；5)按照已搭建完成的虚拟控制系统中的设备、元器件的型号及参数信息来设计选型设备表；6)在构建完成的实验设备标准表库中检索出对应实验的设备标准表；7)将选型设备表与实验设备标准表进行对比并将显示结果反馈给使用者，使用者依据标准设备表对已选取完成的选型设备表进行修改，最终实现选型功能。所述的为整个虚拟工业控制实验系统提供故障检测和点检功能如下：1)根据工业控制现场所出现的问题及实验教学的总结，建立不同类型故障的实验故障库；2)利用基于LabVIEW的虚拟界面构建方法，创建后台设置界面；3)根据虚拟工业控制实验系统中的虚拟控制系统，在已搭建完成的后台设置界面中设置故障库中的故障点，通过虚拟生产线界面上显示出来，实现虚拟工业控制实验系统中的故障点设置；4)基于虚拟实验系统控件库中的虚拟测量仪器，实现虚拟工业控制实验系统的故障检测功能；5)用虚拟实验系统控件库中的虚拟电气设备、虚拟电子元件、虚拟控制器对已检测出的故障对应的实验控件进行替换，完成故障排除，实现虚拟工业控制实验系统的点检功能。所述的虚拟工业控制实验系统的虚拟控件以及所构建的虚拟实验系统控件库符合国家虚拟实验教学相关标准，是一种开放的，通用的，可扩展的虚拟工业控制实验系统设计方法。本专利技术与现有的实验系统设计方法相比，1、针对工业控制实验系统的资源不足，实验设备昂贵，维护方法繁琐，工业控制实验教学受时间和地点制约的问题，实现了一种新的虚拟实验系统的构建方法，可应用于广泛的实验系统设计开发。2、本专利技术中独有的选型功能设计以实验内容为主体，结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟工业控制实验系统，其特征在于：包括虚拟实验系统控件库、虚拟生产线界面、虚拟控制系统和虚拟后台界面；所述的虚拟实验系统控件库是利用虚拟构建模型方法建立，为虚拟控制系统提供虚拟硬件库，方便虚拟硬件环境平台搭建；是由虚拟控件组成的，控件库中包括了不同种类和不同型号的虚拟控件；所述的虚拟生产线界面是利用基于LabVIEW图形化表示方法，结合实际生产线工艺流程，构建对应实验教学内容的虚拟生产线界面，将整个工业控制流程通过简单的图形语言表现出来，为整个虚拟工业控制实验系统提供界面选项及显示的功能；所述的虚拟控制系统是应用虚拟实验系统控件库中的虚拟控件进行自定义搭建，使用者通过确定具体虚拟控件型号完成选型，为整个虚拟工业控制实验系统提供电器设备选型功能；所述的虚拟后台界面在整个虚拟工业控制实验系统中起设置故障作用，设置的内容是实际工业控制现场所出现的问题及实验教学总结出的故障；根据虚拟生产线界面所出现的现象，应用虚拟实验系统控件库中的虚拟检测控件，在虚拟控制系统中将故障检测出来，并排除虚拟后台界面所设置的故障，为整个虚拟工业控制实验系统提供故障检测和点检功能。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟工业控制实验系统，其特征在于：包括虚拟实验系统控件库、虚拟生产线界面、虚拟控制系统和虚拟后台界面；所述的虚拟实验系统控件库是利用虚拟构建模型方法建立，为虚拟控制系统提供虚拟硬件库，方便虚拟硬件环境平台搭建；是由虚拟控件组成的，控件库中包括了不同种类和不同型号的虚拟控件；所述的虚拟生产线界面是利用基于LabVIEW图形化表示方法，结合实际生产线工艺流程，构建对应实验教学内容的虚拟生产线界面，将整个工业控制流程通过简单的图形语言表现出来，为整个虚拟工业控制实验系统提供界面选项及显示的功能；所述的虚拟控制系统是应用虚拟实验系统控件库中的虚拟控件进行自定义搭建，使用者通过确定具体虚拟控件型号完成选型，为整个虚拟工业控制实验系统提供电器设备选型功能；所述的虚拟后台界面在整个虚拟工业控制实验系统中起设置故障作用，设置的内容是实际工业控制现场所出现的问题及实验教学总结出的故障；根据虚拟生产线界面所出现的现象，应用虚拟实验系统控件库中的虚拟检测控件，在虚拟控制系统中将故障检测出来，并排除虚拟后台界面所设置的故障，为整个虚拟工业控制实验系统提供故障检测和点检功能。2.根据权利要求1所述的一种虚拟工业控制实验系统，其特征在于：所述的为整个虚拟工业控制实验系统提供电器设备选型功能是这样实现的：1)根据实际生产线工艺流程定义虚拟生产线界面的设计要求；2)根据已定义的虚拟生产线界面的设计要求确定实验内容...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少川，李健卓，阎相伊，徐思鸿，黄晓桐，刘宝伟，李志刚，卢艳青，刘昕，卢艳红，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21