盐业包装生产线中虚拟PLC控制系统的设计与实现

摘要

随着计算机技术迅速发展，虚拟现实所涉及的领域越来越宽，并在教育领域得到了广泛的应用，受到了用户的青睐，虚拟培训的需求也越发旺盛。由于相关条件的约束，没法让学生去工业生产线现场来学习和掌握生产线中各模块结构、功能及其控制方法，于是催生了对工业生产线的虚拟化。国内对工业生产线的虚拟化起步较晚，目前的系统往往只关注于生产线上的设备如何逼真的展现出来，而很少关注生产线上的设备的行为和操作逻辑，这样的虚拟系统无法让学生了解工业生产线的工作过程，更没法培训学生在现实工作中如何操作设备。针对目前虚拟工业生产线系统存在的缺陷，以虚拟盐业包装生产线为例，本文通过虚拟PLC技术来模拟可编程逻辑控制器，实现了操控虚拟生产线中设备的行为和行为逻辑的通用虚拟平台。
　　本文首先利用面向对象的思想，按功能对虚拟生产线PLC控制系统进行分解，把该系统分成了五大模块:场景显示模块、PLC控制模块、PLC编程模块、任务列表加载模块和任务场景编辑模块。以盐业包装生产线的结构组成及其控制方法为虚拟对象，并结合虚拟PLC的相关标准，提取出了该系统中虚拟PLC的梯形图元集合指令集。同时，讨论了生产线模型的建模策略和模型控制的层次结构。
　　其次，在研究了系统的模块组成后，利用BCGControlBar框架按功能对各个模块进行封装，搭建起了系统的程序框架。在实现虚拟PLC编辑功能的过程中，设计了梯形图和指令表所对应的数据结构，探讨了梯形图数据向指令表数据的转换思路及具体步骤，同时研究出PLC逻辑的具体解析过程。在为实现场景显示模块功能做准备工作的过程中，探讨了建模的具体方法，并提出了定义模型行为属性的关键步骤，同时通过对虚拟场景与模型之间的层次关系的研究，设计出了虚拟PLC逻辑驱动场景中三维模型的方法。
　　最后，实现了一个通用的虚拟场景平台，能够向场景中添加不同的模型来构造不同功能的虚拟场景。在实验中，通过向场景中添加附有行为的包装箱装箱模型组，组成了包装箱装箱控制任务场景，根据所给的任务说明，按控制逻辑设计梯形图，选择PLC输出接口控制的三维模型，然后运行PLC。实验表明，盐业包装生产线中的PLC控制系统能够按照所设计的PLC逻辑直观而准确地展示设备的控制过程。