一种面向工业自动化的可编程三维仿真设计系统及方法

文献发布时间：2023-06-19 11:19:16

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，具体涉及一种面向工业自动化的可编程三维仿真设计系统及方法。

背景技术

目前工业自动化的工程调试基本还是依赖于控制实际工业过程系统进行直接调试，而不是采用先仿真分析、再实际投入的流程，当系统复杂时，一旦一套控制参数效果不满意，则整个调试过程需要重新进行，一套达到控制要求的控制参数，往往需要对实际工业过程系统对象进行长时间的操作、控制、调试才能得到，在这样反复调试过程中将浪费大量的资金、能源和时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向工业自动化的可编程三维仿真设计系统及方法，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种面向工业自动化的可编程三维仿真设计系统，包括：

界面布局模块，用户可建立3D场景，并于3D场景中对库内3D模型进行自由拖动布局、自由组合、增加3D模型、删除3D模型；

模型属性及控制模块，用户可通过输入几何参数、运动参数、指令参数，以按设定要求动态生成仿真模型；

脚本编辑模块，用户输入脚本，选中对应3D模型，并将该脚本添加至该3D模型的属性栏中，并可实现对该3D模型的脚本编辑，以进行3D模型的运动控制；

空间映射模块，建立真实坐标信息与虚拟场景坐标信息的映射关联，确保真实场景与虚拟坐标信息的一致性，进而确保二者运行一致性，实现精确的双向控制；

DDE模块，与外部DDE软件建立连接，以使外部DDE软件控制3D场景中的3D模型。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，界面布局模块包含

3D场景界面，用户可在界面中对3D场景进行编辑，以及构建各类3D场景，3D模型自由拖动布局，设备自由组合，增加、删除库内3D设备模型；

场景管理界面，用户可查看3D场景中3D模型的名字，并通过点击名字，选中3D场景中对应3D模型，以进行3D模型的自由拖动布局以及删除，或将资源库内的模型拖入3D场景中；

属性界面，用户可通过点击3D模型的名字，并于属性栏中显示该模型属性，以获知该模型的位置信息，和/或，设置该模型的位置，和/或，通过参数控制模型旋转，和/或，通过参数控制模型缩放；

资源库界面，用户可于界面中创建、删除、重命名文件夹，以及于文件夹中创建文件、材质、动画剪辑和代码脚本；

编辑界面，用户可于界面中新建场景、保存场景、另存为、导入资源、退出软件、功能编辑。

进一步，功能编辑包含

界面设置，用户可进行场景设置、场景缩放设置；

DDE设置，用户可通过输入对应数据实现与外部软件的连接，以控制三维模型的运动；

PLC设置，用户可通过选择CPU型号、PLC地址、RACK、SLOT以连接PLC；

调试设置，选择设备类型，选择对应的命令，填写对应的参数，执行，即可控制三维模型移动，以测试DDE控制命令是否正常。

进一步，DDE设置中输入的数据包含：选择客户端、服务名称、服务主题、数据项名。

进一步，PLC具有2种控制模式：

PLC控制模式，启动PLC，输入地址信息，点击确定，3D场景中对应三维模型即可同步运动；

控制PLC模式：输入地址和位置信息，3D场景的设备即可同步运动。

进一步，空间映射模块，用户将资源库中的坐标系图标放入3D场景中，再于模型属性及控制模块中选择对应3D模型，向该3D模型的属性内添加脚本，以显示空间坐标参数。

进一步，DDE模块，用于用户通过选择客户端，输入服务名称，服务主题，数据项名，以与外部DDE软件建立连接，使外部DDE软件控制3D场景中的3D模型。

一种面向工业自动化的可编程三维仿真设计方法，包括如下步骤：

建立3D场景；

于3D场景中对库内3D模型进行自由拖动布局、自由组合、增加3D模型、删除3D模型；

选中对应3D模型，输入几何参数、运动参数、指令参数，以按设定要求动态生成仿真模型；；

选中对应3D模型，并向该3D模型的属性栏中添加脚本，以进行3D模型的运动控制；

3D模型放入3D场景的坐标系中，生成空间坐标参数，以建立虚拟场景坐标信息与真实坐标信息的映射关联；

通过选择客户端，输入服务名称，服务主题，数据项名，以与外部DDE软件建立连接，使外部DDE软件控制3D场景中的3D模型。

本发明的有益效果是：

可以先通过在3D场景中构造出所有3D模型，然后于3D场景中进行组装调试，待调试合格后将所有虚拟场景中的参数信息转换为真实场景中的参数信息，最后根据该参数信息进行实际组装，可以节约大量的资金、能源和时间。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种面向工业自动化的可编程三维仿真设计系统，包括：

界面布局模块，用户可建立3D场景，并于3D场景中对库内3D模型进行自由拖动布局、自由组合、增加3D模型、删除3D模型；

模型属性及控制模块，用户可通过输入几何参数、运动参数、指令参数，以按设定要求动态生成仿真模型；

脚本编辑模块，用户输入脚本，选中对应3D模型，并将该脚本添加至该3D模型的属性栏中，并可实现对该3D模型的脚本编辑，以进行3D模型的运动控制，输入脚本可为C#代码；

空间映射模块，建立真实坐标信息与虚拟场景坐标信息的映射关联；

DDE模块，与外部DDE软件建立连接，以使外部DDE软件控制3D场景中的3D模型。

实施例2

本实施例为在实施例1的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

界面布局模块包含：

3D场景界面，用户可在界面中对3D场景进行编辑，快速构建各类3D场景，可实现3D模型自由拖动布局，设备自由组合等功能，且可以随时增加，删除库内3D设备模型；

场景管理界面，用户可查看3D场景中3D模型的名字，并且进行管理，通过点击名字，选中3D场景中对应3D模型，以进行3D模型的自由拖动布局以及删除，或将资源库内的模型拖入3D场景中；

属性界面，用户可通过点击3D模型的名字，并于属性栏中显示该模型属性，通过Transform中的Position(X，Y，Z)，可以得知模型的位置信息，也可以设置模型的位置，和/或，通过Rotation(X，Y，Z),可以得到模型当前的旋转量，也可以通过参数去控制模型旋转，和/或，通过Scale(X，Y，Z)，可以得到模型当前的缩放，也可以通过参数去控制模型的缩放；

资源库界面，用户可于界面中创建、删除、重命名文件夹，以及于文件夹中创建文件、材质、动画剪辑和代码脚本，材质可改变物体颜色和表面贴图纹理，而通过动画剪辑和脚本可以实现对模型的简单控制和编辑；

编辑界面，用户可于界面中新建场景、保存场景、另存为、导入资源、退出软件、功能编辑；

新建场景：创建另外一个全新的3D场景，退出前，建议在新建场景前保存当前场景；

保存场景：保存当前场景到资源库文件夹里面，然后去重新创建一个场景；

另存为：将当前场景存入到另外的文件夹里；

导入资源：选择本地磁盘中的.obj、.FBX格式的模型，拷贝到资源库中的文件夹下面，然后拖动该模型到三维场景中，然后从本地导入一张.png或者.jpg格式的贴图，放入材质中，然后，将该材质赋予给三维模型。

实施例3

本实施例为在实施例2的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

功能编辑包含：

界面设置，分为场景设置和场景缩放设置，用户可以根据自己的使用习惯，自行设置参数；

DDE设置，用户可通过输入对应数据实现与外部软件的连接，以控制三维模型的运动；

PLC设置，用户可通过选择CPU型号、PLC地址、RACK、SLOT以连接PLC；

调试设置，选择设备类型，选择对应的命令，填写对应的参数，执行，即可控制三维模型移动，以测试DDE控制命令是否正常。

DDE设置中输入的数据包含：选择客户端、服务名称、服务主题、数据项名。

PLC具有2种控制模式：

PLC控制模式，启动PLC，输入地址信息，点击确定，3D场景中对应三维模型即可同步运动；

控制PLC模式：输入地址和位置信息，3D场景的设备即可同步运动。

实施例4

本实施例为在实施例1～3任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

脚本编辑模块：

为确保本系统具备足够的扩展性，本系统开发了脚本编辑功能，可根据项目需要，进行各类三维模型的运动控制：

在资源库右下方，点击右键-创建-脚本：

选择创建脚本，会出现一个可以编辑的脚本；

输入提前编译好的C#代码进去，然后在场景管理模块中选择模型，在属性栏找到对应输入窗口，然后将该脚本添加到属性栏中，即可完成对该三维模型的脚本编辑。

实施例5

本实施例为在实施例1～4任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

空间映射模块，用户将资源库中的坐标系图标放入3D场景中，再于模型属性及控制模块中选择对应3D模型，向该3D模型的属性内添加脚本，以显示空间坐标参数。

实施例6

本实施例为在实施例1～5任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：

DDE模块，用于用户通过选择客户端，输入服务名称，服务主题，数据项名，以与外部DDE软件建立连接，使外部DDE软件控制3D场景中的3D模型。