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        基于NX MCD 的平面口罩焊接組虛擬調(diào)試

        2023-12-22 06:48:14黎玲萍趙永信
        裝備制造技術(shù) 2023年10期
        關(guān)鍵詞:調(diào)試動作信號

        黎玲萍,趙永信,陳 勇

        (1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 智能制造學院,廣西 南寧 530001;2.深圳復興智能制造有限公司,廣東 深圳518127))

        0 引言

        在進行產(chǎn)品的真機調(diào)試之前,為了高效和安全地完成前期的提前調(diào)試驗證,虛擬調(diào)試是一項很重要的技術(shù)方法。虛擬調(diào)試主要分為軟件在環(huán)和硬件在環(huán)兩種,其中的軟件在環(huán)虛擬調(diào)試就是利用虛擬的控制器對虛擬的模型動作序列進行控制,整個動作序列完成的設(shè)備和控制器均是虛擬的,而硬件在環(huán)虛擬調(diào)試就是包含了一部分硬件和一部分軟件在調(diào)試過程中,當然,還沒有驗證的三維模型設(shè)備還是虛擬的,但是控制器及一些相關(guān)的HMI 等上位機則是真實的設(shè)備,這種虛擬和現(xiàn)實設(shè)備結(jié)合的調(diào)試則更進一步驗證了所需要調(diào)試的三維模型的相關(guān)功能的可行性和合理性。在真機調(diào)試前完成一次虛實設(shè)備之間的硬件在環(huán)虛擬調(diào)試,用以驗證設(shè)計對象動作功能的可行性和合理性,提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率的同時也更加安全。正是由于這些優(yōu)點,近年來,不管是軟件在環(huán)還是硬件在環(huán)的虛擬調(diào)試在機電設(shè)備中的應(yīng)用研究還是很多。

        在軟件在環(huán)虛擬調(diào)試方面,侯星宇等[1]通過PLCSIM Adv 的通信方式實現(xiàn)了MCD 與TIA 之間的實時通信,采用了虛擬的PLC 和虛擬的MCD 自動換刀裝置實現(xiàn)了其軟件在環(huán)虛擬調(diào)試。李華川等[2]驗證了基于MCD 和TIA 結(jié)合的工業(yè)機器人軟件在環(huán)虛擬調(diào)試方案的可行性和有效性。林裕程等[3]通過PLCSIM Adv 的通信方式實現(xiàn)了虛擬PLC 對數(shù)控機床模型的控制。

        在硬件在環(huán)虛擬調(diào)試方面,鄭俊強等[4]以機器人碼垛工作站為研究對象,在MCD 平臺對其實現(xiàn)了虛擬調(diào)試,驗證了機器人碼垛工作站的數(shù)字化設(shè)計和虛擬調(diào)試的可行性,降低了開發(fā)成本。蔡文站等[5]以機器人打磨葉片為研究對象,通過OPC UA 通信協(xié)議實現(xiàn)機器人打磨葉片系統(tǒng)軟/硬件聯(lián)合虛擬調(diào)試,驗證了基于MCD 平臺的虛擬調(diào)試的可行性。

        從以上的研究可以看出,虛擬調(diào)試無論在軟件在環(huán)還是硬件在環(huán)的虛擬調(diào)試,其應(yīng)用研究覆蓋的面還是很廣的,但是從虛擬調(diào)試的研究中發(fā)現(xiàn)把基于MCD 的虛擬調(diào)試應(yīng)用在口罩生產(chǎn)的研究卻鮮有看到。故文中以平面口罩裝配單元的焊接組為研究對象,在NX MCD 平臺,為平面口罩裝配單元的焊接組建立了三維模型,在MCD 平臺完成了其機電一體化概念設(shè)計,并利用OPC UA 的通信方式實現(xiàn)了MCD模型與真實PLC 之間的硬件在環(huán)虛擬調(diào)試,為從事機電一體化設(shè)計等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員提供一定的參考。

        1 焊接組的機電概念設(shè)計概述

        平面口罩的焊接組件主要是實現(xiàn)口罩的耳帶和口罩面之間的超聲波焊接的功能,其機電概念設(shè)計的過程就是給焊接組添加相應(yīng)的運動副和耦合副,然后添加相應(yīng)的位置控制,其結(jié)構(gòu)及添加結(jié)果如圖1 所示,圖中主要是添加了相應(yīng)的運動副和耦合副。

        圖1 焊接組的結(jié)構(gòu)及運動副

        2 基于OPC UA 的焊接組通信設(shè)置

        焊接組的主要控制對象是耳帶夾子,而耳帶夾子的運動就是控制其夾緊和松開動作、垂直上下運動和旋轉(zhuǎn)運動。除此之外還需要控制壓板的上下運動來實現(xiàn)焊接前把口罩面壓緊,再控制焊接頭的上下運動實現(xiàn)超聲波焊接。為了實現(xiàn)這些控制動作,分別利用外置實際的PLC 信號來控制這些動作。接下來,就具體的通信設(shè)置及實現(xiàn)過程進行說明。

        2.1 基于MCD 的虛擬調(diào)試思路

        在NX MCD 中,可以支持多種與外部信號的配置方式,包含有OPC UA、OPC DA、PLCSIM Adv 等,在此焊接組的虛擬調(diào)試中,為了提前利用真實PLC對MCD 模型進行調(diào)試,選擇利用OPC UA 的通信方式,主要的調(diào)試思路如下:

        首先,在MCD 中完成焊接組的機械設(shè)計添加相應(yīng)的運動關(guān)系,并且利用MCD 中的位置控制的電氣驅(qū)動命令實現(xiàn)耳帶夾子的夾緊松開位置控制、耳帶夾子上下驅(qū)動的位置控制、耳帶夾子旋轉(zhuǎn)的位置控制、壓板的上下驅(qū)動位置控制以及焊接頭的上下驅(qū)動位置控制。

        其次,在MCD 的內(nèi)部把這些位置控制命令與信號相關(guān)聯(lián),讓位置控制中的目標位置成為MCD 的輸入信號,速度的控制則在MCD 的位置控制中進行調(diào)整。

        最后,在MCD 中完成外置PLC 與MCD 模型的配置方式的選擇及信號的相互映射,這樣就可以實現(xiàn)PLC 的輸出信號作為MCD 的輸入信號,達到PLC 控制MCD 的模型動作的目的,這樣就可以提前調(diào)試,在調(diào)試過程中參數(shù)的改變可以很直觀地在模型的動作上面顯示,使得調(diào)試更加直觀和高效,調(diào)試完成后,調(diào)試的相關(guān)參數(shù)會更加合理,調(diào)試程序也可以直接用于后面的真機,調(diào)試好的模型結(jié)構(gòu)參數(shù)也比較準確,利用NX 的加工模塊可以完成加工,使得最終進行真實設(shè)備的裝配時精度更高,以此節(jié)省了反復調(diào)試的時間,提高了效率。

        2.2 OPC UA 信號配置及信號映射

        為了實現(xiàn)真實的PLC 與NX MCD 虛擬模型的信號連接,需要建立其信號配置,主要分兩步來實現(xiàn)。

        第一步,文中選擇了一款S7-1511C-1PN 的PLC來進行試驗研究,該PLC 是支持OPC UA 服務(wù)的,并且利用TIA 軟件來進行編程和調(diào)試,所以在TIA 中完成該PLC 的組態(tài)后,在硬件組態(tài)中激活OPC UA 服務(wù)器,并復制服務(wù)器的地址。

        第二步,在NX MCD 中的外部信號配置中選擇OPC UA 方式,在彈出的窗口中添加OPC UA 服務(wù)器,在URL 中粘貼在TIA 軟件中復制的服務(wù)器地址,這樣即可實現(xiàn)其外部信號的配置。

        如圖2 所示,在MCD 的外部信號配置中,選擇PLC 需要控制焊接組的兩個耳帶夾子、耳帶夾子上下運動、耳帶夾子旋轉(zhuǎn)、壓板運動和焊接頭運動的控制輸出信號,把這些PLC 的輸出信號從外部信號配置中勾選后就可以在MCD 的信號映射命令中一一對應(yīng)實現(xiàn)信號的映射關(guān)聯(lián)。

        圖2 PLC 的輸出與MCD 輸入信號的映射

        3 焊接組的硬件在環(huán)虛擬調(diào)試

        如圖3 所示,圖中的電腦中是平面口罩裝配單元的焊接組虛擬模型,圖中的PLC 是一款真實的PLC,由于是通過OPC UA 的方式實現(xiàn)的硬件在環(huán)虛擬調(diào)試,所以真實的PLC 與虛擬模型(電腦中的NX 軟件中)通過一根網(wǎng)線進行連接。

        圖3 硬件在環(huán)調(diào)試設(shè)備

        完成了真實PLC 與虛擬MCD 模型的信號配置及信號映射后,首先需要先驗證其信號關(guān)系是否映射成功,所以需要在TIA 軟件中組態(tài)真實的PLC 并利用PLC 的信號監(jiān)控來分別驗證以下內(nèi)容:

        (1)通過PLC 中MD4 和MD8 中的數(shù)值分別控制左右兩個耳帶夾子的夾緊與松開移動位置;

        (2)通過PLC 中MD12 中的數(shù)值來控制耳帶夾子上下驅(qū)動氣缸的上下移動位置;

        (3)通過PLC 中的MD16 中的數(shù)值來控制耳帶夾子旋轉(zhuǎn)的角度;

        (4)通過PLC 中的MD20 中的數(shù)值來控制焊接頭的上下移動位置;

        (5)通過PLC 中的MD24 中的數(shù)值來控制壓板的上下移動位置。

        這里需要特別說明PLC 控制MCD 模型是通過PLC 中數(shù)據(jù)類型為Real 型的數(shù)據(jù)來控制MCD 中的double 型的數(shù)據(jù),否則無法實現(xiàn)映射。以上驗證成功后,就可以利用PLC 中的MD4-MD24 這些存儲器中的數(shù)值變化來控制焊接組的各結(jié)構(gòu)的動作,以此來編程即可實現(xiàn)對MCD 的焊接組的動作邏輯的程序自動控制,以這種方式實現(xiàn)了焊接組件在沒有生產(chǎn)前的硬件在環(huán)提前調(diào)試。

        4 結(jié)語

        本文以平面口罩焊接組的虛擬調(diào)試試驗為主線,采用OPC UA 的通信方式實現(xiàn)了平面口罩焊接組的各運動部件的虛擬調(diào)試,主要調(diào)試了完成焊接組焊接動作所需要的耳帶夾子的夾緊松開PLC 控制、耳帶夾子的上下移動PLC 控制、耳帶夾子的旋轉(zhuǎn)運動PLC 控制、焊接頭和壓板的上下移動PLC 控制。利用真實的PLC 控制虛擬MCD 焊接組模型的試驗說明了焊接組基于MCD 的硬件在環(huán)虛擬調(diào)試的可操作性和有效性,試驗結(jié)果表明:平面口罩焊接組的硬件在環(huán)虛擬調(diào)試縮短了真機調(diào)試時間,提高了生產(chǎn)效率。

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