SIMIT专项方案供料站控制新版系统试验.doc

项目名称：SIMIT方案-供料站控制系统试验

Siemens SIMIT 例程对象开发计划书

1. SIMIT例程介绍
MPS模块化加工系统是结合现代工业特点开发研制模拟自动化生产过程，集机械、电子、通讯为一体高度集成机电信息一体化试验装置，涵盖了机械设计、传感器技术、自控技术、信息技术和计算机技术等多项学科内容。它包含供料站、检测站、加工站、提取站、工件暂存站、机器人组装站、冲压站、成品检测站、分装站等多个加工单元。整个系统处理了学生不能在实际生产线上操作训练问题，为老师和学生提供了一套符合实际情况模拟教学环境。本例程选择供料站作为SIMIT例程，对其进行建模和仿真。

图1 MPS中供料站外观图
2. SIMIT例程功效描述
供料站通常作为MPS第一站，为后续各站提供物料及加工工件。供料站完成送料工作，将工件从料仓送到检测单元，其工作步骤为开始前检测站是否复位，没有复位，复位灯亮，假如已经复位，开始灯亮。按下开始按钮，摆动气缸到下一站位置，检测料仓是否有工件，假如没有工件，料仓空灯亮，而且摆动气缸回到料仓位置，假如料仓有工件，推出工件到位，摆动气缸回到料仓位置，吸收工件，达成设定真空度后，假如下一站没有准备好，等候，假如已准备好，摆动气缸到下一站位置，放下工件，循环结束。
3. SIMIT对象和PLC输入和输出接口
表1 数字量输入地址定义
数字量输入地址
符 号
定 义
备 注
I0.1
1B2
伸缩缸在伸出位置

I0.2
1B1
伸缩缸在缩回位置

I0.3
2B1
工件被吸住

I0.4
3S1
摆动缸在料仓位置

I0.5
3S2
摆动缸到料仓位置

I0.6
B4
料仓空

I1.0
S1
开始按钮

I1.1
S2
停止按钮

I1.2
S3
自动/手动

I1.3
S4
复位

I1.5
Em_Stop
急停按钮

表2 数字量输出地址定义
数字量输出地址
符 号
定 义
备 注
Q0.0
1Y1
工件被推出

Q0.1
2Y1
产生真空

Q0.2
2Y2
产生正压

Q0.3
3Y1
摆动缸到料仓位置

Q0.4
3Y2
摆动缸到下站位置

Q1.0
H1
开始_灯

Q1.1
H2
复位_灯

Q1.2
H3
料仓空_灯

4. 利用SIMIT对例程建模
利用SIMIT对例程建模思绪：
1．选题标准：选题标准努力争取完整性、真实性、实用性及新奇性，所选题目起源于试验室建设，代表了控制系统中离散加工系统，含有一定代表性。
2．界面设计：界面设计包含两部分，即MPS供料站工作外观图和操作面板。此部分设计努力争取仿真对象界面美观、友好，能清楚并完整反应MPS供料站外观特点，同时操作者能够轻松掌握操作方法。
3．后台设计：供料站后台设计中使用大量RAMP组件，实现被控对象中气缸伸缩、抬放、旋转等动作；在工件设计方面，关键采取工件可件/不可见属性，经过条件判定来实现工件位置改变。
4．创新点难点：创新点表现在于在设计中对仿真供料站运行过程中犯错情况进行仿真，如气抓手吸收工件后搬运过程中，在还未抵达正确位置情况下，假如产生正压，工件便会掉落到其所在垂直位置下方等。难点表现于仿真对象建模过程中动作真实性及连贯性实现，如旋转气缸吸收工件旋转过程等。
建模过程和方法：
1．SIMIT环境下MPS仿真模型包含前台动态界面设计、后台逻辑设计和和控制器接口设计，而前台界面设计部分又包含可视化部分设计和操作面板部分设计，其结构图2所表示：

图2 SIMIT环境下MPS仿真模型结构
2．前台动态界面关键依据真实MPS外形和作用进行设计，其和后台逻辑模块间设计是对应，经过后台对应逻辑模块使能来驱动前台界面产生动态效果或是采集前台控制信息；和控制器接口设计关键任务为选择合适网关，并在网关下建立和控制程序相一致外部变量名称和绝对地址，在供料站SIMIT设计中，网关采取PLCSIM；后台和网关连接则经过后台组件库中外部设备组件进行关联。所以，SIMIT环境下建立MPS仿真模型大致步骤图3所表示：

图3 SIMIT环境下建立MPS仿真模型步骤
3．选择PLCSIM网关并建立外部变量

图4 SIMIT中供料站输入网关设计
图5 SIMIT中供料站输出网关设计
4．后台逻辑设计
后台逻辑设计关键经过外部输出来驱动各个组件动作，并最终反应到前台界面中去，在这一部分中关键包含资源分配管理、实施器和传感器设计、工件位置转换设计、犯错模块设计。
a.资源分配管理
资源分配管理部分实现外部变量和后台逻辑关联，经过后台逻辑和前台按钮关联，最终实现外部变量和前台控制面板通讯。图6所表示为供料站资源分配管理部分设计：

图6 供料站资源分配管理部分设计
b.实施器和传感器设计
MPS各单元中使用了大量气动实施元件，SIMIT任务为对这些实施器进行功效上仿真。在供料站仿真模型下，实施器和传感器设计关键包含推出气缸、摆动气缸、真空气缸动态设计，传感器包含工件有没有检测、工件颜色检测、限位开关等。在设计过程中，使用了大量“RAMP”“AND”等常见组件，图7所表示为后台逻辑中相关摆动缸转动部分程序：

图7 后台逻辑中相关摆动缸转动部分程序
c.工件动作设计
工件动态设计部分关键表现在向料仓添加工件、工件被推出、工件随摆动气缸动作、工件被清除等。这些动作及动作间切换均经过工件动作逻辑块及工件间切换显示属性来实现。在设计过程中，为完成一个工件加入料仓、被推出、被摆动缸送到下一站位置和被清除动作，分别经过三个工位间显示属性来实现。其中大量使用了“RS”、“R_TRIG”组件，因为需要考虑使能条件较多，因以后台逻辑较为庞杂，图8所表示为工件设计一部分后台逻辑：

图8 工件设计部分后台逻辑设计
d.犯错模块设计
犯错模块设计是为了表现SIMIT设计中完全仿真被控对象思想，即不管控制程序怎样编写，当某一步骤编写犯错时，SIMIT上仍然能够反应这个犯错动作。在供料站模型设计中，犯错模块设计关键表现在摆动气缸吸收工件还未抵达平台位置时，真空吸盘产生正压情况下，工件掉落在其正下方动作。图9所表示为此部分犯错模块后台逻辑设计：

图9 犯错模块后台逻辑设计
5. 利用SIMIT设计例程操作界面

图10 供料站操作界面
操作步骤：
1．在STEP 7中打开“供料站”工程；
2．打开PLCSIM，把PLC程序下载进去，将PLCSIM置于RUN-P状态；
3．打开SIMIT, 双击打开“distributing”工程，在列表中双击Simulation；
4．开始仿真：
步骤1：单击“Power”“Gas” 按钮，表示通电，给气；
步骤2：添加工件，按下“add parts”按钮，当工件已加入时，“Part_AV”传感器有信号；
步骤3：根据供料站工艺步骤进行控制面板操作；
步骤4：当要去除工作台上和掉落到地上工件时，能够按下界面上对应按钮进行操作。
注意：“Next station present”按钮是模拟下站反馈信号，当需要用到下站准备好信号时，能够人工手动给其信号来模拟这个信号。
6. SIMIT对象PLC控制程序开发
PLC控制程序步骤见图11。
图11 PLC控制程序步骤图