摘 要

如今，虚拟仿真技术越来越多的被应用于教学和各种生产线开发中，本文就利用了虚拟仿真软件Irai VUP对马达自动化生产线虚拟仿真模型进行研究，将生产线模型分为三个模块，分析每个模块的组成与功能，总结生产线的工艺流程，熟悉模型构建方法和模型接口，找出并改进模型的不足，然后用台达PLC编程软件WPLSoft完成PLC控制程序的编写，最后利用UGateway将PLC与仿真模型进行连接，实现PLC对马达自动化生产线仿真模型的控制，完成一套适配生产车间和满足工程训练需求的马达自动化生产线。

论文内容主要包括虚拟仿真、机器人系统的综述，Irai VUP软件的介绍，马达自动化生产线虚拟仿真模型的研究与分析，马达自动化生产线虚拟仿真模型的分析与改进，以及PLC控制程序的设计和分析。

关键词：虚拟仿真模型；PLC；马达；自动化

Abstract

Nowadays, virtual simulation technology is more and more to be used in teaching and production line development. In this paper, the virtual simulation software Irai VUP is used The virtual simulation model of motor automation production line is studied. The production line model is divided into three modules. The composition of each module is analyzed, the process flow of the production line is summarized, the model construction method and model interface are familiar, and the shortcomings of the model are found out and improved. Then the program ladder diagram is compiled by WPLsoft, which is the programming software of Delta PLC. Finally, PLC is connected with the simulation model to realize the control of PLC on the simulation model of the motor production line, and complete a set of motor automation production line that adapts to the production workshop and meets the training requirements.

This paper mainly includes the virtual simulation, the overview of robot system, the introduction of Irai VUP software, the research and analysis of the virtual simulation of motor automation production line, the analysis and improvement of the virtual simulation of motor automation production line, and the design and analysis of PLC control program.

Key Words：Virtual simulation model; PLC; motor; automation

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景、目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 1

1.3 研究内容及预期目标 2

第2章 机器人系统综述 3

2.1 虚拟仿真系统综述 3

2.2 机器人系统综述 3

2.2.2 ABB机器人 3

2.2.2 ABB机器人的I/O通信介绍 4

2.2.3 搬运系统程序的基本设计方案 5

第3章 Irai VUP软件概述 6

3.1 Irai VUP软件简介 6

3.1.1 功能介绍 6

3.1.2 软件界面介绍 6

3.2 构建仿真模型的主要步骤 7

第4章 虚拟仿真模型的工艺流程 8

4.1 虚拟仿真模型简介 8

4.1.1 一站仿真模型 8

4.1.2 二站仿真模型 11

4.1.3 三站仿真模型简介 13

4.2 生产线的工艺流程 14

4.2.1 一站工艺流程 14

4.2.2 二三站工艺流程 14

第5章 虚拟仿真模型分析与改进 16

5.1 模型接口 16

5.2模型的缺陷及改进 25

第6章 PLC控制程序设计 30

6.1 PLC程序设计 30

6.1.1 初始化程序设计 30

6.1.2 一站程序设计 30

6.1.3 二三站程序设计 35

6.2 PLC程序调试 38

第7章 总结 40

参考文献 41

致 谢 42

第1章 绪论

1.1 研究的背景、目的及意义

马达应用于汽车工业、机械制造，自1912年首次使用与汽车行业后，其种类和功能在不断拓展，马达的制造与组装的方式也在不断发展^[1]。当前市面上马达自动化生产设备稀少，并且自动化程度比较低，导致马达自动化生产设备的市场占有率低，这和企业主对全自动设备的急切需求呈反比。PLC 以微处理器为核心，为工业自动化控制提供良好的基础，PLC综合了IT技术、自动控制技术与通讯技术，同时具有可靠性高、功能强、稳定性强以及易于编程等一系列优点^[2]。越来越多的工业控制的项目使用 PLC来作为控制核心，而且PLC凭借自身优点，也能很好完成既定控制目标^[3]。总之，PLC能高效而又稳定的控制各执行器件，完成各种预设动作。因此，采用基于 PLC 的自动化产线如今越来越来多的出现在人们的生活中。本课题就研究了一种马达自动化生产线虚拟仿真系统，完成了以PLC为核心的控制系统的设计。

已知的马达自动化生产线虚拟仿真模型中有许多缺点，本设计需要掌握VUP软件中模型的的构建方法，熟悉并了解模型接口，而后找出仿真模型中的缺点并进行修改，并设计PLC程序控制模型仿真，从而完成一套适用于学生工程训练和实际生产车间的马达自动化生产线虚拟仿真模型，为马达自动化生产线的制造和控制提供新的思路。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

最开始，自动化由美国的通用汽车公司设计工程师D.S.Harder在1936年提出。他提出的最早期自动化的概念是在一个生产过程中，零件转移不依赖人工去搬运就是“自动化”^[4]。在二十世纪50年代前，流水生产线与半自动生产线首先在汽车工业中出现了。二战结束以后，在美国、俄罗斯等工业较发达国家的军械制造业中，半自动化的生产线得到了进一步的发展，半自动线数目急剧增加^[5]。然后到了二十世纪70年代，欧美发达国家已经基本实现了制造自动化，而后的十几年中，逐渐发展出了典型的自动化制造系统，比如大型轿车壳体冲压自动化系统，物流与仓储自动化系统，大型车体机械手接自动化系统等等，并进一步提出无人化工厂的概念^[6]。进入二十一世纪以来，随着机器人与自动化装备技术的发展，发达国家进一步使用机器人自动化生产线，而且渗透到了纺织、电子、轻工、家电等行业，并且涌现出一批完全自动化产线作业的超大型公司，例如美国的NDC公司、GE公司，瑞典的ABB公司，西门子、德国的博士、KUKA，法国的阿尔斯通，安川电机、川崎重工、日本的三菱等^[7]。

1.2.2 国内研究现状

我国最早时期的自动化产线主要是从国外引进的，自20世纪80年代开始我国从国外引进大量的自动线，比如手机的生产线是引进美国的，汽车的生产线是引进德国大众，日本丰田，美国福特等公司的，高端纺织生产线是引进日本和意大利的^[8]。而我国在引进自动化产线过程中，由于各种原因，没有像日本和韩国那样从外国的技术中吸收并逐步发展为自主创新产品，所以直到目前，我国自动化产线及其自动化设备的研发能力比较薄弱^[9]。

随着国内劳动力价格上涨，许多传统手工业如今难以维持高额的劳动成本，使得传统手工业的冲击十分巨大，代替传统手工业的自动化生产设备呼之欲出，同时其他行业成熟的技术和经验为新型的自动化设备提供良好的基础^[9]。传统手工业在大环境下得到了提升，产生自动化设备代替手制造的趋势，这是制造业发展的必然选择，也是企业和社会的必然选择^[10]。

1.3 研究内容及预期目标

本文借助Irai VUP软件对马达自动化生产线虚拟仿真模型进行研究，总结生产线的工艺流程，熟悉模型构建方法和接口，找出并改进模型的不足，接着用台达PLC完成控制程序的设计，最后利用UGateway和台达PLC与仿真模型进行连接，实现PLC对模型的控制，使仿真结果能够达到预期效果。具体研究内容如下：