一种PLC培训教学方法及系统与流程

一种plc培训教学方法及系统
技术领域
1.本发明属于plc培训技术领域，尤其涉及一种plc培训教学方法及系统。


背景技术：

2.可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
3.虚拟plc，基于组态软件的仿真系统实现的原理，在于plc内部各种继电器的状态与组态软件数据库中数据的链接以及该数据与计算机界面上图形对象的链接，而在仿真运行状态时plc的输出模块与外界是断开的，输出信号通过通信线只与组态软件数据库中的数据进行交换，而这些数据又与屏幕上显示的图形对象有关联。
4.传统plc培训教学装置往往表现为一种实训台，实训台价格高昂，且受硬件设施限制多，实训台都是现场教学、编程、试验，无法进行远程试验、教学和仿真。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种plc培训教学方法，旨在解决现有plc培训教学受硬件设施限制多，实训台都是现场教学、编程、试验，无法进行远程试验、教学和仿真的问题。
6.本发明实施例是这样实现的，一种plc培训教学方法，所述方法包括：
7.通过仿真计算机选择仿真模式；
8.接收plc程序，将plc程序导入到编程plc模块中；
9.根据仿真模式配置仿真plc模块；
10.通过编程plc模块进行仿真模拟，通过仿真plc模块为编程plc模块提供仿真环境数据，通过仿真计算机显示仿真动画。
11.优选的，所述方法还包括：
12.对仿真动画进行视频录制，得到实训动画视频；
13.将实训动画视频分解为多个独立动画视频，所述独立动画视频仅包含一个仿真动作；
14.调取预设的标准动画视频，进行仿真动作识别，判定动作是否正确。
15.优选的，所述将实训动画视频分解为多个独立动画视频的步骤，具体包括：
16.读取整个实训动画视频，识别画面中的界面元素模型；
17.根据界面元素模型的位置以及状态确定视频分割位置；
18.根据视频分割位置对实训动画视频进行分割，得到多个独立动画视频。
19.优选的，所述调取预设的标准动画视频，进行仿真动作识别，判定动作是否正确的步骤，具体包括：
20.按照时间轴顺序，对相邻的相同画面帧进行合并，得到时间序列画面集；
21.根据标准动画视频提取标准画面集，对每个标准画面进行标号；
22.按照时间顺序将时间序列画面集和标准画面集进行比对，判定每个动作是否正确。
23.优选的，完成对所有动作的识别之后，生成动作识别报告，所述动作识别报告中记录有每一项仿真动作的仿真结果。
24.优选的，在动作识别报告中记录仿真失败的仿真动作对应的plc程序。
25.本发明实施例的另一目的在于提供一种plc培训教学系统，所述系统包括：
26.模式选择子系统，用于通过仿真计算机选择仿真模式；
27.程序处理子系统，用于接收plc程序，将plc程序导入到编程plc模块中；
28.模块配置子系统，用于根据仿真模式配置仿真plc模块；
29.动画仿真子系统，用于通过编程plc模块进行仿真模拟，通过仿真plc模块为编程plc模块提供仿真环境数据，通过仿真计算机显示仿真动画。
30.优选的，所述系统还包括仿真识别子系统，所述仿真识别子系统包括：
31.视频录制模块，用于对仿真动画进行视频录制，得到实训动画视频；
32.视频拆解模块，用于将实训动画视频分解为多个独立动画视频，所述独立动画视频仅包含一个仿真动作；
33.动作识别模块，用于调取预设的标准动画视频，进行仿真动作识别，判定动作是否正确。
34.优选的，所述视频拆解模块包括：
35.元素识别单元，用于读取整个实训动画视频，识别画面中的界面元素模型；
36.分割位置确定单元，用于根据界面元素模型的位置以及状态确定视频分割位置；
37.视频分割单元，用于根据视频分割位置对实训动画视频进行分割，得到多个独立动画视频。
38.优选的，所述动作识别模块包括：
39.实训画面处理单元，用于按照时间轴顺序，对相邻的相同画面帧进行合并，得到时间序列画面集；
40.标准动画处理单元，用于根据标准动画视频提取标准画面集，对每个标准画面进行标号；
41.画面比对单元，用于按照时间顺序将时间序列画面集和标准画面集进行比对，判定每个动作是否正确。
42.本发明实施例提供的一种plc培训教学方法，根据不同的仿真模式配置不同的仿真plc模块，利用仿真plc模块能够模拟外部环境，培训者通过现场编程或者远程编程，得到plc程序，从而根据plc程序和编程plc模块进行仿真模拟，并利用仿真计算机进行动画显示，本发明不仅不受硬件限制，还能实现现场编程、远程编程、教学、仿真，打破时间和空间的限制。
附图说明
43.图1为本发明实施例提供的一种plc培训教学方法的流程图；
44.图2为本发明实施例提供的进行仿真动画正确性判断的步骤的流程图；
45.图3为本发明实施例提供的将实训动画视频分解为多个独立动画视频的步骤的流程图；
46.图4为本发明实施例提供的调取预设的标准动画视频，进行仿真动作识别，判定动作是否正确的步骤的流程图；
47.图5为本发明实施例提供的一种plc培训教学系统的架构图；
48.图6为本发明实施例提供的一种仿真识别子系统的架构图；
49.图7为本发明实施例提供的一种视频拆解模块的架构图；
50.图8为本发明实施例提供的一种动作识别模块的架构图；
51.图9为本发明实施例提供的一种仿真模式下的仿真界面示意图。
具体实施方式
52.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
53.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
54.虚拟plc，基于组态软件的仿真系统实现的原理，在于plc内部各种继电器的状态与组态软件数据库中数据的链接以及该数据与计算机界面上图形对象的链接，而在仿真运行状态时plc的输出模块与外界是断开的，输出信号通过通信线只与组态软件数据库中的数据进行交换，而这些数据又与屏幕上显示的图形对象有关联，传统plc培训教学装置往往表现为一种实训台，实训台价格高昂，且受硬件设施限制多，实训台都是现场教学、编程、试验，无法进行远程试验、教学和仿真。
55.本发明根据不同的仿真模式配置不同的仿真plc模块，利用仿真plc模块能够模拟外部环境，培训者通过现场编程或者远程编程，得到plc程序，从而根据plc程序和编程plc模块进行仿真模拟，并利用仿真计算机进行动画显示，本发明不仅不受硬件限制，还能实现现场编程、远程编程、教学、仿真，打破时间和空间的限制。
56.如图1所示，为本发明实施例提供的一种plc培训教学方法的流程图，所述方法包括：
57.s100，通过仿真计算机选择仿真模式。
58.在本步骤中，通过仿真计算机选择仿真模式，本plc培训教学方法中，包含五个组成部分，分别为编程plc模块、仿真plc模块、编程计算机、仿真计算机和联网模块，在使用时，通过仿真计算机显示各个仿真环境，即本次可以选择的培训项目，如仿真环境1-电梯仿真练习，仿真环境2-供水练习等，因此，在培训时，先通过仿真计算机显示可以选择的培训项目，即选择仿真模式。
59.s200，接收plc程序，将plc程序导入到编程plc模块中。
60.在本步骤中，仿真模式选择完成之后，被培训者则根据被被选中的仿真模式对应
的仿真动作要求进行编程，得到plc程序，此过程是在编程计算机上完成的，在编程结束后，通过编程计算机将plc程序导入到编程plc模块中。
61.s300，根据仿真模式配置仿真plc模块。
62.在本步骤中，根据仿真模式配置仿真plc模块，在仿真plc模块中，为每一种仿真模式预设有对应的外部环境数据，从而实现对外部设备的模拟。
63.s400，通过编程plc模块进行仿真模拟，通过仿真plc模块为编程plc模块提供仿真环境数据，通过仿真计算机显示仿真动画。
64.在本步骤中，通过编程plc模块进行仿真模拟，在此过程中，仿真plc模块与编程plc模块通过io口相互连接，仿真plc模块的输出作为编程plc模块的输入，此过程即为模拟外部设备被控制时的反馈信号返回编程plc模块的过程，编程plc模块的输出输入到仿真plc模块中，此时即为模拟编程plc模块将控制信号输入到外部设备的过程，在整个过程中，通过仿真计算机显示仿真动画，从而方便学员进行观察；在本实施例中，可以通过现场操作，即直接通过编程计算机完成变成，也可以通过联网模块实现对编程计算机的控制，从而实现远程编程和远程仿真的目的。
65.如图2所示，作为本发明的一个优选实施例，所述方法还包括：
66.s501，对仿真动画进行视频录制，得到实训动画视频。
67.在本步骤中，对仿真动画进行视频录制，在整个仿真过程中，仿真动画实时显示在仿真计算机上，在过程中，进行屏幕录制即可，得到实训动画视频，由于在培训过程中，不同的plc程序完成的仿真过程不同，相邻的仿真动作之间的时间间隔也不同，因此得到的实训动画视频的时间长度也不同。
68.s502，将实训动画视频分解为多个独立动画视频，所述独立动画视频仅包含一个仿真动作。
69.在本步骤中，将实训动画视频分解为多个独立动画视频，具体的，将包含一个独立仿真动作的视频为一段，得到一个独立动画视频，意味着，在一个独立动画视频中仅包含一个仿真动作，因此，在进行仿真时，仿真动作之间可以不存在先后关系。
70.s503，调取预设的标准动画视频，进行仿真动作识别，判定动作是否正确。
71.在本步骤中，调取预设的标准动画视频，在标准动画视频中，为各个仿真动作的正确执行过程，因此，以此作为参考，对独立动画视频中包含的仿真动作进行识别，从而判断本次实训动画视频是否包含所有正确的仿真动作。
72.如图3所示，作为本发明的一个优选实施例，所述将实训动画视频分解为多个独立动画视频的步骤，具体包括：
73.s5021，读取整个实训动画视频，识别画面中的界面元素模型。
74.在本步骤中，读取整个实训动画视频，如图9所示，在一个仿真动画的画面内，包含有多个界面元素模型，如按钮、箭头、指示灯和执行对象模型(升降平移小车)，识别其中各个界面元素模型的状态和位置。
75.s5022，根据界面元素模型的位置以及状态确定视频分割位置。
76.在本步骤中，根据界面元素模型的位置以及状态确定视频分割位置，执行对象模型为控制的对象，那么仿真动作即为该执行对象模型的动作，以画面停顿作为分割的依据，即对画面进行识别，若各个界面元素模型的位置未发生变化，即画面静止，则为动作间隔，
此处即为视频分割位置。
77.s5023，根据视频分割位置对实训动画视频进行分割，得到多个独立动画视频。
78.在本步骤中，根据视频分割位置对实训动画视频进行分割，那么通过上述分割方式，可以将整个视频划分为多个片段，每一个片段中都包含有一个独立的动作，即得到独立动画视频。
79.如图4所示，作为本发明的一个优选实施例，所述调取预设的标准动画视频，进行仿真动作识别，判定动作是否正确的步骤，具体包括：
80.s5031，按照时间轴顺序，对相邻的相同画面帧进行合并，得到时间序列画面集。
81.在本步骤中，按照时间轴顺序，对相邻的相同画面帧进行合并，为了减少数据处理量，将相邻的相同画面进行合并，具体的，可以进行二值化处理，然后进行像素值比对，从而判定相邻画面是否相同，合并完成后，得到时间序列画面集。
82.s5032，根据标准动画视频提取标准画面集，对每个标准画面进行标号。
83.在本步骤中，根据标准动画视频提取标准画面集，在标准动画视频中，同样也包含多个动作，以同样的方式进行画面压缩，从而得到与时间序列画面集相对应的标准画面集。
84.s5033，按照时间顺序将时间序列画面集和标准画面集进行比对，判定每个动作是否正确。
85.在本步骤中，按照时间顺序将时间序列画面集和标准画面集进行比对，逐帧提取画面进行比对，即可以将时间序列画面集和标准画面集中具有相同编号的画面进行比对，若同一个仿真动作对应的画面都能对应，则说明该仿真动作正确；完成对所有动作的识别之后，生成动作识别报告，所述动作识别报告中记录有每一项仿真动作的仿真结果。
86.如图5所示，位本发明实施例提供的一种plc培训教学系统，所述系统包括：
87.模式选择子系统100，用于通过仿真计算机选择仿真模式。
88.在本系统中，模式选择子系统100通过仿真计算机选择仿真模式，本plc培训教学方法中，包含五个组成部分，分别为编程plc模块、仿真plc模块、编程计算机、仿真计算机和联网模块，在使用时，通过仿真计算机显示各个仿真环境，即本次可以选择的培训项目，如仿真环境1-电梯仿真练习，仿真环境2-供水练习等，因此，在培训时，先通过仿真计算机显示可以选择的培训项目，即选择仿真模式。
89.程序处理子系统200，用于接收plc程序，将plc程序导入到编程plc模块中。
90.在本系统中，程序处理子系统200仿真模式选择完成之后，被培训者则根据被被选中的仿真模式对应的仿真动作要求进行编程，得到plc程序，此过程是在编程计算机上完成的，在编程结束后，通过编程计算机将plc程序导入到编程plc模块中。
91.模块配置子系统300，用于根据仿真模式配置仿真plc模块。
92.在本系统中，模块配置子系统300根据仿真模式配置仿真plc模块，在仿真plc模块中，为每一种仿真模式预设有对应的外部环境数据，从而实现对外部设备的模拟。
93.动画仿真子系统400，用于通过编程plc模块进行仿真模拟，通过仿真plc模块为编程plc模块提供仿真环境数据，通过仿真计算机显示仿真动画。
94.在本系统中，动画仿真子系统400通过编程plc模块进行仿真模拟，在此过程中，仿真plc模块与编程plc模块通过io口相互连接，仿真plc模块的输出作为编程plc模块的输入，此过程即为模拟外部设备被控制时的反馈信号返回编程plc模块的过程，编程plc模块
的输出输入到仿真plc模块中，此时即为模拟编程plc模块将控制信号输入到外部设备的过程，在整个过程中，通过仿真计算机显示仿真动画，从而方便学员进行观察；在本实施例中，可以通过现场操作，即直接通过编程计算机完成变成，也可以通过联网模块实现对编程计算机的控制，从而实现远程编程和远程仿真的目的。
95.如图6所示，作为本发明的一个优选实施例，所述系统还包括仿真识别子系统，所述仿真识别子系统包括：
96.视频录制模块501，用于对仿真动画进行视频录制，得到实训动画视频。
97.在本子系统中，视频录制模块501对仿真动画进行视频录制，在整个仿真过程中，仿真动画实时显示在仿真计算机上，在过程中，进行屏幕录制即可，得到实训动画视频，由于在培训过程中，不同的plc程序完成的仿真过程不同，相邻的仿真动作之间的时间间隔也不同，因此得到的实训动画视频的时间长度也不同。
98.视频拆解模块502，用于将实训动画视频分解为多个独立动画视频，所述独立动画视频仅包含一个仿真动作。
99.在本子系统中，视频拆解模块502将实训动画视频分解为多个独立动画视频，具体的，将包含一个独立仿真动作的视频为一段，得到一个独立动画视频，意味着，在一个独立动画视频中仅包含一个仿真动作，因此，在进行仿真时，仿真动作之间可以不存在先后关系。
100.动作识别模块503，用于调取预设的标准动画视频，进行仿真动作识别，判定动作是否正确。
101.在本子系统中，动作识别模块503调取预设的标准动画视频，在标准动画视频中，为各个仿真动作的正确执行过程，因此，以此作为参考，对独立动画视频中包含的仿真动作进行识别，从而判断本次实训动画视频是否包含所有正确的仿真动作。
102.如图7所示，作为本发明的一个优选实施例，所述视频拆解模块502包括：
103.元素识别单元5021，用于读取整个实训动画视频，识别画面中的界面元素模型。
104.在本模块中，元素识别单元5021读取整个实训动画视频，如图9所示，在一个仿真动画的画面内，包含有多个界面元素模型，如按钮、箭头、指示灯和执行对象模型(升降平移小车)，识别其中各个界面元素模型的状态和位置。
105.分割位置确定单元5022，用于根据界面元素模型的位置以及状态确定视频分割位置。
106.在本模块中，分割位置确定单元5022根据界面元素模型的位置以及状态确定视频分割位置，执行对象模型为控制的对象，那么仿真动作即为该执行对象模型的动作，以画面停顿作为分割的依据，即对画面进行识别，若各个界面元素模型的位置未发生变化，即画面静止，则为动作间隔，此处即为视频分割位置。
107.视频分割单元5023，用于根据视频分割位置对实训动画视频进行分割，得到多个独立动画视频。
108.在本模块中，视频分割单元5023根据视频分割位置对实训动画视频进行分割，那么通过上述分割方式，可以将整个视频划分为多个片段，每一个片段中都包含有一个独立的动作，即得到独立动画视频。
109.如图8所示，作为本发明的一个优选实施例，所述动作识别模块503包括：
110.实训画面处理单元5031，用于按照时间轴顺序，对相邻的相同画面帧进行合并，得到时间序列画面集。
111.在本模块中，实训画面处理单元5031按照时间轴顺序，对相邻的相同画面帧进行合并，为了减少数据处理量，将相邻的相同画面进行合并，具体的，可以进行二值化处理，然后进行像素值比对，从而判定相邻画面是否相同，合并完成后，得到时间序列画面集。
112.标准动画处理单元5032，用于根据标准动画视频提取标准画面集，对每个标准画面进行标号。
113.在本模块中，标准动画处理单元5032根据标准动画视频提取标准画面集，在标准动画视频中，同样也包含多个动作，以同样的方式进行画面压缩，从而得到与时间序列画面集相对应的标准画面集。
114.画面比对单元5033，用于按照时间顺序将时间序列画面集和标准画面集进行比对，判定每个动作是否正确。
115.在本模块中，画面比对单元5033按照时间顺序将时间序列画面集和标准画面集进行比对，逐帧提取画面进行比对，即可以将时间序列画面集和标准画面集中具有相同编号的画面进行比对，若同一个仿真动作对应的画面都能对应，则说明该仿真动作正确；完成对所有动作的识别之后，生成动作识别报告，所述动作识别报告中记录有每一项仿真动作的仿真结果。
116.在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
117.通过仿真计算机选择仿真模式；
118.接收plc程序，将plc程序导入到编程plc模块中；
119.根据仿真模式配置仿真plc模块；
120.通过编程plc模块进行仿真模拟，通过仿真plc模块为编程plc模块提供仿真环境数据，通过仿真计算机显示仿真动画。
121.在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
122.通过仿真计算机选择仿真模式；
123.接收plc程序，将plc程序导入到编程plc模块中；
124.根据仿真模式配置仿真plc模块；
125.通过编程plc模块进行仿真模拟，通过仿真plc模块为编程plc模块提供仿真环境数据，通过仿真计算机显示仿真动画。
126.应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
127.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
128.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
129.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
130.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。