PLC仿真编程综合应用实训室建设方案

一、方案概述

作为工业控制的核心技术，PLC被广泛应用于纺织、塑料、印刷、食品、包装、起重、机床和化工等诸多领域。随着企业人工成本逐年增长，采用自动化设备和机器人替代人工的趋势越发明显，使得PLC编程应用等相关技术人才十分短缺。

但PLC人才培训存在许多痛点问题，市场上现有PLC培训产品多以硬件设备为主，占地大，实训案例少，适配性不强，且基本以二维场景为主，教学效果不理想，学生实操能力难以提升。

如何基于产教融合理念来实现学生培养的“知识+技能”综合素养，激发学生学习积极性和主动性？

如何解决理、虚、实一体化教学模式中数字化资源统一管理和使用问题，使数字化资源“用起来、管起来”？

如何解决院校高水平资源建设中因定制和采购模式带来的“最后一公里”和“一次性工程”问题，实现自我造血和由“买”到“创”的升级？

解决这些疑问，亟需一款融合当前先进技术，软硬件配套且学习体系完善的综合性PLC编程应用综合实训系统！

PLC综合应用实训系统由湖南中广汇智信息技术有限公司自主研发，专为PLC人才培养设计打造，包含硬件和软件两大版块，集 PLC盒子、实物实验台、教学微课、编程实训项目、自主实训模块、学习管理平台等于一体，采用三维可视化、PLC通信技术、数字孪生等先进技术，通过“理、虚、实一体化教学”模式，完成教学资源升级，可直观地进行PLC的基本指令训练与多个应用广泛的PLC实际应用模拟实验，大大提升实验教学过程的真实性和交互性，弥补实物实训存在的“不够、不全、不广”等问题，切实提升教学效果。在工业自动化、机电一体化、电气工程、机械工程、电工电子等课程中具有较高的教学价值。

PLC仿真编程综合应用实训系统创新实现了PLC编程“自主实训”功能，可自定义项目脚本及开发过程，帮助学校打造PLC应用“双创空间”。同时，系统自主实训功能也能适应国内各大竞赛需求，中广汇智团队多次协助院校申报、承办省赛国赛，具备丰富经验，能以高性价比的方式帮助学校完成各类竞赛培训。

二、规划布局

三、系统功能

该软件支持用户拖拽的方式快速创立自己的3D工业场景，并可通过内部虚拟PLC，或外部真实PLC实时控制3D工业场景。它充当一个实时自动化沙盒，在实际产品制造之前实现产品的仿真、分析与优化过程。系统包含了工业3D场景搭建、PLC编程、PLC控制系统调试等功能。在工业自动化、机电一体化、电气工程、机械工程、电工电子等课程中具有较高的教学价值。

在自动化产品设计的初级概念阶段就可以对整个系统进行完整的分析，观察并实验各组件的相互运动情况。在虚拟场景里可方便地修改设计缺陷，仿真不同的布局方案，对自动化产品系统进行不断的改进，直至获得最优的设计方案。

提供用户自主建模与自主布局功能，并开放底层接口，支持用户二次开发。是一套工业4.0自动化的综合设计仿真验证平台，并提供了丰富的教学资源。

硬件要求：

为了保证系统流畅地使用，在此列出对于计算机系统的配置要求：

操作系统：Windows 7 SP1 及以上版本

系统类型：64位操作系统

处理器(CPU)：≥2.5Ghz（如果使用VR眼镜，≥3.2Ghz）

内存：≥8GB

硬盘：≥5GB (存储空间)

显卡：GPU ≥800MHz 显存 ≥1GB（如果使用VR眼镜，GPU ≥1.6Ghz，显存 ≥6GB，如GTX1070）

Net框架版本：V4.6.2及以上版本

1、软件特色功能

1.虚拟系统集成

用户可自主开发模型、自动布局、电气信号连接、虚拟调试，验证系统集成整个过程。

2.多品牌PLC虚实结合仿真

支持各种主流品牌的PLC的半实物仿真（虚实结合）、全虚拟仿真。

3.自动考核功能

实时采集PLC场景的动作数据，根据考核要求，系统自动计算考核成绩。

4.丰富教学资源

以PLC实验大纲为基础，基于软件开发的教学资源，独立发布，网络下载。适合中职、高职、本科的系列PLC教学资源，并不断丰富。

5.模块可扩展（需另配）

软件基于模块化设计，可扩展到机器人仿真与智能制造仿真。

2、软件主要功能

（1）基础仿真功能

1）自动布局

在3D场景下，用户以拖拽方式快换搭建工程。可以对模型进行移动、旋转、编辑、装配等操作，象搭积木一样完成工作场景部署。布局完成后的场景可被各种外设驱动。

2）物理效果

系统内建物理引擎，创建的虚拟模型具有物理效果，能模拟仿真现实生活中的物理现象，如：重力、弹性碰撞等。在发生碰撞、摩擦、受力的运动模拟中，不同的动力学属性能得到不同的运动效果。

3）人机交互

虚拟设备运动由编程驱动，虚拟传感器能反馈场景真实的状态，赋予了虚拟设备与实际设备相同的特性。并可通过虚拟设备上控制面板、HMI上的面板，外部的硬件面板对场景完成操作。对如真实的场景操作。

4）VR体验

软件支持VR眼镜，实现沉浸式虚拟现实3D体验。包含逼真工业现场3D音效仿真，使体验者身临其境。通过手柄可与场景进行互动操作。

5）外设总线驱动

支持通过总线与外部系统进行数据交换。如接入总线型外接硬件控制器，组成虚实结合仿真系统。或通过总线进行二次开发应用。支持有Modbus-RTU总线设备（如各种串口传感器、执行器），Modbus-TCP总线设备（如各种网口传感器、执行器），OPC总线设备（如OPC服务器、WinCC软件）。

6）电气连接与系统集成

软件支持在虚拟场景中，完成对各种虚拟设备的集成，以及虚拟调试。虚拟集成主要通过端口映射操作：把模型中可控制的部分与一个特定的端口号关联起来，通过操作此端口号就可操作虚拟设备。如各种机器人工具、流水线、传感器等。端口包括：电平类端口，模拟量端口，脉冲类端口。通过端口的信号操作，完成机器人的系统集成，构建复杂的机器人应用系统。

7）虚实结合技术

控制虚拟设备运行，可以是软件控制器，也可以外部的硬件控制器。因此，可以建立纯软件的虚拟仿真，或半实物的虚实结合仿真，丰富应用范围。

8）海量模型

系统包含一个完整且具有典型工业设备的部件库，并对库里组件提供对应的运动仿真与效果渲染，可根据工程需求选择相对应的组件进行设计。如各种传送带、气动缸、液压缸、伺服电机、丝杆、型材、按钮、开关、传感器、数控机床，加工中心、立体仓库、AGV等工业元素。

9）模型开发

系统开放通用接口进行CAD数据导入，为组件库中没有的非标机建立模型组件，并赋予其参数和运动。系统具有强大的模型读取功能，能读取igs、step、stp、OBJ、STL格式的3D建模。

10）开发环境生态

模型网是一个模型分享与交流网站。用户之间可以分享设计的模型，技术讨论，也能进行模型交易，提高创作的积极性，构建开放的生态环境。

11）自动考评

该软件具有操作数据采集与分析功能。基于软件的自动考评系统，先由教师出题，自动生成判分规则。学员在考核过程中，系统将实时记录学员的操作过程、执行结果、异常事件，并根据考试评分规则计算考核评分。减轻教师批改工作量，提升教学质量。可用于课后测试、实验预习、课程考核，以及职业技术水平考试。

12）脚本二次开发

支持Python脚本语言编程控制虚拟设备，可用于快速功能验证。

（2）多品牌PLC虚实结合仿真

该软件集成各种执行器与传感器，如：传送带、气动器件、电机、按钮开关、传感器、数控机床，立体仓库、机器人夹具、定制执行机构等。这些设备可以被PLC驱动。

软件支持内置虚拟三菱PLC、虚拟西门子PLC、总线接入硬件西门子PLC、总线接入硬件三菱PLC。

PLC仿真功能

3、教学实训资源

教学资源是基于软件开发，独立发布，网络下载。以PLC的实验大纲为基础，开发了适合中职、高职、本科的系列PLC智能制造教学资源，并不断扩展与丰富。

（1）PLC基础实验仿真资源包

PLC基础实验仿真资源包是根据《可编程控制器编程应用》教程实验编写，所有的实验可以纯虚拟仿真，也支持虚拟结合PLC仿真（半实物仿真）。每份资源包括：培训教材，视频，及工程案例。

实验项目：

（2）PLC工业创新仿真资源包

PLC工业创新仿真资源是根据常用的工业自动化设备，模型按1:1开发。让学生在学校就能掌握典型的工业应用，为将来就业打好基础。所有仿真支持PLC虚拟仿真，也支持半实物仿真。每份资源包括：培训教材，视频，及工程案例。