电气仿真分析

5.4.1 电气仿真范围

长安福特总装车间电气仿真是根据总装车间相关的 CAD 设计图纸搭建电气仿真平台，保 证仿真平台与实际现场环境的整体大小、设备个数，设备尺寸、设备位置一致。完整的总装车 间生产仿真平台包括机械部分和电气部分。现场机械部分是指以实际的物理尺寸和物理特性，

仿真出生产线所有的机械设备，如吊具，滚床，升降机，停止器等。现场电气部分是指建立所 有的电气设备的仿真模型，仿真模型反应完整的电气设备特性，包括电气设备的控制，电气设 备的输入（传感器、操作面板的按钮，旋钮），电气设备的输出（变频器输出，电机的启停）等。

由于总装车间工艺流程较多，装配过程较为复杂^[52]，给电气仿真的模型建立带来了很大难 度。若建立整个总装车间的电气仿真模型，模型复杂不利于总装车间的电气调试，而且建立整 个总装车间模型耗时较长，延缓了电气调试的进度，不符合仿真本身节省时间，提前调试的目 的。供应商在编写电气控制 PLC 程序时，按照面向对象编程的方法^[53]，将总装车间按照电气硬 件和装配流程模块化，将总装车间划分不同的部分进行编写。因此在进行总装电气仿真时，应 简化模型，将总装车间分为若干个重要的节点，再依据供应商对于 PLC 程序模块的方法，对各 个节点进行单独的验证以保证程序的正确性。这样在仿真时，供应商只要完成一个模块的 PLC 程序就可以进行验证，保证电气调试的进度和 PLC 程序的时效性，使仿真效果达到最佳。现将 总装车间电气仿真分为以下几个重要部分。

（1）涂装车间到 PBS 输送

5.4.2 电气仿真流程

图 5.3 电气仿真流程图

电气仿真的流程如图 5.3 所示，建立仿真模型，然后将仿真模型与 PLC 各个输入输出量进 行关系的对应，建立 PLC 于仿真平台之间的通信，将 PLC 程序下载至 PLC 中，进行仿真验证

[54]。下面将对各个流程进行详细说明。

仿真模型的建立分为两种方法，一是利用 Demo3D 自身的模型库中的模型进行建模，这种 方法能快速的建立模型，并且对应模型中的电气关系。滚床采用模型库中的 Conveyor 进行建模，

Conveyor 模型中自带有速度和加速度设置，电机的启停快关等。传感器采用模型库中的 Sensor 进行建模，模型中带有布尔量进行传感器触发的判定。

另一种方法是利用 Demo3D 中自定义编程的方法进行建模，这种方法能够建立非标准的复 杂动作模型，并能按照设备要求自定义电气关系。自动转接装置采用自定义的方法进行建模，

根据 CAD 图纸建立设备的 3D 模型，将 3D 模型导入 Demo3D 软件平台中，利用软件平台的 Jscript 二次开发工具^[55]，对设备模型的动作进行编辑。为了判断动作是否执行，建立对应的电气关系，

建模时采用 Demo3D 仿真软件平台驱动机制-MessageListening 机制^[56]。MessageListening 机制 类似于一个对象监听另一个对象，从而做出相应的处理。利用 MessageListening 机制，设置自 定义布尔量，当布尔量改变时，触发设备模型的执行相对应动作，完成电气仿真的电气关系建 模。

建立模型

对应电气关系

实现仿真平台与 PLC之间的通信

程序下载至 PLC

电气仿真试验

图 5.4 电气关系对应表

建模完成后，需要将仿真模型中的电气关系对应至真实 PLC 的输入输出，建立对应关系表，

如图 5.4 所示。将 PLC 输入输出量和仿真模型中的参数量相对应，并导入至软件，实现电气关 系的对应。西门子 PLC 和仿真软件平台采用 S7 Functions 的通信协议进行通信^[57]，如图 5.5 所 示。Demo3D 电气仿真的本质是通过与 PLC 之间的通信，将输入量写入 PLC 中，触发执行 PLC 中的程序，再将输出量传送给仿真软件平台，控制仿真模型^[58]。不停的循环此动作，仿真 PLC 真实执行顺序，以达到验证控制逻辑的目的^[59]。因此可以看出 Demo3D 的 PLC 控制逻辑验证 时效性和真实性依赖于通信交换数据之间的时间间隔，在汽车生产线中对于 PLC 控制时效性要 求一般的场合，Demo3D 仿真软件平台满足要求。

图 5.5 PLC 通信设置

5.5 本章小结

本章介绍了总装配线的工艺流程以及生产线结构，对总装车间电气仿真项目的范围进行分 析。详细阐述电气仿真的流程，仿真平台建立模型的方法。并对电气仿真所需要的 PLC 硬件条 件和通信方法进行介绍。