ABB機器人生產線虛擬運行系統

王潤升

摘要：通過構建虛擬三維機器人生產線，應用現場生產程序，將不同廠家的西門子S7400程序、intouch程序、ABB機器人程序通過網絡互相傳遞數據，再現了完全真實的生產現場。通過虛擬運行系統，測試新車型生產過程，能將產品設計工藝及設備的潛在問題消除在設計階段。

關鍵詞：ABB 機器人；虛擬運行系統

中圖分類號：U469.1 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2012）02-0046-03

ABB Robot Production Line Virtual Operation System

WANG Run-sheng

（Dorgfeng Motor Corporation Passenger Vehicle Company，Wuhan 430058，China）

Abstract: By constructing a virtual three-dimensional robot production line，it applyies the site production procedures to transfer different manufacturers Siemens S7400 procedure，intouch procedure，ABB robot procedure data to each other through the network and build a completely real production site.Through the virtual operating system，testing new models of production process can eliminate the potentially problems of product design process and equipments at the design stage.

Key Words: ABB robots；virtual operating system

現在乘用車公司重點崗位大量使用ABB工業機器人，但對機器人軟件應用還處在初級階段。目前雖然有機器人仿真系統，但大部分只是仿真機器人孤島。還沒有一套能夠全仿真整條機器人生產線的技術，不能夠在新車型研制期間進行虛擬試運行測試。由于不能在設計早期很好地考慮現場機器人與其它設備實際運行中的各種因素，致使設備停線、設計更改頻繁，延誤了上市周期、增加了產品成本。為此作者基于分布網絡PC設計了ABB機器人虛擬運行仿真生產線。

1 機器人生產線仿真系統

1.1 機器人生產線仿真系統現狀

機器人仿真自20世紀80年代以來，隨著相關理論的不斷完善及計算機技術的不斷發展，機器人仿真技術不斷向數字化編程、數字化虛擬試生產等前沿方向發展。目前數字化制造市場領先的仿真系統主要有Dassault System DELMIA、SIEMENS PLM TECNOMATIX等。各汽車廠家也在探索如何應用這些最新技術來提升行業競爭力。

1.2 機器人虛擬試運行系統

目前各機器人廠商都有自己的三維機器人仿真軟件，但基本都是仿真機器人孤島，外部PLC系統復雜信號的仿真與現場不能一致，無法仿真整個系統。最前沿的SIMENS TECNOMATIX機器人系統自動生產線的虛擬試運行解決方案如圖1所示。這套系統可以在統一界面上完成機械和電氣調試工作。可仿真生產程序的PLC與機器人，但由于只適用于西門子PLC系統，并且還不能真正基于事件來觸發PLC輸入點。因此不能適用于應用多種廠家設備的乘用車復雜的機器人生產線。因此，必須自主研制一款適合乘用車現狀的虛擬機器人運行系統，以更逼真的仿真模擬現場，使更多的問題發現在早期。

2 ABB機器人生產線虛擬運行系統

2.1 機器人生產線虛擬運行系統方案

乘用車機器人生產線電氣設備主要有三菱PLC Q06、西門子PLC S7-400、 ABB機器人IRC5、INTOUCH上位機界面。以上每一種系統都有相應的軟件。使用VISUALSTUDIO編制連接程序，通過網絡將各分布系統軟件連接在一起，信息共享形成基本的虛擬運行系統（見圖2）。將機械工程師、電氣工程師、設備調試工程師、工藝工程師統一到一個環境中并行工作。在辦公室環境情況下，對設備進行全面的邏輯調試、可靠的安全規程驗證和周期驗證及調試。

2.2 機器人生產線虛擬運行系統組成

機器人虛擬運行系統由6 部分組成: ①機器人生產線模型；②西門子邏輯控制；③三菱邏輯控制；④Intouch界面；⑤仿真控制臺（見圖3）；⑥自制機器人示教器。各設備均使用現場程序，各設備信號通過程序連接。信號觸發為三維模型事件驅動型，當三維模型運動接觸到開關時，即發送輸入信號到PLC，PLC發出邏輯信號驅動三維模型及機器人系統運動。

2.3 機器人生產線虛擬運行系統的實現

2.3.1 虛擬生產線系統軟件構成

虛擬生產線系統機器人仿真及機械硬件及各類現場輸入開關由硬件接觸檢測來提供新信號。輸出則驅動三維機械單元運行。ABB ROBOTSUTDIO完成機器人仿真，輸送線程序仿真由GX-simulator完成，機器人外部PLC仿真由西門子S7-PLSIM 完成，上位機仿真由INTOUCH完成。按鈕操作臺及連接程序、示教器按鈕及搖桿控制程序等由Visual Studio編寫。

2.3.2 虛擬生產線系統數據接口

在各電腦之間編寫數據讀取和交換程序，在三菱GX系統中利用MELSOFT application接口可獲取三菱GX simulator信息。S7-PLSIM、ABB ROBOTSTUDIO利用API接口可獲取和控制西門子與機器人輸入輸出信號、SMC可控制獲取上位機INTOUCH的輸入輸出信息。通過這些編寫接口連接程序將不同系統的數據進行交換，充分利用各廠商的軟件以最小的代價實現虛擬生產線的仿真。例如圖4中運動的臺車接觸到行程開關觸發IO信號，監控程序將IO信號發送給三菱GX developer，GX simulator摩擦輪運轉停止信號消失，連接程序將停止信號發送給三維機械單元IO，摩擦輪機械單元停止運行。同時數據交換程序將GX輸出點傳輸給西門子S7-PLSIM，PLSIM與機器人通訊的輸入輸出DB1021、DB1022的數據，通過ROBOTSTIDO API和機器人進行數字及模擬IO交換。機器人得到到位信息開始仿真工作。

2.4 機器人生產線虛擬運行系統的應用

借助虛擬系統對現實生產要素進行計算機的虛擬再現（見圖5）、生產線布局、西門子PLC程序調試、機器人位置修改、程序調試等（見圖6）。在計算機上得到跟車間生產線基本一致的效果。針對2011年乘用車公司新車型應用機器人虛擬運行系統在沒有試驗車的情況下對生產線硬件進行干涉測試，對軟件進行模擬測試。對三維車模進行機器人編程。經測試，發現生產線的現場光電檢測硬件和PLC軟件限制均并不能檢測出新車型。經修改測試后確定了硬件軟件的改造方案，并在試驗車到來之前完成設備改造工作。在X15新車型上線時進行了局部測試，原來需要連續7天的生產線調試工作現在只用了2天就一次成功。

3 結論

在乘用車公司新車型上線過程中局部試驗了機器人虛擬運行系統，工程師可并行工作，極大地節省了調試時間，可在設計階段發現硬件及軟件問題。可有效減少改造、測試及安裝過程中的費用，減少了指導變更指令的數量，減少因新車型上線導致的設備故障和停線時間。

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