沖壓生產(chǎn)線的監(jiān)控及仿真軟件開發(fā)

1、沖壓生產(chǎn)線的監(jiān)控及仿真軟件開發(fā)本文介紹了在車身沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線上監(jiān)控平臺的一種開發(fā)方式，與目前該領(lǐng)域普遍采用的方式有所不同，在VC+6.0平臺上利用虛擬制造技術(shù)，基于OPC工業(yè)自動(dòng)化通訊規(guī)范與西門子S7系列產(chǎn)品交互通訊，實(shí)現(xiàn)了整條生產(chǎn)線的在線監(jiān)控以及不同沖壓件機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡及生產(chǎn)過程的仿真模擬。 目前工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域監(jiān)控平臺大多采用平面顯示，尤其在車身沖壓自動(dòng)化線領(lǐng)域，由于生產(chǎn)環(huán)境的特殊性以及要避免壓力機(jī)與自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生的碰撞，使得人們對控制程序的安全性及可靠性有了更高的要求，而傳統(tǒng)的監(jiān)控平臺只是現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)的普通監(jiān)視，不能在生產(chǎn)之前對程序進(jìn)行驗(yàn)證。本文介紹的監(jiān)控軟件可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的全方位

2、仿真，在電腦屏幕虛擬三維環(huán)境里可以監(jiān)控到壓機(jī)滑塊與機(jī)械手的實(shí)時(shí)位置；可以對各種調(diào)試過的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)電腦上的運(yùn)動(dòng)過程仿真，驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性。虛擬制造技術(shù)1.虛擬現(xiàn)實(shí)1989年，美國VPL Research公司創(chuàng)始人Jaron Lanier提出“Virtual Reality”（虛擬現(xiàn)實(shí)）的概念。虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。用戶能夠以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感、沉浸感以及身臨其境的感覺。虛擬環(huán)境系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)提供了“環(huán)境”，而不是“數(shù)據(jù)、信息”，這改變了人機(jī)接口的內(nèi)容，這體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新方向。當(dāng)時(shí)，計(jì)

3、算機(jī)和用戶交互是計(jì)算有關(guān)的數(shù)值，此后，計(jì)算機(jī)擴(kuò)大到處理數(shù)值、字符串和文本等各種數(shù)據(jù)。此后，計(jì)算機(jī)更擴(kuò)大到處理圖像、圖形、聲音和語言等多媒體的信息。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)則以環(huán)境為計(jì)算機(jī)處理的對象和人機(jī)交互，這開拓了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新思路，被喻為計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的新革命。虛擬環(huán)境系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)。2.虛擬制造技術(shù)虛擬制造技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用，而虛擬制造技術(shù)按照側(cè)重點(diǎn)的不同又分為以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。本文主要涉及到虛擬制造技術(shù)在控制監(jiān)控方面的應(yīng)用。在虛擬環(huán)境里控制模型和實(shí)際的生產(chǎn)過程，模擬實(shí)際的車間沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的

4、生產(chǎn)過程，評估生產(chǎn)活動(dòng)的可靠性，并且可以在虛擬環(huán)境中調(diào)試機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡和具體動(dòng)作，從而可以取代實(shí)際的調(diào)試作業(yè)。SIMOTION系統(tǒng)在沖壓自動(dòng)化線上的應(yīng)用作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，SIMOTION將邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制（定位、同步等）以及工藝控制（壓力、溫度控制等）集中在同一個(gè)系統(tǒng)中。SIMOTION提供了三種硬件平臺：控制器平臺SIMOTION C；驅(qū)動(dòng)器平臺SIMOTION D；PC平臺SIMOTION P。同一個(gè)控制程序可以在任意一種平臺上運(yùn)行。其中，SIMOTION D是基于SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)平臺的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而使其成為一個(gè)極其緊湊同時(shí)具有強(qiáng)大控制功能的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。SIMOTION

5、D具有若干種規(guī)格，具有不同的性能，其中SIMOTION D435適用于中等規(guī)模的應(yīng)用。它帶有兩個(gè)具有時(shí)鐘同步的PROFIBUS接口以及兩個(gè)以太網(wǎng)接口?；谝陨咸攸c(diǎn)，本條自動(dòng)化沖壓線采用的電氣控制系統(tǒng)為西門子公司的SIMOTION D435運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。沖壓自動(dòng)化線采用機(jī)械手上下料傳輸方式實(shí)現(xiàn)整線連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，整線由線頭拆剁單元（拆剁、穿梭對中、涂油和第一臺壓機(jī)上料），12臺壓機(jī)過渡臺與機(jī)械手組合傳輸單元，23臺壓機(jī)過渡臺與機(jī)械手組合傳輸單元，34臺壓機(jī)過渡臺與機(jī)械手組合傳輸單元，45臺壓機(jī)間過渡臺、機(jī)械手、線尾下料機(jī)械手、線尾皮帶機(jī)和照明單元組成，總共5個(gè)單元。整線采用5個(gè)D435分布控制方

6、案，線頭采用一個(gè)317F-2PN/DP安全PLC和一臺工控上位機(jī)，每個(gè)單元的D435與D435之間、D435與317F之間以及D435與工控機(jī)之間采用FROFINET通信，這樣保證了各單元之間通信的高速、實(shí)時(shí)性。 OPC工業(yè)自動(dòng)化通訊規(guī)范1OPC背景OPC（OLE for Process Control）是基于Microsoft公司的Distributed internet Application（DNA）構(gòu)架和Component Object Model（COM）技術(shù)，根據(jù)易擴(kuò)展性而設(shè)計(jì)的。OPC規(guī)范定義了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，該標(biāo)準(zhǔn)使得COM技術(shù)適用與過程控制和制造自動(dòng)化等應(yīng)用領(lǐng)域。OLE原意

7、為對象鏈接與嵌入，而現(xiàn)在的OLE包含了許多新的特征，如統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)構(gòu)化存儲和自動(dòng)化，已經(jīng)成為獨(dú)立于計(jì)算機(jī)語言、操作系統(tǒng)甚至硬件平臺的一種規(guī)范。2OPC接口結(jié)構(gòu)OPC由兩套接口組成：客戶端和服務(wù)器程序員使用的OPC自定義接口（OPC COM Custom Interfaces）；支持用高端商業(yè)應(yīng)用開發(fā)的客戶程序的OPC自動(dòng)化接口（OPC OLE Automation Interfaces）。COM接口效率高，通過該接口，客戶能夠發(fā)揮OPC服務(wù)器的最佳性能，采用C+語言的客戶一般采用COM接口方案；自動(dòng)化接口使解釋性語言和宏訪問OPC服務(wù)器成為可能，采用VB語言的客戶一般采用自動(dòng)化接口。自動(dòng)化

8、接口簡化客戶應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)，但運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行類型檢查，犧牲了程序的運(yùn)行速度。OPC自定義接口是服務(wù)器必須提供的，而自動(dòng)化接口則不一定提供。3OPC界面關(guān)系OPC技術(shù)是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備與過程管理級進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)開放性的關(guān)鍵技術(shù)。OPC以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序級的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用Client/Server模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠商或第三方廠家。以Server的形式提供給Client，并規(guī)定了一系列的接口標(biāo)準(zhǔn)，由Client負(fù)責(zé)創(chuàng)建Server的對象及訪問Server支持的接口，從而把硬件生產(chǎn)廠商與軟件開發(fā)人員有效地分離開來。在這種情況下，硬件制造商、軟件供應(yīng)商

9、以及用戶都可得到極大方便。沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線監(jiān)控平臺1OPC通訊配置SIMATIC NET OPC服務(wù)器與SIMOTION S7連接通訊組態(tài)。（1）配置PC站的硬件機(jī)架。在安裝完SIMATIC NET后，使用Station Configuraror配置PC站，并指定本機(jī)計(jì)算機(jī)名為PC站名。（2）在SIMATIC Manager中組態(tài)PC站。在SIMATIC Manager中打開整線項(xiàng)目，插入PC站，并在PC站HW Configuration中插入PC站和IE General，在NetPro中配置OPC Server，選擇S7 Connection連接類型，建立和項(xiàng)目中設(shè)備的連接，配置好IP地址。

10、（3）整線OPC通訊變量地址數(shù)據(jù)處理。將SCOUT程序中所有需要監(jiān)控的全局變量導(dǎo)出，并把各變量數(shù)據(jù)拷貝到Microsoft Access數(shù)據(jù)庫文件中；將線頭317F中需要監(jiān)控的變量信息（變量名、連接地址等）寫入Access數(shù)據(jù)庫中，用于對整線信號的監(jiān)控。（4）在SIMATIC NET中配置Configuration Console。（5）使用OPC Scout進(jìn)行通訊測試。2.現(xiàn)場通信及仿真用數(shù)據(jù)庫的建立本文涉及到通訊變量的數(shù)量比較大，超過4000，且變量之間沒有關(guān)聯(lián)，采用Microsoft Access負(fù)責(zé)背景數(shù)據(jù)的存儲，用來保存變量名、變量地址和變量值等數(shù)據(jù)，并且負(fù)責(zé)用戶信息管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)

11、管理等。對各Access數(shù)據(jù)庫表格，在開發(fā)平臺上創(chuàng)建對應(yīng)的CRecordset類，并在項(xiàng)目中定義其對象，負(fù)責(zé)所有背景數(shù)據(jù)庫的操作，此方法簡單可靠。 創(chuàng)建Callback回調(diào)函數(shù)對象LPUNKNOWN pCbUnk；pCbUnk = pCOPCDataCallbackGetUnknown()；連接OPC服務(wù)器和用戶回調(diào)函數(shù)對象HRESULT hRes = AtlAdvise(m_pIOPCGroupStateMgt_LineIf, pCbUnk, IID_IOPCDataCallback, &m_dwAdvise_LineIf)；執(zhí)行讀寫操作變量數(shù)值的讀取采用下面函數(shù)完成：r1 = m_pIOPCAsyncIO2_LineIfRead(1, phServer, 1, &dwCancelID, &pErrors)；變量數(shù)值的寫入采用下面函數(shù)完成：r1 =m_pIOPCAsyncIO2_LineIfWrite(3, phServer, values, 2, &dwCancelID, &pErrors)；獲取OPC服務(wù)器發(fā)布的信息。在Callback.cpp文件中COPCDataCallback: OnDataChange()函數(shù)中，當(dāng)項(xiàng)對象指向的變量發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)執(zhí)行此函數(shù)，并在函數(shù)參數(shù)中賦有變