基于虛擬現實技術的電氣控制仿真系統研究

劉勇

（山東服裝職業學院，山東 泰安 271000）

基于虛擬現實技術的電氣控制仿真系統研究

劉勇

（山東服裝職業學院，山東 泰安 271000）

隨著計算機技術的不斷發展，人們能夠利用計算機進行各類軟件的開發，以便于人們開展相關工作或是進行研究，其對人類社會發展產生了積極的作用。當前，人們通過利用計算機等技術開發出了很多軟件，給人們的生活和工作帶來了非常多的便利。人們在工作當中常常會碰見很多問題，為了能夠防止這些問題的發生，可利用計算機對其實際運行狀態進行模擬，發現系統在運行過程中存在的問題，并采取有效措施對其進行改進。本文就基于虛擬現實技術的電氣控制仿真系統進行研究，希望能夠使人們對虛擬現實技術和電氣控制仿真系統有更加深入的了解。

虛擬現實技術；電氣控制仿真系統；PLC

虛擬現實相關理論的形成主要是在上個世紀80年代，雖然起步相對較晚，但是發展速度卻是非常快，在本世紀初就已經正式投入使用。電氣控制系統屬于自動控制系統，通過該系統能夠使電氣設備實現自動化或是半自動化運作，其對于生產工作具有非常重要的作用。當在電氣控制仿真系統中應用虛擬現實技術，能夠使其在仿真上更加逼真，從而獲得較為理想的仿真效果。下面針對于虛擬顯示技術和電氣控制仿真系統的相關內容進行闡述。

1 虛擬現實技術的簡介

虛擬現實技術主要是通過仿真系統所構建的虛擬世界，也是利用多源信息進行融合，形成一個交互式的三維動態情景，能夠使用戶沉浸到此環境當中。該項技術是仿真技術中的重要部分，是仿真技術和其他網絡技術的集合，本身具有非常大的挑戰性，也是一個各個學科出現交叉且非常前沿的領域，對其進行研究具有重要意義。從虛擬現實技術本身情況來看，其具有自主性、交互性、存在感以及多感知性，其中自主性是此項技術十分重要的特點，也是其實現模擬現實的重要特征，其通過現實中自然和物體的具體規律來進行模擬，在虛擬環境下達到物體現實運動的效果。雖然虛擬現實技術是在本世紀初出現和形成的，但是從發展情況來看在很多領域中都能夠發揮出作用，需要對此項技術不斷進行研究和完善，以便于將其應用在各個領域中，進而促進其他領域的發展。

2 電氣控制仿真系統的基本原理

電氣控制仿真系統主要是由PLC、計算機、組態軟件、輸入信號板以及通訊電纜等部分構成。從擴展性和控制點數兩個方面來考慮，本文所選擇PLC的類型為FX2N-62MR，利用RS485編程口實現與計算機的連接。在實驗操作板上，其將由指示燈、傳感器、開關以及按鈕等多個部分構建出來的，當人們向PLC中提供所需要的信號時，通過指示燈來反映出設備當前的運行狀態，實驗操作板則是用于人員不斷提高自身的實踐能力，電氣控制仿真系統能夠脫離于實驗操作板而獨自運行。

此系統具體工程流程主要是人們通過仿真界面上相關的按鈕來設置運行狀態，促使計算機能夠將組態軟件中相關信號傳輸給PLC，PLC對所接收到信號進行分析，同時對程序進行控制，然后再將所產生的信號信息傳輸給計算機。組態軟件在運行時主要是以動畫組態為基礎對動畫模板動作進行控制，以此來達到模擬控制的目標。根據該工作原理，利用該系統已經開發出了很多產品，例如交通指揮燈、運料小車等，而且在具體教學活動中也得到了進一步的驗證。

3 基于虛擬現實技術電氣控制仿真系統的開發

3.1 虛擬電鍍車的設計

在虛擬電鍍車的設計，主要是電氣控制仿真系統進行相應的組態設計，其在設計過程中主要包括以下幾方面的內容．

第一，虛擬畫面設計。在該設計當中，人們需要先對電鍍車本身的控制系統結構進行分析，然后在組態軟件中需要完成在系統畫面上的設計以及同動畫間的連接。在畫面設計上不僅可以利用組態軟本身所含有圖形對象，還可以利用相關工具來自行創建，或是利用圖片裝載的方式將所需要的圖形加載到組態軟件當中。

第二，變量分配與定義。在完成變量分配與定義相關工作時，需要以電氣控制系統為依據來進行。變量定義主要是對變量的初始值、類型以及名稱等內容進行定義，而變量分配則是需要使組態軟件數據庫中的各項變量和PLC中的地址保持對應，同時完成該系統所需要的中間變量。

第三，動畫組態。其最為主要的作用是將畫面上所擁有的圖形和系統中所存在的變量進行連接，同時將動畫屬性設置好，使得圖形當中所擁有的每一種屬性能夠擁有相對應的“表達式”設定欄，在此設定欄當中需要先設定出和圖形狀態有著緊密聯系的數據變量，同時將其與實時數據進行連接，然后以此來夠構建出一定聯系。在現場中如果測控對象狀態出現了變化，那么則需要利用設備驅動程序將所有出現變化的數據搜集到數據庫中。通常發生變化的數據都是和動畫本身的屬性有著緊密的聯系，當數值發生變化時能夠使圖形本身的狀態出現變化。當電鍍車在實際運行中所產生的數據是連續采集出來的，其能夠產生十分真實的動畫效果，用戶可以通過編寫出相關的程序來對動畫的界面進行控制，從而達到較為理想的效果。

第四，設備組態。一般情況下，針對于設備組態的操作是在設備窗口中實現的，這便需要增加的一個通用串口設備，并對設備本身的屬性進行設置，之后在該設備之下再添加串口子設備，并對子設備本身所具有的PLC屬性進行設置，然后再進行相關的連接操作，將通道和組態軟件數據庫中的相關設備連接在一起，對PLC本身所擁有的寄存器進行寫、讀等操作，其能夠有效實現外部信號的輸入，并對PLC信號的輸出進行控制。

第五，運行策略組態。在組態軟件中運行策略組態，其能夠將系統依照既定的條件和順序來實現對數據庫的實時操作，然后再對用戶窗口的開、關以及各類設備本身的工作狀態進行控制，以此來達到對整個系統的管理、調度和控制，促使所形成的畫面效果更加逼真。在此組態中，其主要包含了編寫腳本程序、設置屬性以及調用各功能構件，其中編寫腳本程序能夠改善常規組態本身的問題和缺陷，實現常規組態不能完成的相關任務，對于提高整個系統的靈活性具有積極作用。

3.2 PLC控制程序的設計

PLC控制程序主要是用于滿足電鍍車在控制方面的要求，也是影響電鍍車正常運行工作的重要內容，為了能夠確保PLC程序中所含有的編程軟件中所存在的數據能夠對組態軟件進行控制，所以PLC中的I/O口在分配上需要嚴格按照相關標準和要求來實現，并以此為基礎來實現對PLC程序的設計。根據電鍍車本身所具有的特點，其在進行程序設計時要采用SFC法，其有助于PLC編程工程的展開。

3.3 PLC通信程序和組態軟件的設計

為了能夠保障系統之間通信程序能夠保持正常的工作，需要確保組態軟件中通用串口設備在通信參數的選擇上和PLC設備的通信參數一致，其主要包含了數據校驗方式、傳輸波特率以及端口號等，需要設置好每一項的屬性。如果能夠將通用串口設備中參數設置滿足相應要求時，要想實現PLC和上位機兩者間的通信工作，應當對通信參數進行設置，以使其相互之間能夠擁有較高的匹配度，這便需要在PLC控制程序增加相應的控制程序，實現對其內部特殊類型寄存器的設置。如果將程序導入PLC中，然后啟動該系統，使其在運行環境中能夠通過上面的按鈕有效實現對系統的控制和操作，系統通過對組態軟件等對其具體的工作狀態進行模擬，以獲得和實際控制系統相同操作效果的模擬，這對于觀察電鍍車在工作狀態中的具體情況和發現所存在的問題具有積極的作用和意義。

4 結語

總之，通過利用該系統，人們能夠對很多電氣控制設備的工作狀態和運行情況進行模擬，從模擬的實際情況來看得到了認可，并且由于此系統本身具有較高的穩定性和較強的真實性，不僅有效解決了實物被控本身所存在的缺點，而且還能夠降低問題研究成本，對于相關問題的研究能夠起到積極的作用。此外，由于仿真模型在開發周期上相對較短，開發以后也不需要進行維護，能夠有效彌補由于相關設備的缺失而產生的不良影響。

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