基于Process Simulate的焊裝工位虛擬調(diào)試技術(shù)應(yīng)用

王文成

摘 要 針對(duì)國(guó)內(nèi)焊裝生產(chǎn)線應(yīng)用較少的技術(shù)，提出Tecnomatix 虛擬調(diào)試解決方案，并在Process Simulate進(jìn)行虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)了智能組件的創(chuàng)建，對(duì)常用的傳感器進(jìn)行邏輯化處理，智能裝備進(jìn)行了 Logic Block驗(yàn)證，對(duì)Smart Component信號(hào)和機(jī)器人信號(hào)進(jìn)行了通信，在虛擬環(huán)境中驗(yàn)證了自動(dòng)化設(shè)備，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。

關(guān)鍵詞 Process Simulate 虛擬調(diào)試 焊裝

中圖分類號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

焊裝工藝是汽車制造中重要的工藝，焊裝的焊接質(zhì)量好壞決定了最終整車的強(qiáng)度和密封性能。為了保證工藝質(zhì)量，現(xiàn)在主機(jī)廠廣泛使用自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行焊裝作業(yè)。而虛擬調(diào)試是在真實(shí)焊裝工廠調(diào)試之前在Process Simulate環(huán)境里模擬智能設(shè)備系統(tǒng)硬件性能，通過在虛擬環(huán)境下使PLC與智能設(shè)備進(jìn)行通信，使得PLC調(diào)試不受現(xiàn)場(chǎng)安裝的限制，降低了干涉區(qū)機(jī)器人碰撞的概率，保障了調(diào)試人員的人身安全。

1 Process Simulate軟件概述

Process Simulate是Tecnomatix Application的一個(gè)組成軟件，Siemens系列產(chǎn)品線中數(shù)字化制造品牌Tecnomatix專門面向數(shù)字化制造領(lǐng)域的軟件解決方案。它由零部件制造，裝配規(guī)劃，資源管理，工廠設(shè)計(jì)與優(yōu)化，人力績(jī)效，產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)劃與分析，生產(chǎn)管理等核心軟件構(gòu)成，Tecnomatix是對(duì)汽車全套的解決方案，主要解決汽車的制造管理、白車身焊裝生產(chǎn)線的規(guī)劃問題、仿真驗(yàn)證和虛擬調(diào)試。

Process Simulate中的CEE是虛擬調(diào)試中重要的模塊，CEE在虛擬調(diào)試中起到控制的作用，對(duì)于虛擬調(diào)試的每個(gè)周期，CEE采集和估量PLC信號(hào)，使得PLC與其他智能設(shè)備通信成為可能。虛擬調(diào)試流程圖如圖1所示，要實(shí)現(xiàn)虛擬調(diào)試首先就要實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的通信，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的互相傳遞。

2焊裝工位的虛擬調(diào)試

本文以實(shí)際的焊裝工位出發(fā)，并對(duì)工位進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，在規(guī)劃汽車生產(chǎn)線后進(jìn)行虛擬調(diào)試并和PLC連接，實(shí)現(xiàn)仿真并對(duì)生產(chǎn)線的設(shè)備、機(jī)器人和電氣信號(hào)進(jìn)行創(chuàng)建、測(cè)試和安裝，通過以虛擬方式進(jìn)行仿真和驗(yàn)證自動(dòng)化設(shè)備，可以保證PLC代碼的正確性，從而大幅度縮短系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。

2.1智能組件的創(chuàng)建

現(xiàn)如今的工廠車間內(nèi)，很多資源都不在是“拇指”設(shè)備（如簡(jiǎn)易開關(guān)控制閥）。它們中的大多都有其自身的設(shè)備控制器。在設(shè)備/資源的控制器中設(shè)置了不同信號(hào)的動(dòng)作后，設(shè)備/資源會(huì)根據(jù)信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。我們將這樣的設(shè)備/資源稱為智能組件。智能組件的創(chuàng)建是在Process Simulate軟件下的Kineamtics編輯器進(jìn)行智能組件的信號(hào)關(guān)聯(lián)，在控制中心的CEE模塊下的A05RC01_Open、 A05RC01_Close、A05RC02_Open、 A05RC02_Close為PLC輸入信號(hào)并到LB中，LB會(huì)根據(jù)PLC輸入信號(hào)類型分別執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度和加速度為系統(tǒng)默認(rèn)值，如圖2所示為夾具的智能組件的創(chuàng)建示意圖。

2.2光電傳感器

Photoelectric Sensor為光電傳感器，使用Create Photoelectric Sensor定義光電傳感器，會(huì)生成一個(gè)傳感器的三維實(shí)體和檢測(cè)零件位置的光束，當(dāng)傳感器檢測(cè)的零件進(jìn)入檢測(cè)范圍時(shí)，傳感器會(huì)被觸發(fā)，所以它常常被用為，零件的測(cè)試，連鎖檢測(cè)等。

本文光電傳感器的檢測(cè)范圍為直徑為1000cm，寬度為5cm，檢測(cè)距離為50cm，檢測(cè)板件為夾具，如圖3所示部裝夾具的光電傳感器。

2.3機(jī)器人信號(hào)概述

機(jī)器人信號(hào)可以和PLC信號(hào)進(jìn)行通信連接，或者和其他智能設(shè)備之間進(jìn)行通信，如焊槍、夾頭、機(jī)械抓手，或其他可操作的資源，在Process Simulate線性仿真狀態(tài)下，可以驗(yàn)證機(jī)器人的的可達(dá)性和干涉檢測(cè)，提前驗(yàn)證干涉區(qū)，提高機(jī)器人焊接質(zhì)量，為了使PLC信號(hào)與機(jī)器人信號(hào)通信我們?cè)赗obot Signals定義機(jī)器人信號(hào)，如圖4所示為機(jī)器人信號(hào)示意圖。

2.4 Logic Block

Logic Block簡(jiǎn)稱LB，它是通過邏輯資源添加輸入，輸出運(yùn)算公式給LB賦予邏輯。在虛擬調(diào)試中，LB會(huì)根據(jù)公式的運(yùn)算規(guī)則計(jì)算中結(jié)果，并將結(jié)果輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，圖5是PLC與LB的交互方式，每個(gè)PLC輸入信號(hào)都是智能組件的輸入信號(hào)，信號(hào)進(jìn)入到LB中，LB會(huì)創(chuàng)建的算法輸出信號(hào)給PLC進(jìn)行反饋執(zhí)行，因此實(shí)現(xiàn)LB和PLC進(jìn)行信號(hào)交互。

2.5物料流

在Process Simulate中物料流代表產(chǎn)品的流向，物料流只能通過操作面板的Material Flow Viewer顯示，物料流分為并行連接和串行連接兩種方式，如圖6所示為本文用到的并行連接方式，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)鏈接從Op1到Op2和Op3以及Op1到Op5和Op6之間的并行鏈接時(shí)，實(shí)際運(yùn)行的是：Op2或Op3和Op4和Op5和Op6。因此，由Op1傳遞的部分會(huì)傳遞至Op4， Op5， Op6，也會(huì)到Op2或者Op3。

3 PLC控制試生產(chǎn)

在虛擬調(diào)試中，使用西門子公司開發(fā)的PLCSIM仿真軟件與虛擬環(huán)境的焊裝生產(chǎn)線進(jìn)行連接，并交換了不同的傳感器和執(zhí)行器信號(hào)，虛擬調(diào)試環(huán)境作為一種監(jiān)控系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中的PLC程序有效運(yùn)行后，從而控制Process Simulate系統(tǒng)中的焊裝工位，并進(jìn)行測(cè)試。PLC S7-300和Process Simulate之間的連接可以由西門子OPC Server完成，如圖7所示。

在Process Simulate設(shè)定的焊裝工位，包含PLC用來與機(jī)器人控制器通信的信號(hào)，PLC在機(jī)器人控制器中設(shè)置了機(jī)器人信號(hào)并觸發(fā)，在選定的機(jī)器人程序結(jié)束后，機(jī)器人控制器向PLC發(fā)送輸入信號(hào)使機(jī)器人程序結(jié)束。如圖8所示為機(jī)器人與PLC進(jìn)行通信Signal Viewer。定義完焊裝工位的信號(hào)后，使用PLCSIM控制Process Simulate里的開始程序信號(hào)，開始焊裝線的試生產(chǎn)，如圖9所示為焊裝工位的試生產(chǎn)3D模型。

4結(jié)論

焊裝生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試是汽車智能制造領(lǐng)域的最前沿技術(shù)，通過對(duì)汽車焊裝工位的虛擬調(diào)試不僅可以減少制造企業(yè)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試生產(chǎn)線的時(shí)間，還使產(chǎn)品在調(diào)試階段可視化、最優(yōu)化。使設(shè)備的功能和動(dòng)作，在虛擬模型上進(jìn)行PLC程序修改和評(píng)估而不是在現(xiàn)實(shí)設(shè)備操作，把風(fēng)險(xiǎn)降到最低值。

參考文獻(xiàn)

[1] Process Simulate on eMS， Basicand Intermediate manual[M].Siemens PLM，2009.