文/李學勇 鐘 亮

一、引言

為適應市場變化，提升卷煙物流的“核心支撐能力”，自2009年起，湖南煙草開始了全省的物流中心設備技改和技術引進，截至2019年6月，全省煙草商業(yè)企業(yè)物流中心作業(yè)形式完成了從人工向自動化的過渡。設備自動化的核心是PLC電控系統(tǒng)，系統(tǒng)實施后，其生命周期即進入了運維和更新階段。因此，全新的中大型電控系統(tǒng)的投入運行，一方面帶來了卷煙倉儲和分揀作業(yè)的極大便利，一方面也給系統(tǒng)的運行維護和程序更新工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。

為解決電控系統(tǒng)應用后的運維技術培訓、系統(tǒng)更新以及新系統(tǒng)開發(fā)模擬驗證等需求，以衡陽煙草物流中心現場自動化設備為研究對象，結合現有的全景、三維、實時設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，探討研究一種用于技術培訓和系統(tǒng)驗證的獨立仿真平臺。

本文研究得到了湖南省煙草公司科技項目：煙草商業(yè)物流設備備品備件管理模式研究及應用（18-20Bb10）及衡陽市煙草公司科技項目：基于VR技術的衡陽煙草卷煙物流設備虛擬現實培訓模式研究的資助。

圖1 衡陽煙草物流中心設備工藝布局三維展示

圖1是物流中心設備工藝三維展示：

聯合工房共分入庫、出庫、備貨、補貨及分揀等5大區(qū)域，包含497臺/套自動化設備，PLC控制總站5個，子站47個。

二、常見的電控系統(tǒng)培訓方式

1.現場培訓

由于電控系統(tǒng)屬于理論與實踐結合極其緊密的實戰(zhàn)型系統(tǒng)，對于人員的技能培訓和素質提升，最好能夠在作業(yè)現場進行。

從圖3可見，如果采用現場教學，可以保證培訓效果，但最大的缺點是培訓基于現場實際設備，系統(tǒng)進行代碼運行、測試以及受訓人員的各種誤操作都是直接驅動實際設備，有可能對既有的設備和系統(tǒng)造成不可預計的損壞，因此，導致現場培訓難以展開，目前，也沒有單位敢于在自家運行良好的設備基礎上進行系統(tǒng)級別的教學和實踐。

2.現場還原形式

現場測試的風險無法避免，某卷煙企業(yè)投入大量資金建立了小型的試驗現場，還原車間設備作業(yè)流程，用于運維技能的培訓及程序調試，但該種方式需要資金數百萬元，對于單個商業(yè)企業(yè)物流中心來說，其推廣意義不大。

3.獨立試驗平臺

針對效果良好的現場教學以及關鍵設備復原方式無法推行的現狀，行業(yè)目前有開設電控系統(tǒng)培訓，采用替換模擬形式的方式和工具介質，即代碼運行和系統(tǒng)運行的正確與否，不需要受訓人員所看到的系統(tǒng)所驅動的設備狀態(tài)來驗證，而是用聲、光以及簡單的電機運轉來模擬。某卷煙工業(yè)公司獨立試驗室，如圖4。

從上述內容可以看出，行業(yè)目前主流的培訓方式較為傳統(tǒng)且單一，對于沒有豐富的實踐經驗的受訓人員來說，是無法靠“想象”將聲、光的信息與設備實際運行場景聯系起來的。因此，文章所研究的電控系統(tǒng)虛擬仿真平臺就必須滿足以下三個要求：

選擇合適虛擬仿真平臺，創(chuàng)建單機、組合設備的三維虛擬模型，實現關鍵設備場景還原；

根據不同物流中心實際，創(chuàng)建靈活的電控系統(tǒng)硬件平臺框架；

完成硬件平臺程序輸出，驅動仿真平臺虛擬模型，創(chuàng)建可視化的運維技能提升及程序調試驗證環(huán)境。

圖2 投入運行后的聯合工房設備

圖3 依托現場設備教學

圖4 某卷煙工業(yè)公司獨立試驗室

圖5 某卷煙工業(yè)公司運維技能培訓平臺

通過以上借鑒點參考，按照“虛擬仿真”的思路， 平臺研發(fā)設計要以現場設備以及電控系統(tǒng)架構為基礎，將電控系統(tǒng)硬件平臺與三維虛擬環(huán)境有效結合，實現可視化的虛擬仿真培訓以及程序在線調試檢測平臺。虛擬仿真平臺假想圖，如圖6。

圖6 虛擬仿真平臺假想圖

圖7 虛擬仿真平臺研究方案

圖8 DEMO 3D 操作界面

三、虛擬仿真平臺方案

1.總體方案

結合實際需求以及DEMO3D實現功能，該虛擬仿真平臺方案如圖7。

2.軟件平臺DEMO 3D介紹

根據英國 Emulate3D 公司官網及百度百科介紹，Demo3D是由英國Emulate3D 公司開發(fā)的高逼真度物流系統(tǒng)動畫、仿真、控制平臺，主攻物流系統(tǒng)的數字化敏捷設計、震撼展示、方案驗證，Demo3D創(chuàng)新地支持PLC 外部設備和SoftPLC數據直接控制虛擬模型，操作極為簡便，極大縮短物流設備試車時間，降低調試費用和風險。Demo3D操作界面，如圖8。

四、虛擬仿真平臺實現及試驗

1.實現步驟（ 如表1）

2.硬件平臺

衡陽煙草物流中心現有PLC為西門子300系列及400系列，為適應新技術的發(fā)展，該平臺采用了最新的1500系列的CPU，如圖9。

3.模擬試驗

參考Emulated3d公司公布的建模和調試技術方案，衡陽煙草新開發(fā)的異型煙分揀電控系統(tǒng)在該平臺進行了模擬驗證。異型煙分揀設計流程，如圖10。異型煙電控系統(tǒng)架構，如圖11。異型煙分揀換層模擬驗證，如圖12。

圖10 異型煙分揀設計流程

圖11 異型煙電控系統(tǒng)架構

圖12 異型煙分揀換層模擬驗證

表1 虛擬仿真平臺實現步驟

五、結論

本文以現有通用的卷煙商業(yè)企業(yè)物流中心設備為背景，介紹了一種電控系統(tǒng)虛擬仿真平臺的實現方法，并深入分析了平臺具備的功能及開發(fā)步驟。該平臺具有一定的普遍性和實用性，為提高電控系統(tǒng)運維技術水平和系統(tǒng)程序更新及驗證，提供了獨立平臺。平臺設計簡單易用，能滿足現場電控系統(tǒng)維護及開發(fā)需求。