CN107490982A - 基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，包括：在Tecno仿真软件系统中进行三维虚拟数字化生产线的布局和规划；定义工件、机械设备的运动参数和电气信号I/O地址；编写机器人运动程序；在TIA软件系统中编写PLC逻辑程序和HMI程序逻辑的程序代码，下载到虚拟仿真调试机；虚拟调试时，触发启动虚拟仿真调试机中的PLC逻辑程序，发送对应的电气信号到三维虚拟数字化生产线；对三维虚拟数字化生产线的运动过程进行观察验证；发现问题时，对PLC逻辑程序、HMI程序逻辑、机器人运动程序、生产线的布局、工装或/和夹具的设计做出修改调整。本发明能降低返工的成本、能进行电气逻辑信号的交互验证模拟。

Description

基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法

技术领域

本发明涉及自动化生产线调试领域，特别涉及一种基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法。

背景技术

随着中国制造业的转型升级，机器人自动化生产线应用越来越普遍。企业在建设自动化生产的时候，需要等到机器人、工装、夹具等硬件设备生产制造出来后，运输现场的车间才能进行生产线布局、设备之间静态及动态干涉检查、机器人以及PLC程序、生产线节拍等验证调试，从而导致项目周期长，如果现场调试发现生产线的设计或程序有问题，返工的成本非常高。目前，市场上虽然有虚拟仿真软件，但属于软件动画模拟，没有电气逻辑信号的交互验证模拟，纯软件的动画模拟与真实生产线的现场运行逻辑并不一致。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能降低返工的成本、能进行电气逻辑信号的交互验证模拟的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，包括如下步骤：

A)在真实的物理自动化生产线建立之前，根据自动化生产线的工艺要求，在Tecno仿真软件系统中进行三维虚拟数字化生产线的布局和规划；

B)在所述Tecno仿真软件系统中定义工件、机械设备的运动参数和电气信号I/O地址；

C)在所述Tecno仿真软件系统中编写机器人运动程序；

D)在TIA软件系统中编写PLC逻辑程序和HMI程序逻辑的程序代码，并将其通过网线下载到虚拟仿真调试机中；所述虚拟仿真调试机包括箱体，所述箱体的上端设有急停按钮、复位按钮、启动按钮、上件按钮和人机交互控制面板，所述箱体的一侧端上设有指示灯和安全光栅，所述指示灯包括在竖直方向上固定放置的白灯、黄灯、绿灯和红灯；所述人机交互控制面板上至少设有虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮和虚拟上件按钮；

E)所述虚拟仿真调试机通过OPC通讯协议与所述三维虚拟数字化生产线进行信号交互；

F)作虚拟调试时，操作所述急停按钮、复位按钮、启动按钮或上件按钮，或者操作所述虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮或虚拟上件按钮，或者触碰所述安全光栅，触发启动所述虚拟仿真调试机中的所述PLC逻辑程序，发送对应的电气信号到所述三维虚拟数字化生产线，驱动所述三维虚拟数字化生产线的运行；

G)观察验证所述三维虚拟数字化生产线在运动过程中的工装、夹具和机器人之间是否有干涉，所述工装、夹具、机器人与工具之间是否有干涉，所述机器人的运动轨迹动作是否正确，三维虚拟数字化生产线的时间节拍是否正确，以及三维虚拟数字化生产线的运行是否达到设计的预期效果；

H)评估所述PLC逻辑程序、HMI程序逻辑和机器人运动程序是否正确，生产线的布局和所述工装、夹具的设计是否合理，当发现问题时，对所述PLC逻辑程序、HMI程序逻辑、机器人运动程序、生产线的布局、工装或/和夹具的设计做出修改调整。

在本发明所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法中，所述在TIA软件系统与所述虚拟仿真调试机之间的通讯协议采用TCP/IP以太网通讯协议。

在本发明所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法中，所述Tecno仿真软件系统和TIA软件系统分别安装在不同的电脑上，或者均安装在同一台电脑上。

在本发明所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法中，在所述步骤H)之后还进一步包括：

I)真实的物理自动化生产线建立好后，所述虚拟仿真调试机以所述OPC通讯协议连接所述物理自动化生产线，通过操作所述急停按钮、复位按钮、启动按钮或上件按钮，或者操作所述虚拟急停按钮、虚拟复位按钮或虚拟启动按钮，或者触碰所述安全光栅对所述物理自动化生产线进行生产过程的操作。

在本发明所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法中，所述白灯代表工件到位，所述黄灯代表气缸就位、安全门关闭或安全光栅正常，所述绿灯代表所述机器人在运行，所述红灯代表报警。

实施本发明的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，具有以下有益效果：由于在真实的物理自动化生产线建立之前，根据自动化生产线的工艺要求，在Tecno仿真软件系统中进行三维虚拟数字化生产线的布局和规划；在Tecno仿真软件系统中定义工件、机械设备的运动参数和电气信号I/O地址，并编写机器人运动程序；在TIA软件系统中编写PLC逻辑程序和HMI程序逻辑的程序代码，并通过网线下载到虚拟仿真调试机中；虚拟仿真调试机通过OPC通讯协议与所述三维虚拟数字化生产线进行信号交互；作虚拟调试时，操作急停按钮、复位按钮、启动按钮或上件按钮，或者操作虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮或虚拟上件按钮，或者触碰安全光栅，触发启动虚拟仿真调试机中的所述PLC逻辑程序，发送对应的电气信号到三维虚拟数字化生产线，驱动三维虚拟数字化生产线的运行；观察验证三维虚拟数字化生产线在运动过程中的工装、夹具和机器人之间是否有干涉，工装、夹具、机器人与工具之间是否有干涉，机器人的运动轨迹动作是否正确，三维虚拟数字化生产线的时间节拍是否正确，以及三维虚拟数字化生产线的运行是否达到设计的预期效果；评估PLC逻辑程序、HMI程序逻辑和机器人运动程序是否正确，生产线的布局和工装夹具设计是否合理，当发现问题时，对PLC逻辑程序、HMI程序逻辑、机器人运动程序、生产线的布局、工装或/和夹具的设计做出修改调整，企业在生产线设计和规划的前期，通过连接三维虚拟数字化生产线，就可以对生产线进行基于电气逻辑信号的真实的仿真验证，进行虚拟生产线的调试，与现场运行逻辑完全一致，因此能降低返工的成本、能进行电气逻辑信号的交互验证模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法一个实施例中的流程图；

图2为所述实施例中虚拟仿真调试机的结构示意图；

图3为所述实施例中虚拟仿真调试机与TIA软件系统和Tecno仿真软件系统的交互示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法实施例中，其基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法的流程图如图1所示。图1中，该基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法包括如下步骤：

步骤S01在真实的物理自动化生产线建立之前，根据自动化生产线的工艺要求，在Tecno仿真软件系统中进行三维虚拟数字化生产线的布局和规划：本步骤中，在真实的物理自动化生产线建立之前，根据自动化生产线的工艺要求，在Tecno仿真软件系统中进行三维虚拟数字化生产线的布局和规划。本实施例中，Tecno仿真软件系统安装在电脑上。

步骤S02在Tecno仿真软件系统中定义工件、机械设备的运动参数和电气信号I/O地址：本步骤中，在Tecno仿真软件系统中定义工件、机械设备的运动参数和电气信号I/O地址。

步骤S03在Tecno仿真软件系统中编写机器人运动程序：本步骤中，在Tecno仿真软件系统中编写机器人运动程序。

步骤S04在TIA软件系统中编写PLC逻辑程序和HMI程序逻辑的程序代码，并将其通过网线下载到虚拟仿真调试机中：本实施例中，TIA软件系统安装在电脑上，值得一提的是，Tecno仿真软件系统和TIA软件系统可以分别安装在不同的电脑上，也可以安装在同一台电脑上。本步骤中，在TIA软件系统中编写PLC逻辑程序和HMI程序逻辑的程序代码，虚拟仿真调试机通过网线与TIA软件系统所在的电脑连接，将编写的PLC逻辑程序和HMI程序逻辑的程序代码通过网线下载到虚拟仿真调试机中。TIA软件系统与虚拟仿真调试机之间的通讯协议采用TCP/IP以太网通讯协议。

图2为本实施例中虚拟仿真调试机的结构示意图，图2中，该虚拟仿真调试机为长方形机箱结构，该虚拟仿真调试机包括箱体1，箱体的上端设有急停按钮11、复位按钮12、启动按钮13、上件按钮14和人机交互控制面板15，箱体1的一侧端上设有指示灯和安全光栅17，与真实的物理自动化生产线的按钮、指示灯和安全光栅完全一致。指示灯包括在竖直方向上固定放置的白灯161、黄灯162、绿灯163和红灯164；人机交互控制面板15上至少设有虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮和虚拟上件按钮。白灯161代表工件到位，黄灯162代表气缸就位、安全门关闭或安全光栅17正常，绿灯163代表机器人在运行，红灯164代表报警。

步骤S05虚拟仿真调试机通过OPC通讯协议与三维虚拟数字化生产线进行信号交互：本步骤中，虚拟仿真调试机通过OPC通讯协议与三维虚拟数字化生产线进行信号交互，也就是虚拟仿真调试机通过OPC通讯协议与Tecno仿真软件系统设计、规划的三维虚拟数字化生产线进行信号交互。图3为本实施例中虚拟仿真调试机与TIA软件系统和Tecno仿真软件系统的交互示意图。

步骤S06作虚拟调试时，操作急停按钮、复位按钮、启动按钮或上件按钮，或者操作虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮或虚拟上件按钮，或者触碰安全光栅，触发启动虚拟仿真调试机中的PLC逻辑程序，发送对应的电气信号到三维虚拟数字化生产线，驱动三维虚拟数字化生产线的运行：本步骤中，作虚拟调试时，操作虚拟仿真调试机上的急停按钮11、复位按钮12、启动按钮13或上件按钮14，或者操作人机交互控制面板15上的虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮或虚拟上件按钮，或者触碰安全光栅17，从而触发启动虚拟仿真调试机中的PLC逻辑程序，发送对应的电气信号到Tecno仿真软件系统中的三维虚拟数字化生产线，驱动三维虚拟数字化生产线的运行。

值得一提的是，在刚开始调试时，依次按下操作虚拟仿真调试机上的启动按钮13和上件按钮14，在调试过程中出现危险或紧急情况时按急停按钮11，三维虚拟数字化生产线自动停止运行，当危险或紧急情况排除后，按复位按钮12，三维虚拟数字化生产线继续运行。

步骤S07观察验证三维虚拟数字化生产线在运动过程中的工装、夹具和机器人之间是否有干涉，工装、夹具、机器人与工具之间是否有干涉，机器人的运动轨迹动作是否正确，三维虚拟数字化生产线的时间节拍是否正确，以及三维虚拟数字化生产线的运行是否达到设计的预期效果：本步骤中，观察验证三维虚拟数字化生产线在运动过程中的工装、夹具和机器人之间是否有干涉，工装、夹具、机器人与工具之间是否有干涉，机器人的运动轨迹动作是否正确，三维虚拟数字化生产线的时间节拍是否正确，以及三维虚拟数字化生产线的运行是否达到设计的预期效果。

步骤S08评估PLC逻辑程序、HMI程序逻辑和机器人运动程序是否正确，生产线的布局和工装、夹具的设计是否合理，当发现问题时，对PLC逻辑程序、HMI程序逻辑、机器人运动程序、生产线的布局、工装或/和夹具的设计做出修改调整：本步骤中，根据三维虚拟数字化生产线的运行情况，评估PLC逻辑程序、HMI程序逻辑和机器人运动程序是否正确，生产线的布局和工装、夹具的设计是否合理。提前发现问题，及时对PLC逻辑程序、HMI程序逻辑、机器人运动程序、生产线的布局、工装或/和夹具的设计做出修改调整，从而实现自动化生产线的仿真和虚拟调试自动化生产线。而传统技术中没有对PLC逻辑程序进行验证的功能。

本实施例中的虚拟仿真调试机所提供的技术符合企业工业机器人自动化生产线实际应用需求，是工业级的应用。能够帮助企业在建立物理自动化生产线之前，进行基于电气逻辑信号的真实的仿真验证，提前发现可能存在的问题，并进行解决，减少后续在现场电气、机器人等程序的调试时间，缩短项目周期，降低设计返回变更带来的成本。因此本发明能降低返工的成本、能进行电气逻辑信号的交互验证模拟。

值得一提的是，在本实施例的一些情况下，例如控制逻辑比较简单的场景，这时可以通过单片机的I/O地址触发自动化生产线的启动或停止。在控制逻辑比较复杂的场景，使用PLC来控制自动化生产线。

值得一提的是，本实施例中，在上述步骤S08之后还包括如下步骤：

步骤S09真实的物理自动化生产线建立好后，虚拟仿真调试机以OPC通讯协议连接物理自动化生产线，通过操作所述急停按钮、复位按钮、启动按钮或上件按钮，或者操作虚拟急停按钮、虚拟复位按钮或虚拟启动按钮，或者触碰安全光栅对物理自动化生产线进行生产过程的操作和控制：本步骤中，真实的物理自动化生产线建立好后，虚拟仿真调试机以OPC通讯协议连接物理自动化生产线，操作虚拟仿真调试机上的急停按钮11、复位按钮12、启动按钮13或上件按钮14，或者操作人机交互控制面板15上的虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮或虚拟上件按钮，或者触碰安全光栅17，触发对物理自动化生产线的操作和控制。操作控制三维虚拟数字化生产线的过程与操作物理自动化生产线的过程完全一致，这样可实现虚拟世界和真实世界的信息同步交互，通过虚-实结合的操作，进行验证仿真，大大提高物理自动化生产线的运行的可靠性。

总之，本实施例中，虚拟调试仿真机，企业在生产线设计、规划的前期，通过将虚拟调试仿真机连接三维虚拟数字化生产线，就可以对自动化生产线进行基于电气逻辑信号的真实的仿真验证，进行三维虚拟数字化生产线的调试，提前发现可能存在的问题，并进行解决，减少后续在现场电气、机器人等程序的调试时间，缩短项目周期，降低设计返回变更带来的成本。因此本发明能降低返工的成本、能进行电气逻辑信号的交互验证模拟。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)在真实的物理自动化生产线建立之前，根据自动化生产线的工艺要求，在Tecno仿真软件系统中进行三维虚拟数字化生产线的布局和规划；

B)在所述Tecno仿真软件系统中定义工件、机械设备的运动参数和电气信号I/O地址；

C)在所述Tecno仿真软件系统中编写机器人运动程序；

D)在TIA软件系统中编写PLC逻辑程序和HMI程序逻辑的程序代码，并将其通过网线下载到虚拟仿真调试机中；所述虚拟仿真调试机包括箱体，所述箱体的上端设有急停按钮、复位按钮、启动按钮、上件按钮和人机交互控制面板，所述箱体的一侧端上设有指示灯和安全光栅，所述指示灯包括在竖直方向上固定放置的白灯、黄灯、绿灯和红灯；所述人机交互控制面板上至少设有虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮和虚拟上件按钮；

E)所述虚拟仿真调试机通过OPC通讯协议与所述三维虚拟数字化生产线进行信号交互；

F)作虚拟调试时，操作所述急停按钮、复位按钮、启动按钮或上件按钮，或者操作所述虚拟急停按钮、虚拟复位按钮、虚拟启动按钮或虚拟上件按钮，或者触碰所述安全光栅，触发启动所述虚拟仿真调试机中的所述PLC逻辑程序，发送对应的电气信号到所述三维虚拟数字化生产线，驱动所述三维虚拟数字化生产线的运行；

G)观察验证所述三维虚拟数字化生产线在运动过程中的工装、夹具和机器人之间是否有干涉，所述工装、夹具、机器人与工具之间是否有干涉，所述机器人的运动轨迹动作是否正确，三维虚拟数字化生产线的时间节拍是否正确，以及三维虚拟数字化生产线的运行是否达到设计的预期效果；

H)评估所述PLC逻辑程序、HMI程序逻辑和机器人运动程序是否正确，生产线的布局和所述工装、夹具的设计是否合理，当发现问题时，对所述PLC逻辑程序、HMI程序逻辑、机器人运动程序、生产线的布局、工装或/和夹具的设计做出修改调整。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，其特征在于，所述在TIA软件系统与所述虚拟仿真调试机之间的通讯协议采用TCP/IP以太网通讯协议。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，其特征在于，所述Tecno仿真软件系统和TIA软件系统分别安装在不同的电脑上，或者均安装在同一台电脑上。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，其特征在于，在所述步骤H)之后还进一步包括：

I)真实的物理自动化生产线建立好后，所述虚拟仿真调试机以所述OPC通讯协议连接所述物理自动化生产线，通过操作所述急停按钮、复位按钮、启动按钮或上件按钮，或者操作所述虚拟急停按钮、虚拟复位按钮或虚拟启动按钮，或者触碰所述安全光栅对所述物理自动化生产线进行生产过程的操作。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法，其特征在于，所述白灯代表工件到位，所述黄灯代表气缸就位、安全门关闭或安全光栅正常，所述绿灯代表所述机器人在运行，所述红灯代表报警。