ABB机器人生产线虚拟运行系统

王润升

摘要：通过构建虚拟三维机器人生产线，应用现场生产程序，将不同厂家的西门子S7400程序、intouch程序、ABB机器人程序通过网络互相传递数据，再现了完全真实的生产现场。通过虚拟运行系统，测试新车型生产过程，能将产品设计工艺及设备的潜在问题消除在设计阶段。

关键词：ABB 机器人；虚拟运行系统

中图分类号：U469.1 文献标志码：A 文章编号：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

现在乘用车公司重点岗位大量使用ABB工业机器人，但对机器人软件应用还处在初级阶段。目前虽然有机器人仿真系统，但大部分只是仿真机器人孤岛。还没有一套能够全仿真整条机器人生产线的技术，不能够在新车型研制期间进行虚拟试运行测试。由于不能在设计早期很好地考虑现场机器人与其它设备实际运行中的各种因素，致使设备停线、设计更改频繁，延误了上市周期、增加了产品成本。为此作者基于分布网络PC设计了ABB机器人虚拟运行仿真生产线。

1 机器人生产线仿真系统

1.1 机器人生产线仿真系统现状

机器人仿真自20世纪80年代以来，随着相关理论的不断完善及计算机技术的不断发展，机器人仿真技术不断向数字化编程、数字化虚拟试生产等前沿方向发展。目前数字化制造市场领先的仿真系统主要有Dassault System DELMIA、SIEMENS PLM TECNOMATIX等。各汽车厂家也在探索如何应用这些最新技术来提升行业竞争力。

1.2 机器人虚拟试运行系统

目前各机器人厂商都有自己的三维机器人仿真软件，但基本都是仿真机器人孤岛，外部PLC系统复杂信号的仿真与现场不能一致，无法仿真整个系统。最前沿的SIMENS TECNOMATIX机器人系统自动生产线的虚拟试运行解决方案如图1所示。这套系统可以在统一界面上完成机械和电气调试工作。可仿真生产程序的PLC与机器人，但由于只适用于西门子PLC系统，并且还不能真正基于事件来触发PLC输入点。因此不能适用于应用多种厂家设备的乘用车复杂的机器人生产线。因此，必须自主研制一款适合乘用车现状的虚拟机器人运行系统，以更逼真的仿真模拟现场，使更多的问题发现在早期。

2 ABB机器人生产线虚拟运行系统

2.1 机器人生产线虚拟运行系统方案

乘用车机器人生产线电气设备主要有三菱PLC Q06、西门子PLC S7-400、 ABB机器人IRC5、INTOUCH上位机界面。以上每一种系统都有相应的软件。使用VISUALSTUDIO编制连接程序，通过网络将各分布系统软件连接在一起，信息共享形成基本的虚拟运行系统（见图2）。将机械工程师、电气工程师、设备调试工程师、工艺工程师统一到一个环境中并行工作。在办公室环境情况下，对设备进行全面的逻辑调试、可靠的安全规程验证和周期验证及调试。

2.2 机器人生产线虚拟运行系统组成

机器人虚拟运行系统由6 部分组成: ①机器人生产线模型；②西门子逻辑控制；③三菱逻辑控制；④Intouch界面；⑤仿真控制台（见图3）；⑥自制机器人示教器。各设备均使用现场程序，各设备信号通过程序连接。信号触发为三维模型事件驱动型，当三维模型运动接触到开关时，即发送输入信号到PLC，PLC发出逻辑信号驱动三维模型及机器人系统运动。

2.3 机器人生产线虚拟运行系统的实现

2.3.1 虚拟生产线系统软件构成

虚拟生产线系统机器人仿真及机械硬件及各类现场输入开关由硬件接触检测来提供新信号。输出则驱动三维机械单元运行。ABB ROBOTSUTDIO完成机器人仿真，输送线程序仿真由GX-simulator完成，机器人外部PLC仿真由西门子S7-PLSIM 完成，上位机仿真由INTOUCH完成。按钮操作台及连接程序、示教器按钮及摇杆控制程序等由Visual Studio编写。

2.3.2 虚拟生产线系统数据接口

在各电脑之间编写数据读取和交换程序，在三菱GX系统中利用MELSOFT application接口可获取三菱GX simulator信息。S7-PLSIM、ABB ROBOTSTUDIO利用API接口可获取和控制西门子与机器人输入输出信号、SMC可控制获取上位机INTOUCH的输入输出信息。通过这些编写接口连接程序将不同系统的数据进行交换，充分利用各厂商的软件以最小的代价实现虚拟生产线的仿真。例如图4中运动的台车接触到行程开关触发IO信号，监控程序将IO信号发送给三菱GX developer，GX simulator摩擦轮运转停止信号消失，连接程序将停止信号发送给三维机械单元IO，摩擦轮机械单元停止运行。同时数据交换程序将GX输出点传输给西门子S7-PLSIM，PLSIM与机器人通讯的输入输出DB1021、DB1022的数据，通过ROBOTSTIDO API和机器人进行数字及模拟IO交换。机器人得到到位信息开始仿真工作。

2.4 机器人生产线虚拟运行系统的应用

借助虚拟系统对现实生产要素进行计算机的虚拟再现（见图5）、生产线布局、西门子PLC程序调试、机器人位置修改、程序调试等（见图6）。在计算机上得到跟车间生产线基本一致的效果。针对2011年乘用车公司新车型应用机器人虚拟运行系统在没有试验车的情况下对生产线硬件进行干涉测试，对软件进行模拟测试。对三维车模进行机器人编程。经测试，发现生产线的现场光电检测硬件和PLC软件限制均并不能检测出新车型。经修改测试后确定了硬件软件的改造方案，并在试验车到来之前完成设备改造工作。在X15新车型上线时进行了局部测试，原来需要连续7天的生产线调试工作现在只用了2天就一次成功。

3 结论

在乘用车公司新车型上线过程中局部试验了机器人虚拟运行系统，工程师可并行工作，极大地节省了调试时间，可在设计阶段发现硬件及软件问题。可有效减少改造、测试及安装过程中的费用，减少了指导变更指令的数量，减少因新车型上线导致的设备故障和停线时间。

参考文献：

［1］ 何京文.机器人焊接系统离线编程实例研究［C］. 第三届中国CAE工程分析技术年会论文集：A集，2009，12：639-642.

［2］ 李险峰.DELMIA让数字化工厂成为现实［J］. CAD/CAM与制造业信息化，2006，9：48-50.

［3］ 郝磊.吴波.基于Tecnomatix的高速列车虚拟装配应用研究［J］.机械与电子，2011，2：31-33.

［4］ 陈晓川，张暴暴，冯辛安，等.我国的虚拟制造技术发展策略浅析［J］.机械设计与研究，1999，（1）：12-14.