自動化生產(chǎn)線的仿真技術(shù)

賈麗仕（咸寧職業(yè)技術(shù)學院，湖北　咸寧　437100)

自動化生產(chǎn)線的仿真技術(shù)

賈麗仕
（咸寧職業(yè)技術(shù)學院，湖北咸寧437100)

摘要：基于機電控制仿真軟件平臺開發(fā)自動化生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)，彌補現(xiàn)有儀器設(shè)備不足的欠缺。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室;自動化生產(chǎn)線;仿真技術(shù)

1　引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，中國已成為制造大國，生產(chǎn)設(shè)備一直向生產(chǎn)線方向發(fā)展。各個企業(yè)對設(shè)備的安裝調(diào)試與維護、操作人員需求量急增，促進自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)生和發(fā)展。

自動生產(chǎn)線是機電一體化和自動化專業(yè)的核心課程。它涵蓋機械結(jié)構(gòu)、氣動、傳感器、PLC等技術(shù)。

實驗教學是自動化生產(chǎn)線教學中的重要部分，但是實驗儀器短缺、實驗設(shè)備老化，實驗場地擁擠，嚴重影響教學質(zhì)量。隨著多媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)建立自動生產(chǎn)線仿真實驗教學系統(tǒng)。

實驗者可以在自動化仿真實驗室內(nèi)完成實驗，系統(tǒng)向?qū)嶒炚咛峁┛梢暬缑?。自動生產(chǎn)線仿真技術(shù)可以降低自動化生產(chǎn)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(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)計

2.1生產(chǎn)線裝置

浙江亞龍和浙江天煌的自動化生產(chǎn)線設(shè)備是高職院校使用最多的自動化生產(chǎn)線設(shè)備。這兩家企業(yè)所生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)線很好地模擬了企業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)線控制工作。對應(yīng)各自生產(chǎn)線有不同PLC控制模式。對于采用分布式控制設(shè)備，PLC網(wǎng)絡(luò)的組建是核心內(nèi)容。對于采用集中式控制設(shè)備，控制程序較復(fù)雜，輸入輸出點數(shù)多，重點就是硬件組態(tài)。

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(qū)動器模塊、各種傳感器、電磁閥等。

2.2生產(chǎn)線設(shè)計

對生產(chǎn)線控制有如下要求：

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

（2）運行方式。設(shè)置兩種運行方式：自動、手動。生產(chǎn)線工作時是自動模式，設(shè)備調(diào)試或維修采用手動模式。

（3）聯(lián)鎖和互鎖。生產(chǎn)線各部分相互關(guān)聯(lián)，需要在各個條件下進行聯(lián)鎖。生產(chǎn)線有些機構(gòu)不能同時工作，需要互鎖設(shè)置。

（4）硬件設(shè)計。使用觸摸屏和PLC共同組成自動化生產(chǎn)線。CPU單元負責控制生產(chǎn)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(shè)計。使用PLC仿真軟件進行模擬調(diào)試，為了提高生產(chǎn)線的柔性，程序要考慮各站間的銜接。

2.3自動線仿真實訓(xùn)軟件模型

（1）仿真軟件組成。自動化生產(chǎn)線仿真軟件是基于C語言開發(fā)設(shè)計的。先要開發(fā)工作站的三維模型，建設(shè)電路控制庫和程序代碼，導(dǎo)入控件中。自動線仿真軟件的設(shè)計結(jié)構(gòu)有四層：1）界面表示層：處理用戶與應(yīng)用程序間的交互。2）電路設(shè)計層：定義用戶界面的內(nèi)容，可以二次制作元件進庫。3）程序設(shè)計層：提供應(yīng)用系統(tǒng)的消息傳送、工件調(diào)取、顏色的選擇。4）數(shù)據(jù)庫層：存放電路模型圖和控制程序數(shù)據(jù)。

將邏輯層分為若干組件集，每一個組件集完成響應(yīng)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(diào)用。

（2）仿真軟件模型設(shè)計。仿真自動化生產(chǎn)線是由硬件部分和軟件部分組成的。硬件包括自動化生產(chǎn)線運動部件、控制電路零件、執(zhí)行器等。軟件由電氣控制線路。PLC控制程序、仿真控制平臺構(gòu)成。自動化生產(chǎn)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(shù)據(jù)，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(xùn)系統(tǒng)分析

自動化仿真實訓(xùn)系統(tǒng)是基于機電仿真平臺基礎(chǔ)上二次開發(fā)的，側(cè)重于自主練習和各站考核。系統(tǒng)設(shè)計多個系統(tǒng)故障考核點，配有仿真儀表，方便學生在實訓(xùn)中對故障點排除。另一種仿真是用組態(tài)技術(shù)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(fā)生變化，畫面的圖形也發(fā)生變化。

3　自動化生產(chǎn)線仿真實訓(xùn)特點

3.1具有高職特色

高職教育具有職業(yè)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(tǒng)研發(fā)彰顯高職教育的特色。平時要注重對學生操作能力培養(yǎng)，所開發(fā)的實驗項目要與機電專業(yè)的職業(yè)崗位要求一致，貼切學生將來工作環(huán)境，體現(xiàn)工學結(jié)合。

3.2虛實結(jié)合，優(yōu)勢互補

傳統(tǒng)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(jié)合傳統(tǒng)實驗教學和仿真實驗的優(yōu)勢互補。

對于采集數(shù)據(jù)困難，實驗設(shè)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(shè)備

為了實現(xiàn)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(yè)教師協(xié)助實驗員進行機房管理。

4　結(jié)束語

在自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)備短缺，場地有限的情況下，采用仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可以更好地開展實訓(xùn)教學。仿真技術(shù)更貼近工業(yè)自動化生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境，與傳統(tǒng)flash動畫仿真是完全不同的。仿真技術(shù)能提高學生電氣控制技術(shù)和可編程控制能力，是自動化專業(yè)核心課程最好的開發(fā)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(yè)技術(shù)學院機電一體化專業(yè)教師，講師，主要從事電氣自動化教育研究。