ABB機(jī)器人生產(chǎn)線虛擬運(yùn)行系統(tǒng)

王潤升

摘要：通過構(gòu)建虛擬三維機(jī)器人生產(chǎn)線，應(yīng)用現(xiàn)場生產(chǎn)程序，將不同廠家的西門子S7400程序、intouch程序、ABB機(jī)器人程序通過網(wǎng)絡(luò)互相傳遞數(shù)據(jù)，再現(xiàn)了完全真實(shí)的生產(chǎn)現(xiàn)場。通過虛擬運(yùn)行系統(tǒng)，測試新車型生產(chǎn)過程，能將產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝及設(shè)備的潛在問題消除在設(shè)計(jì)階段。

關(guān)鍵詞：ABB 機(jī)器人；虛擬運(yùn)行系統(tǒng)

中圖分類號：U469.1 文獻(xiàn)標(biāo)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(xiàn)在乘用車公司重點(diǎn)崗位大量使用ABB工業(yè)機(jī)器人，但對機(jī)器人軟件應(yīng)用還處在初級階段。目前雖然有機(jī)器人仿真系統(tǒng)，但大部分只是仿真機(jī)器人孤島。還沒有一套能夠全仿真整條機(jī)器人生產(chǎn)線的技術(shù)，不能夠在新車型研制期間進(jìn)行虛擬試運(yùn)行測試。由于不能在設(shè)計(jì)早期很好地考慮現(xiàn)場機(jī)器人與其它設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中的各種因素，致使設(shè)備停線、設(shè)計(jì)更改頻繁，延誤了上市周期、增加了產(chǎn)品成本。為此作者基于分布網(wǎng)絡(luò)PC設(shè)計(jì)了ABB機(jī)器人虛擬運(yùn)行仿真生產(chǎn)線。

1 機(jī)器人生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)

1.1 機(jī)器人生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)現(xiàn)狀

機(jī)器人仿真自20世紀(jì)80年代以來，隨著相關(guān)理論的不斷完善及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人仿真技術(shù)不斷向數(shù)字化編程、數(shù)字化虛擬試生產(chǎn)等前沿方向發(fā)展。目前數(shù)字化制造市場領(lǐng)先的仿真系統(tǒng)主要有Dassault System DELMIA、SIEMENS PLM TECNOMATIX等。各汽車廠家也在探索如何應(yīng)用這些最新技術(shù)來提升行業(yè)競爭力。

1.2 機(jī)器人虛擬試運(yùn)行系統(tǒng)

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

2 ABB機(jī)器人生產(chǎn)線虛擬運(yùn)行系統(tǒng)

2.1 機(jī)器人生產(chǎn)線虛擬運(yùn)行系統(tǒng)方案

乘用車機(jī)器人生產(chǎn)線電氣設(shè)備主要有三菱PLC Q06、西門子PLC S7-400、 ABB機(jī)器人IRC5、INTOUCH上位機(jī)界面。以上每一種系統(tǒng)都有相應(yīng)的軟件。使用VISUALSTUDIO編制連接程序，通過網(wǎng)絡(luò)將各分布系統(tǒng)軟件連接在一起，信息共享形成基本的虛擬運(yùn)行系統(tǒng)（見圖2）。將機(jī)械工程師、電氣工程師、設(shè)備調(diào)試工程師、工藝工程師統(tǒng)一到一個(gè)環(huán)境中并行工作。在辦公室環(huán)境情況下，對設(shè)備進(jìn)行全面的邏輯調(diào)試、可靠的安全規(guī)程驗(yàn)證和周期驗(yàn)證及調(diào)試。

2.2 機(jī)器人生產(chǎn)線虛擬運(yùn)行系統(tǒng)組成

機(jī)器人虛擬運(yùn)行系統(tǒng)由6 部分組成: ①機(jī)器人生產(chǎn)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(jī)器人示教器。各設(shè)備均使用現(xiàn)場程序，各設(shè)備信號通過程序連接。信號觸發(fā)為三維模型事件驅(qū)動(dòng)型，當(dāng)三維模型運(yùn)動(dòng)接觸到開關(guān)時(shí)，即發(fā)送輸入信號到PLC，PLC發(fā)出邏輯信號驅(qū)動(dòng)三維模型及機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。

2.3 機(jī)器人生產(chǎn)線虛擬運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 虛擬生產(chǎn)線系統(tǒng)軟件構(gòu)成

虛擬生產(chǎn)線系統(tǒng)機(jī)器人仿真及機(jī)械硬件及各類現(xiàn)場輸入開關(guān)由硬件接觸檢測來提供新信號。輸出則驅(qū)動(dòng)三維機(jī)械單元運(yùn)行。ABB ROBOTSUTDIO完成機(jī)器人仿真，輸送線程序仿真由GX-simulator完成，機(jī)器人外部PLC仿真由西門子S7-PLSIM 完成，上位機(jī)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(chǎn)線系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口

在各電腦之間編寫數(shù)據(jù)讀取和交換程序，在三菱GX系統(tǒng)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(jī)器人輸入輸出信號、SMC可控制獲取上位機(jī)INTOUCH的輸入輸出信息。通過這些編寫接口連接程序?qū)⒉煌到y(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，充分利用各廠商的軟件以最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)線的仿真。例如圖4中運(yùn)動(dòng)的臺車接觸到行程開關(guān)觸發(fā)IO信號，監(jiān)控程序?qū)O信號發(fā)送給三菱GX developer，GX simulator摩擦輪運(yùn)轉(zhuǎn)停止信號消失，連接程序?qū)⑼Ｖ剐盘柊l(fā)送給三維機(jī)械單元IO，摩擦輪機(jī)械單元停止運(yùn)行。同時(shí)數(shù)據(jù)交換程序?qū)X輸出點(diǎn)傳輸給西門子S7-PLSIM，PLSIM與機(jī)器人通訊的輸入輸出DB1021、DB1022的數(shù)據(jù)，通過ROBOTSTIDO API和機(jī)器人進(jìn)行數(shù)字及模擬IO交換。機(jī)器人得到到位信息開始仿真工作。

2.4 機(jī)器人生產(chǎn)線虛擬運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用

借助虛擬系統(tǒng)對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)要素進(jìn)行計(jì)算機(jī)的虛擬再現(xiàn)（見圖5）、生產(chǎn)線布局、西門子PLC程序調(diào)試、機(jī)器人位置修改、程序調(diào)試等（見圖6）。在計(jì)算機(jī)上得到跟車間生產(chǎn)線基本一致的效果。針對2011年乘用車公司新車型應(yīng)用機(jī)器人虛擬運(yùn)行系統(tǒng)在沒有試驗(yàn)車的情況下對生產(chǎn)線硬件進(jìn)行干涉測試，對軟件進(jìn)行模擬測試。對三維車模進(jìn)行機(jī)器人編程。經(jīng)測試，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線的現(xiàn)場光電檢測硬件和PLC軟件限制均并不能檢測出新車型。經(jīng)修改測試后確定了硬件軟件的改造方案，并在試驗(yàn)車到來之前完成設(shè)備改造工作。在X15新車型上線時(shí)進(jìn)行了局部測試，原來需要連續(xù)7天的生產(chǎn)線調(diào)試工作現(xiàn)在只用了2天就一次成功。

3 結(jié)論

在乘用車公司新車型上線過程中局部試驗(yàn)了機(jī)器人虛擬運(yùn)行系統(tǒng)，工程師可并行工作，極大地節(jié)省了調(diào)試時(shí)間，可在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)硬件及軟件問題。可有效減少改造、測試及安裝過程中的費(fèi)用，減少了指導(dǎo)變更指令的數(shù)量，減少因新車型上線導(dǎo)致的設(shè)備故障和停線時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 何京文.機(jī)器人焊接系統(tǒng)離線編程實(shí)例研究［C］. 第三屆中國CAE工程分析技術(shù)年會(huì)論文集：A集，2009，12：639-642.

［2］ 李險(xiǎn)峰.DELMIA讓數(shù)字化工廠成為現(xiàn)實(shí)［J］. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2006，9：48-50.

［3］ 郝磊.吳波.基于Tecnomatix的高速列車虛擬裝配應(yīng)用研究［J］.機(jī)械與電子，2011，2：31-33.

［4］ 陳曉川，張暴暴，馮辛安，等.我國的虛擬制造技術(shù)發(fā)展策略淺析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，1999，（1）：12-14.