基于MCD的包装流水线虚拟仿真及监控系统设计

发布时间：2017-08-22 21:53

  本文关键词：基于MCD的包装流水线虚拟仿真及监控系统设计

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【摘要】：为了满足机电一体化产品对机械制造行业虚拟仿真及监控设计的需求,西门子工业软件有限公司根据目前行业现状以及广泛的市场调研,提出了机电一体化概念设计(Mechatronics Concept Design,MCD)解决方案,并结合计算机辅助设计软件UG NX开发出了MCD虚拟仿真平台。本文基于MCD平台进行包装流水线虚拟仿真及监控设计,本文设计的流水线系统是虚拟仿真的,但控制系统是实物的。本文设计的系统基于两个目的。一是帮助设计人员进行包装流水线的设计,由于MCD平台对包装流水线虚拟仿真是基于3D平台系统,因此设计人员在设计过程中可精确地看到流水线中各个环节的内部构件以及机构的所有运动状态。二是该系统可用于三维动画的实时监控,MCD在虚拟监控方面比传统视窗控制中心(WinCC)监控效果更加清晰直观,能够清晰地对流水线各个环节运动状态实时跟踪和控制。本文首先对虚拟仿真及监控系统和包装流水线仿真及监控系统的发展现状及趋势进行分析与总结,对西门子MCD平台在包装流水线上应用时存在的问题进行分析并提出解决方案。然后研究基于MCD的包装流水线虚拟仿真监控系统设计中的两个主要问题,即仿真模型设计和模型监控设计。仿真模型设计主要利用产品生命周期管理软件Team center建立包装流水线的需求、功能、逻辑模型结构,在MCD平台上根据实际流水线的运动场景,进行模型的建立、物理属性及运动属性的定义。为了能够实现模型与硬件数据交互进而完成监控的目的,在模型构建过程中,本文没有采用传统的堆积方式建立模型,而是提出运用草图拉伸方式优化模型,通过对碰撞体与刚体的合理选取,对流水线模型进行物理属性的改进;通过运用基于事件的仿真序列重新定义运动属性。模型监控设计主要利用MCD平台提供的软件接口完成对包装流水线虚拟仿真系统和实际的PLC软硬件系统的数据交换,从而实现对流水线的监控。目前MCD与PLC进行通信过程中尚不能实现数据的完整交互,本文在总结MCD虚拟仿真平台特点的基础上,提出运用XML技术实现虚拟仿真模型与PLC输入/输出(I/O)数据之间的实时交互,在进一步利用了OPC server作为MCD与PLC通信桥梁的基础上,实现了MCD与PLC的数据交换。本文最后对设计完成的包装流水线仿真及监控系统进行了系统测试,测试表明了本文设计的系统是可行并可靠的。
【关键词】：包装流水线 MCD 仿真 XML 监控
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB486.3;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-14
• 1.1 课题的背景及意义11
• 1.2 虚拟仿真及监控系统发展现状和趋势11-12
• 1.3 包装流水线仿真及监控系统发展现状及趋势12-13
• 1.4 本文的工作及章节安排13-14
• 2 基于MCD的包装流水线仿真及监控系统解决方案14-24
• 2.1 引言14
• 2.2 需求分析14-15
• 2.3 系统总体解决方案15-19
• 2.3.1 功能设计分析15-16
• 2.3.2 逻辑设计分析16-17
• 2.3.3 基于MCD的包装流水线模块构成17-18
• 2.3.4 MCD应用到包装流水线技术问题分析18-19
• 2.4 系统硬件构成及组态19-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 基于MCD的包装流水线虚拟仿真模型构建技术研究24-31
• 3.1 引言24
• 3.2 模型分析24-25
• 3.3 模型参数化分析25-26
• 3.4 仿真设计26-30
• 3.4.1 物理属性26
• 3.4.2 运动属性26-27
• 3.4.3 仿真序列27-30
• 3.5 本章小结30-31
• 4 基于XML的数据交互设计31-36
• 4.1 引言31
• 4.2 XML与PLC数据匹配分析31-33
• 4.3 OPC与PLC连接33-35
• 4.4 本章小结35-36
• 5 基于MCD的包装流水线详细设计36-58
• 5.1 引言36
• 5.2 建立模型36-40
• 5.3 模型参数化40-43
• 5.4 仿真设计43-52
• 5.4.1 物理属性定义43-46
• 5.4.2 运动属性定义46-47
• 5.4.3 仿真序列定义47-52
• 5.5 XML与PLC数据匹配52-55
• 5.6 OPC与PLC连接55-56
• 5.7 MCD与PLC通信56-57
• 5.8 本章小结57-58
• 6 系统测试与验证58-61
• 6.1 引言58
• 6.2 仿真测试58
• 6.3 通信测试58-60
• 6.3.1 OPC与PLC通信测试59
• 6.3.2 MCD与PLC通信测试59-60
• 6.4 监控测试60
• 6.5 本章小结60-61
• 7 总结与展望61-63
• 7.1 总结61
• 7.2 展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录一 模型XML格式输入输出数据67-78
• 附录二 模型XML格式地址数据78-93
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文93

【参考文献】

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本文编号：721199