可编程序控制器在三传一反实验教学中的应用与设计——PLC-U3D搭建云平台实现吸收解吸教学_开题报告

当前PLC的应用只有少量结合Unity3D进行应用于医疗、建筑、教育、化工、游戏娱乐，穿戴设备，增强现实AR等领域，当前处于应用萌芽期到爆发期的过渡期，工业4.0和中国制造2025将使个性化制造和个性化创意产品变得越来越平常可见，其中本文将应用PLC结合Unity3D在化工教育平台中的应用设计，关于文献研究的内容主要是针对化工原理中三传一反的教学难点进行改进设计。化学工业在国民经济中占有非常大的比例，比如包括无机化工、精细化工、生物化工、高分子化工等领域，其发展水平在一定程度上代表了一个国家的科技与经济的发展水平。化学工程与工艺专业(化工)作为国家专为化学工业提供应用性人才而开设的多学科集成、基础研究与工程实践并重的应用性专业，研究领域广泛，市场广阔，对社会与经济的发展有着重要的意义川。因此，好的教学质量对培养优秀的化工专业人才有着重大的意义，间接的也对化学工业的发展产生积极的推动作用。以化工教学中的“三传一反”为例，化工专业学生在大学四年学习的核心课程如化工原理、化学反应工程、分离工程等课程从大化工的角度来看，可以将其抽象概括为“三传一反，’(传热、传质、传动量、化学反应工程）这四种基本过程。众所周知，化学工业中任何一条完整的化学工艺都是由不同的单元操作有机组合起来的，以便实现化学产品的高收率、高选择性以及“低碳、节能、环保”等目标，现代化工尤其如此。化学工艺中的流体输送、蒸馏、吸附、萃取、干燥、过滤、结晶等单元操作从本质上都是“‘三传一反”四种基本过程在不同应用场合的衍生，因此掌握“三传一反”这四种基本过程的规律，不但有利于化工专业的学生学习好本专业核心课程，更为重要的是有助于提升学生的工程思维，帮助其理解化学工业的发展现状，有利于其早日完成理论学习与工程实践的有机结合。然而，由于传统教学的局限性，部分化工专业的学生对“三传一反”传递规律的认识并不深刻，不能找到单元操作与一三传一反”之间的因果关系，不能对单元操作进行归纳整理，忽略了过程传递推动力与阻力的类比性，不能找到“三传一反”规律的一般通用数学模型，造成对基本原理及规律认识不深刻，死记硬背，遇到疑难问题浅尝则止，因此很难弄懂‘·三传一反”的真谛，对专业课程之间的联系不能做到互通有无，最终的结果可能是前后学习缺乏联系，导致形而上学，对知识的掌握也就无从谈起了。那是什么原因导致学生学不好“三传一反”呢?这其中一部分原因在于学生的自主学习能力不强及学习兴趣使然，另外一部分原因则在于传统教学方法的不足，不能有效的引导学生从表面的“纯粹学习”上升到抽象概括的“自主思考学习”，从而影响教学质量.学生专业学习的好与坏，涉及的影响因素众多，不能一一而论，除掉学生跟任课教师的个体因素外，其中最重要的因素是讲解的知识内容永远是抽象的,很难有具体生动形象的方式去调动学生的好奇心及学习兴趣,从具体认识到自主概括到高度抽象的理论是需要很多想象力和自主完成逻辑推理形成严密的立体思维体系,正如我们学了很简单的数字1-10或者任意自然数,我们看1是具体的数字吗?是的,但它又是抽象的,1可以代表什么?代表什么就是一个抽象的过程,1个苹果,一本书,一个人……他们的共同点就是1，我们就可以把1抽象出来描述一系列的事物，正如道家提出：“一生二，二生三，三生万物”这是一个高度统一推理出来的抽象结果的思维过程，只差一个大统一的宇宙模型公式去描述出一个更简单更美的画面。接下来本文将从知识的形象化出发，将PLC结合Unity3D应用到吸收解吸的教学中去。若能尽早完整搭成此平台，我们将会看到化腐朽为神奇的教学成果。在该平台下可以通过所有对同一知识感兴趣的人进行集中改造并挖掘进行更加贴近理论与真实的形象表现效果。在教学形式多元化和简化的过程中必然出现新的教学方式去降低教学中老师讲解与学生学习理解的困难度。当然这一过程本身也是比较复杂和困难的，但我们仍需要坚定不移的去站在巨人的肩上前行。

目前国内外研究现状及主要存在的技术问题有: 

国内研究现状

本论题方向目前国内研究现在处于萌芽期到爆发期的过渡阶段，作为公开可查询的文献数量非常有限，也有部分还处于专利保护状态尚未公开。

（二）国外研究现状

国外研究现状公开数据库研究状态几乎和国内接近一致。从文献来看主要存在问题是也缺少一个统一的平台管理应用PLC结合Unity3D在三传一反教学中。

国内外存在技术问题:

当前该领域研究处于在单一领域应用,且国内外并没有已将Unity3D结合PLC应用到吸收解吸的教学中,没有形成统一的平台管理

主要技术难点:

统一平台的形成需要大量的基础研究进行统一归纳形成统一的实验管理平台;

可编程控制器的应用开发需要结合实际需要继续优化

Unity3D技术需要更多优质硬件设备的支持

集成硬件技术需要继续优化

数据安全需要完成更为安全的加密保护

各设备物联网的通讯技术需要继续发展

化工理论知识形象化教学仍需继续研究,例如:做科学可视化等.

二、^范文提纲

引言

摘要

Abstract

关键词

绪论

1.1国内外吸收解吸教学演示现状

1.2本课题研究内容

1.3本课题研究的目的和意义

1.4本课题主要技术难点

2.U3D-PLC云平台架构设计

2.1引言

2.2云平台需求分析

2.3云平台设计及组成

2.4云平台工作流程

2.5小结

3.程序设计

3.1 PLC程序设计

3.2 HIM上位机组态设计

3.3DCS组态设计

3.4Unity3D硬件要求及编程环境搭建

3.5小结

4.设备虚拟现实建模及吸收解吸工艺电仪设计

4.1真实硬件设计

4.2虚拟硬件设计

4.3吸收解吸工艺电仪设计

4.4人物及设备仪表建模设计

4.5Unity3D场景及设备搭建搭建

4.6Unity3D脚本编写挂载实现场景动画

平台调试结果及分析

5.1引言

5.2PLC与HIM通讯调试及分析

5.3HIM与PC上位机软件通讯调试及分析

5.4Unity3D动画及场景实现调试及分析

5.5其他技术细节调试及分析

5.6本章小结

结束语

致谢

参考文献

三、参考文献

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