1、简介

　　利用虚拟及仿真技术是提高高校实验室利用效率和减少实验维护费用的一条切实可行的途径。引入当今发展较为成熟的仿真和虚拟技术；针对部分高校工业自动化实验室的现状，结合当前虚拟仪器及仿真技术的发展对高校建立工业自动化实验室进行了探讨。将虚拟仪器技术用于实验可增强学生的积极性、趣味性、实验的灵活性， 同时大大降低成本， 如今虚拟仿真技术用于工业控制实验已经成为一大趋势。

　　本方案针对工业自动化领域，提供虚拟仿真的仪器仪表与设备、工业自动化对象、控制器（特别是PLC） 仿真，以及工厂仿真。集半物理仿真技术、可视化仿真技术、虚拟仪器技术、数字化建模、信息获取技术、通讯技术、控制技术、计算机技术，构建完整的工业自动化试验与验证系统，将实验室建设成为学习自动化技术、验证理论的公共技术平台。

　　本方案针对本科，增加包括工业仪器仪表，PLC仿真，以及工厂仿真；包括Labview虚拟仪器，Mathlab数学建模，以及高级复杂控制。虚拟仿真实验室可能包括更多的内容，我们也在不断改进产品，扩大虚拟仿真的应用范围。

　　2、应用技术虚拟仿真实训方案

　　应用技术教育包括部分工程教育与职业教育。我们提供制造自动化与过程自动化两大类产品。除了纯虚拟仿真产品之外，还提供半物理仿真产品。设置还希望学校增加对应的真实设备，以便大量仿真实训后能够到真实设备上短期培训。

　　2.1 虚拟仿真制造自动化

　　制造自动化的传感器与设备，制造自动化的单元虚拟仿真，PLC控制器的仿真，流水线、灌装线仿真，共四个部分。

　　（1）传感器与设备，介绍接近传感器、编码器，测速器，色标传感器，机器视觉传感器等的原理、三维结构与接线；还包括电磁阀、气动、液压机构。设备包括交流电机、步进电机、伺服电机等。对于电气部分，还包括指示灯、空开、旋钮、继电器与接触器等设备的三维动画与接线实训。

　　（2）制造自动化的单元，包括各种单体设备，例如送料机、装配单元、加工单元、分拣单元、机械手等单元的结构，原理，以及控制。内含电动、气动与液压等单元。通过大量的三维交互式动画技术，实现装配、接线训练与考核。

　　（3）PLC控制器的仿真，包括西门子S7-200，S7-300/400的仿真，还包括常见的欧姆龙，三菱PLC的仿真。通过软件技术，可以实现编程、下装、调试，以及对象控制、组态监控等实训。

　　（4）流水线或灌装线仿真是一个工厂仿真，整合各种传感器与设备，多个柔性单元，PLC控制器，形成一个工厂级的仿真。学生可以进行编程、联合调试，多人合作开发与调试。

　　大型的工厂仿真可以实现状态保存与载入，考核与重演，完全可以用于操作工与技术人员的培训与考核。

　　2.2 半物理仿真制造自动化

　　该产品的对象全部采用仿真来实现，但是PLC是真实的，从而更加真实地进行编程、调试。并可以实现高速计数，高速PWM、PTO控制。我们提供能够接受PLC低速或者高速控制的模块，与PC通信，在PC上实现昂贵的对象设备的模拟。同样也包括装配与接线实训与考核。

　　2.3 制造工厂中央控制室

　　提供2*3拼接的大屏幕监控墙，针对大型生产线的视频、重点参数监控。提供工厂信息化网络。现场信息发布屏幕（把加工要求、图纸发送到现场），现场RFID的识别器，写卡器。

　　提供监控组态界面，进行远程操作。

　　提供大量的监控摄像机，可以记录学生的操作，或者监控现场。也可以提供虚拟视频场景。

　　提供MES系统，实现管控一体化。

　　2.4 过程自动化

　　过程自动化的传感器与设备，过程自动化的对象单元虚拟仿真，PLC、DCS控制器的仿真，过程自动化工厂仿真，共四个部分。

　　（1）传感器与设备，介绍温度、压力、液位、，流量、成份与物位传感器的原理、三维结构与接线；还包括电磁阀、调节阀、变频器等执行器。设备包括水泵、换热器、加热器等。对于电气部分，还包括指示灯、空开、旋钮、继电器与接触器等设备的三维动画与接线实训。

　　（2）过程自动化的单元，包括锅炉、水箱容积系统、泵阀单元、换热单元等结构，原理，以及控制。通过大量的三维交互式动画技术，实现装配、接线训练与考核。

　　（3）PLC控制器的仿真，包括西门子S7-200，S7-300/400的仿真，还包括常见的欧姆龙，三菱PLC的仿真。通过软件技术，可以实现编程、下装、调试，以及对象控制、组态监控等实训。并且实训了PLC的PPI，USS，MODBUS等通信。多PLC的组网，以及与变频器，触摸屏的组网。

　　（4）综合过程自动化工厂仿真，整合各种传感器与设备，多个柔性单元，PLC控制器，形成一个工厂级的仿真。学生可以进行编程、联合调试，多人合作开发与调试。例如A4200综合工厂仿真，E3000污水处理厂仿真。大型的工厂仿真可以实现状态保存与载入，考核与重演，完全可以用于操作工与技术人员的培训与考核。

　　2.5 半物理仿真过程自动化

　　过程自动化的半物理仿真包括两种：一种是对象全部采用仿真来实现，但是PLC是真实的，从而更加真实地进行编程、调试。另外一种是对象也有框架、管理、阀门、传感器，与模拟系统完全一样，但是不走水气，所有检测信号都是通过PC仿真模拟，发送到传感器。然后送到真实的PLC上。

　　产品同样也包括装配、接线，以及校准实训与考核。还可以进行开机、关机、故障操作与考核。

　　2.6 过程工厂中央控制室

　　提供2*3拼接的大屏幕监控墙，针对过程工厂的视频、重点参数监控。

　　提供监控组态界面，进行远程操作。

　　提供工厂信息化网络。

　　提供大量的监控摄像机，可以监控现场。也可以提供虚拟视频场景。

　　提供MIS/MES系统，实现管控一体化。

　　3 建议虚拟仿真产品配置

　　满足60个计算机实验室，实现大规模的仿真。