自動化生產線的仿真技術

賈麗仕（咸寧職業技術學院，湖北　咸寧　437100)

自動化生產線的仿真技術

賈麗仕
（咸寧職業技術學院，湖北咸寧437100)

摘要：基于機電控制仿真軟件平臺開發自動化生產線仿真系統，彌補現有儀器設備不足的欠缺。

關鍵詞：虛擬實驗室;自動化生產線;仿真技術

1　引言

隨著經濟發展，中國已成為制造大國，生產設備一直向生產線方向發展。各個企業對設備的安裝調試與維護、操作人員需求量急增，促進自動化生產線的產生和發展。

自動生產線是機電一體化和自動化專業的核心課程。它涵蓋機械結構、氣動、傳感器、PLC等技術。

實驗教學是自動化生產線教學中的重要部分，但是實驗儀器短缺、實驗設備老化，實驗場地擁擠，嚴重影響教學質量。隨著多媒體和互聯網技術的高速發展，通過網絡建立自動生產線仿真實驗教學系統。

實驗者可以在自動化仿真實驗室內完成實驗，系統向實驗者提供可視化界面。自動生產線仿真技術可以降低自動化生產線實驗教學的成本，減少儀器的損壞和易耗品的消耗，避免人為事故和人身安全。

2　自動化生產線實訓設計

2.1生產線裝置

浙江亞龍和浙江天煌的自動化生產線設備是高職院校使用最多的自動化生產線設備。這兩家企業所生產的自動化生產線很好地模擬了企業生產線的基本工序。采用氣缸或電動機完成機械加工，采用PLC進行生產線控制工作。對應各自生產線有不同PLC控制模式。對于采用分布式控制設備，PLC網絡的組建是核心內容。對于采用集中式控制設備，控制程序較復雜，輸入輸出點數多，重點就是硬件組態。

自動線裝置主要有五個站組成：供料站、加工站、搬運站、裝配站、分揀站。這五個站包含電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器模塊、步進電動機驅動器模塊、各種傳感器、電磁閥等。

2.2生產線設計

對生產線控制有如下要求：

（1）緊急按鈕。生產線設備要安裝緊急停止按鈕，一旦發生緊急情況，只要按下按鈕，生產線立刻停止。

（2）運行方式。設置兩種運行方式：自動、手動。生產線工作時是自動模式，設備調試或維修采用手動模式。

（3）聯鎖和互鎖。生產線各部分相互關聯，需要在各個條件下進行聯鎖。生產線有些機構不能同時工作，需要互鎖設置。

（4）硬件設計。使用觸摸屏和PLC共同組成自動化生產線。CPU單元負責控制生產過程，觸摸屏負責通訊。傳感器將檢測信號反饋到輸入模塊進行比較。

（5）軟件設計。使用PLC仿真軟件進行模擬調試，為了提高生產線的柔性，程序要考慮各站間的銜接。

2.3自動線仿真實訓軟件模型

（1）仿真軟件組成。自動化生產線仿真軟件是基于C語言開發設計的。先要開發工作站的三維模型，建設電路控制庫和程序代碼，導入控件中。自動線仿真軟件的設計結構有四層：1）界面表示層：處理用戶與應用程序間的交互。2）電路設計層：定義用戶界面的內容，可以二次制作元件進庫。3）程序設計層：提供應用系統的消息傳送、工件調取、顏色的選擇。4）數據庫層：存放電路模型圖和控制程序數據。

將邏輯層分為若干組件集，每一個組件集完成響應的電路功能。用戶界面層需要連接多個組件集來完成一個邏輯層。多個邏輯層組合成控制電路模塊。組件集可以相互調用。

（2）仿真軟件模型設計。仿真自動化生產線是由硬件部分和軟件部分組成的。硬件包括自動化生產線運動部件、控制電路零件、執行器等。軟件由電氣控制線路。PLC控制程序、仿真控制平臺構成。自動化生產線仿真模型分三層:界面模型、電路庫、程序庫。界面模型通過邏輯層代碼來獲取數據，通過三維動畫顯示出來。當程序被修改時，只要表示層接口不改，就不需要更新用戶界面程序。

2.4仿真實訓系統分析

自動化仿真實訓系統是基于機電仿真平臺基礎上二次開發的，側重于自主練習和各站考核。系統設計多個系統故障考核點，配有仿真儀表，方便學生在實訓中對故障點排除。另一種仿真是用組態技術動畫連接，將畫面中的各站平面圖形與變量建立連接，當變量發生變化，畫面的圖形也發生變化。

3　自動化生產線仿真實訓特點

3.1具有高職特色

高職教育具有職業定向性，崗位針對性的特點。高職教育中實踐教學貫穿高職教學全過程。高職院校進行仿真系統研發彰顯高職教育的特色。平時要注重對學生操作能力培養，所開發的實驗項目要與機電專業的職業崗位要求一致，貼切學生將來工作環境，體現工學結合。

3.2虛實結合，優勢互補

傳統實驗教學的真實性是仿真實驗無法取締的，而仿真實驗的靈活和安全是實踐操作所欠缺的。因此，在實驗教學中結合傳統實驗教學和仿真實驗的優勢互補。

對于采集數據困難，實驗設備短缺的實驗，學生操作容易出問題，儀器損壞嚴重的危險性實驗，可以采用仿真實驗。對于有實驗條件的實驗可以進行真實實驗。

3.3配備硬件設備

為了實現仿真教學，要專門建立機房隨時對需要做實驗的學生開放，要有專業教師協助實驗員進行機房管理。

4　結束語

在自動化生產線實訓設備短缺，場地有限的情況下，采用仿真實訓系統可以更好地開展實訓教學。仿真技術更貼近工業自動化生產現場環境，與傳統flash動畫仿真是完全不同的。仿真技術能提高學生電氣控制技術和可編程控制能力，是自動化專業核心課程最好的開發工具。

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作者簡介:賈麗仕（1985-），女，湖北省陽新人，咸寧職業技術學院機電一體化專業教師，講師，主要從事電氣自動化教育研究。