【基于機(jī)電一體化虛擬仿真的智能物流搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)12000字（論文）】

-PAGE5-摘要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,物流行業(yè)逐步從傳統(tǒng)物流向現(xiàn)代物流進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí),智能物流也已經(jīng)逐漸出現(xiàn)。現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷進(jìn)步和發(fā)展,我們?cè)趯?duì)電氣控制的應(yīng)用方面也都取得了很大的突破,自動(dòng)化控制更是將其作為工業(yè)控制理論其中的重要組成一環(huán),而對(duì)電氣的自動(dòng)化控制則是通過對(duì)可編程控制器PLC的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的,可編程序控制器PLC作為以微處理器控制系統(tǒng)為主要核心的一種通用型電氣工業(yè)控制模式,目前已被大面積地廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。本課題主要面向PLC控制和智能物流領(lǐng)域，圍繞如何解決無(wú)人智能物流系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，通過應(yīng)用SOLIDWORKS、VirtualUniversePro等軟件，完成對(duì)智能物流搬運(yùn)系統(tǒng)的三維建模與PLC控制。在完成建模的過程中，同步完成了對(duì)于模型相關(guān)的物理材料設(shè)置和物理規(guī)則賦予。在實(shí)現(xiàn)物理規(guī)則賦予后，實(shí)現(xiàn)可視化的動(dòng)態(tài)機(jī)械的系統(tǒng)仿真，以便觀察具體PLC程序所實(shí)現(xiàn)的相關(guān)功能。為了實(shí)現(xiàn)課題目標(biāo)，需要掌握PLC編程、三維建模等相關(guān)知識(shí)。課題主要難點(diǎn)在物流系統(tǒng)的建模組件的配合程度和物理規(guī)則賦予。關(guān)鍵詞：PLC；虛擬仿真；三維建模；SOLIDWORKS；VirtualUniversePro目錄TOC\o"1-3"\h\u13668第一章緒論 754071.1研究背景 7218161.2研究現(xiàn)狀 7193271.3論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排 819601.4本章小結(jié) 928197第二章應(yīng)用軟件工具介紹與分析 10168842.1SOLIDWORKS軟件介紹與本文應(yīng)用分析 10266592.2TIAPortal軟件介紹與本文應(yīng)用分析 11108692.3VirtualUniversePro軟件介紹與本文應(yīng)用分析 13142872.4本章小結(jié) 1431232第三章模型構(gòu)建過程 15325433.1電機(jī)建模過程 15116173.2機(jī)架建模過程 17183513.3機(jī)械夾建模過程 19122163.4螺母滑道建模過程 2182403.5其他組件建模過程 2482403.6本章小結(jié) 2711458第四章控制程序 2997434.1PLC控制器選擇 29292604.2PLCHMI選擇 29260074.3程序段編寫 30169984.3.1控制程序 3030324.3.2HMI程序 35174274.4本章小結(jié) 3528292第五章仿真測(cè)試過程及結(jié)果分析 3630643結(jié)束語(yǔ) 3932590參考文獻(xiàn) 41

第一章緒論1.1研究背景隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,物流行業(yè)逐步從傳統(tǒng)物流向現(xiàn)代物流進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí),智能物流也已經(jīng)逐漸出現(xiàn)[]?，F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷進(jìn)步和發(fā)展,我們?cè)趯?duì)電氣控制的應(yīng)用方面也都取得了很大的突破,自動(dòng)化控制更是將其作為工業(yè)控制理論其中的重要組成一環(huán),而對(duì)電氣的自動(dòng)化控制則是通過對(duì)可編程控制器PLC的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的,可編程序控制器PLC作為以微處理器控制系統(tǒng)為主要核心的一種通用型電氣工業(yè)控制模式,目前已被大面積地廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域[]。PLC技術(shù)與其他不同品牌和種類的控制器相比,其具備了操作更簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性及可靠度高等許多優(yōu)勢(shì)?；谝陨线@些優(yōu)點(diǎn),使得該系列的可編程序控制器廣泛應(yīng)用于化工、電子、交通、機(jī)械等行業(yè)的控制系統(tǒng)領(lǐng)域,并且在機(jī)電結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中[]。近年來(lái)，微處理器的升級(jí)推廣使用，特別是隨著單片機(jī)大量投入使用，大大強(qiáng)化了PLC的能力，并且使得PLC與微型機(jī)控制系統(tǒng)之間的差別越來(lái)越小，特別是處在高端PLC更是如此[]。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)仿真也在研究設(shè)計(jì)各種系統(tǒng)的過程中起到越來(lái)越重要的作用。從大系統(tǒng)的三維建模，到電路板布線，處處都可見計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)仿真的身影。原本的機(jī)械設(shè)計(jì)中都是通過手繪來(lái)完成圖紙的繪制，通過計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行圖紙的繪制節(jié)省了大量的時(shí)間，從而大大提高了其工作效率。通過充分的利用計(jì)算機(jī)軟件,也可以使得設(shè)計(jì)師更方便地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一些其他的操作,使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的工藝和設(shè)計(jì)更加合理,也可以方便于設(shè)計(jì)師對(duì)其所要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品做進(jìn)一步的修改,從而能夠使得所要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠具有更高和良好的性能。另外,在計(jì)算機(jī)上的設(shè)計(jì)師還能夠?qū)σ呀?jīng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和制造完成的產(chǎn)品進(jìn)行仿真,從而確保了產(chǎn)品的合理性[]。1.2研究現(xiàn)狀PLC和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相互配合，在諸如智能物流搬運(yùn)系統(tǒng)等較復(fù)雜的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，大大節(jié)省了前期開發(fā)硬件成本，僅僅需要通過電腦，就可完成前期系統(tǒng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)，部件建模到整體合理性驗(yàn)證和仿真的一系列工作。PLC和計(jì)算機(jī)輔助仿真設(shè)計(jì)國(guó)外相較國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)發(fā)展的更早，技術(shù)也更成熟。韓國(guó)成均館大學(xué)（SungkyunkwanUniversity）的水原等四人提出了一種用于PLC集成機(jī)器人的SW體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)在工業(yè)智能過程中起著主導(dǎo)作用[]。維也納UAS技術(shù)學(xué)院的喬治·諾沃特尼（GeorgNovotny）等人完成了移動(dòng)交付機(jī)器人基于ROS和Unity3D的基于混合現(xiàn)實(shí)的仿真[圖1.1仿真系統(tǒng)完成流程示意圖]。摩德納和雷焦艾米利亞大學(xué)（UniversityofModenaandReggioEmilia）的MarcelloPellicciari等三人完成了高速膠囊填充機(jī)的在環(huán)機(jī)電一體化虛擬樣機(jī)[]。布拉迪斯拉發(fā)斯洛伐克工業(yè)大學(xué)(SlovakUniversityofTechnologyinBratislava)的埃里克·庫(kù)切拉（ErikKucera）等三人使用最新的ICT技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)以及建模方法，實(shí)現(xiàn)了仿真和控制方面的交互式學(xué)習(xí)，提高技術(shù)研究計(jì)劃（應(yīng)用機(jī)電和汽車機(jī)電）以及相關(guān)自動(dòng)化領(lǐng)域的畢業(yè)生和專家的教學(xué)質(zhì)量[]。布雷曼大學(xué)（UniversityofBrethemen）的D.Müller、A.Chilliischi和S.Langer更是建立了集成沉浸式3D世界和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，用于機(jī)電一體化教學(xué)[]。圖1.1仿真系統(tǒng)完成流程示意圖1.3論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排本論文將主要敘述本次課題所應(yīng)用的相關(guān)軟件、建模方法、建模結(jié)果、相關(guān)程序圖、仿真測(cè)試過程及結(jié)果分析等。根據(jù)各部分將要進(jìn)行敘述的內(nèi)容，本文將主要分為五個(gè)大章節(jié)，具體章節(jié)安排如下：緒論應(yīng)用軟件工具介紹與分析模型構(gòu)建過程控制程序仿真測(cè)試過程及結(jié)果分析本論文所應(yīng)用的總體仿真系統(tǒng)流程如圖1.1所示。1.4本章小結(jié)本章作為統(tǒng)領(lǐng)全篇的緒論部分，主要進(jìn)行了課題有關(guān)的基礎(chǔ)介紹，包括論文得以進(jìn)行的相關(guān)研究背景，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)進(jìn)展，行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀等。本章也對(duì)本文將要論述的主要內(nèi)容以及章節(jié)安排進(jìn)行了介紹，并且給出了仿真系統(tǒng)將要應(yīng)用的相關(guān)流程圖。第二章應(yīng)用軟件工具介紹與分析2.1SOLIDWORKS軟件介紹與本文應(yīng)用分析目前市面上存在著多種多樣的3D建模軟件，在日常的生活中或多或少都多多少少接觸到過一些3D建模軟件的名字。目前國(guó)內(nèi)大學(xué)開設(shè)專門的建模專業(yè)完善的課程還比較少，想熟悉并熟練應(yīng)用這些建模軟件需要投入許多時(shí)間和精力去搜集并學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。市面上主流3D建模軟件包括如下幾款：3DsMAX、Maya、Alias、Rhino、SolidWorks、UG、PROE、CATIA、Sketchup。這些建模軟件各有特點(diǎn)，也各有所長(zhǎng)領(lǐng)域。一提到3D建模軟件，多數(shù)人的第一反應(yīng)是3DsMAX、Maya，這兩個(gè)軟件目前在很多主要功能上是可以互相通用的，它們主要適配于動(dòng)畫、游戲、室內(nèi)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，被大面積的投入應(yīng)用在了影視動(dòng)畫、游戲制作這兩大產(chǎn)業(yè)中。不過，這兩款軟件在建模的過程中都是各有所側(cè)重，這一點(diǎn)主要表現(xiàn)在操作方式上。到現(xiàn)在為止，我國(guó)國(guó)內(nèi)在游戲制作、室內(nèi)裝飾建筑等不同方面，大部分設(shè)計(jì)師是選擇3DsMAX進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但是在國(guó)外，進(jìn)行動(dòng)畫影視、游戲制作的大部分設(shè)計(jì)師，主要應(yīng)用的是Maya。不過隨著我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的設(shè)計(jì)師也開始轉(zhuǎn)型應(yīng)用Maya開始進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，因?yàn)镸aya在各方面的兼容性要高于3DsMAX。不過本次設(shè)計(jì)是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì),并不是側(cè)重于動(dòng)畫制作，故不選擇這兩款軟件。Alias作為一款工業(yè)設(shè)計(jì)軟件，它在曲面建模的領(lǐng)域里別有建樹，可以實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)大的功能，它的比較突出的長(zhǎng)處是可以實(shí)現(xiàn)很高的設(shè)計(jì)精度，可以實(shí)現(xiàn)建立比較復(fù)雜曲折的曲面模型，鑒于此特點(diǎn)，諸如航空航天、汽車制造等一類對(duì)于曲面外形有著極高精度要求的工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ贏lias情有獨(dú)鐘，不過由于這款軟件的奇高的學(xué)習(xí)難度，制約了其大量應(yīng)用，本設(shè)計(jì)并不側(cè)重于曲面的精細(xì)模擬，故不選擇Alias作為本次仿真建模軟件。Rhino，又被工程師們戲稱為犀牛，作為一款應(yīng)用于機(jī)械、建筑設(shè)計(jì)軟件，Rhino同Alias一樣，可以完成曲面建模，它的長(zhǎng)處便是功能完善、價(jià)格低廉、對(duì)于用戶方便操作，因此Rhino被很多中小型工作室拿去完成工程設(shè)計(jì)工作。不過Rhino也有一些弊端，Rhino主要還是應(yīng)用一種比較局限的建模邏輯，工程師如果對(duì)于整體建模結(jié)構(gòu)把握不合理不嚴(yán)謹(jǐn)，很容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出錯(cuò)，在對(duì)需要制造的領(lǐng)域，這一點(diǎn)就很是致命。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，Rhino不是很符合要求，故也不予選擇。SolidWorks出身于達(dá)索系統(tǒng)公司，是達(dá)索系統(tǒng)公司所管轄的一個(gè)全資子公司,他們主要經(jīng)營(yíng)從事的相關(guān)工作是不斷設(shè)計(jì)開發(fā)、經(jīng)營(yíng)制造銷售各種各樣的電子機(jī)械設(shè)計(jì)以及與行業(yè)相關(guān)的軟件。達(dá)索集團(tuán)一直糾集自身的力量于生產(chǎn)一套可以涵蓋整個(gè)工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品制造生產(chǎn)全部生命過程生命周期的全新的數(shù)字化的信息化系統(tǒng),在這一整套的數(shù)字化信息化的系統(tǒng)當(dāng)中囊括了在生產(chǎn)設(shè)計(jì)、工程制造及發(fā)售產(chǎn)品大數(shù)據(jù)等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中獨(dú)占鰲頭的極其優(yōu)秀的軟件系統(tǒng),其中極富名聲的CATIA就是由達(dá)索集團(tuán)設(shè)計(jì)發(fā)售的,CAD相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品，作為達(dá)索集團(tuán)主營(yíng)的一大主體技術(shù)業(yè)務(wù)產(chǎn)品，截止到現(xiàn)在在CAD技術(shù)產(chǎn)品的龐大技術(shù)市場(chǎng)中占有率已經(jīng)排名非常靠前。SolidWorks擁有很多強(qiáng)悍并及其實(shí)用的功能，軟件所能適配并且支持應(yīng)用的相關(guān)插件與組件種類也很多種多樣。SolidWorks作為一款CAD軟件，其擁有著功能實(shí)用、入門簡(jiǎn)單和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這些突出的特點(diǎn)使得SolidWorks成為行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)領(lǐng)先的、為大多數(shù)企業(yè)工程技術(shù)人員所接受的主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠?yàn)椴煌脑O(shè)計(jì)環(huán)境、不同的工作場(chǎng)景提供不盡相同的設(shè)計(jì)方案、極大的避免了設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并以此提高出產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如上所述的很實(shí)用的功能，并且SolidWorks對(duì)于每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單易上手是吸引工程技術(shù)人員選擇它的原因。對(duì)于十分熟悉微軟Windows操作系統(tǒng)的人員,基本上初次接觸SolidWorks都是可以自己動(dòng)手嘗試應(yīng)用一下來(lái)進(jìn)行一些自己想要實(shí)現(xiàn)的相關(guān)設(shè)計(jì)。SolidWorks擁有著其獨(dú)一無(wú)二的放拉拖曳功能,這個(gè)方便的功能可以讓SolidWorks的用戶們?cè)跇O其短的時(shí)間里輕輕松松地完成各種大型機(jī)械結(jié)構(gòu)和裝配體的裝配和技術(shù)設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是和Windows操作系統(tǒng)下其資源管理器一樣的CAD文件管理器,應(yīng)用其進(jìn)行CAD文件的管理，可以輕松方便的管理多個(gè)CAD文件。經(jīng)常使用資源管理器共鞥你的的SolidWorks的工程師們，已經(jīng)可以在較短的時(shí)間內(nèi)簡(jiǎn)單并且迅速地完成了許多工程設(shè)計(jì)工作,并且能夠更好地將自己的高性能質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品快速地推向市場(chǎng)進(jìn)行銷售。在當(dāng)前市面上所能找到的三維CAD設(shè)計(jì)軟件當(dāng)中,SolidWorks作為整體設(shè)計(jì)過程比較簡(jiǎn)單而方便的設(shè)計(jì)軟件而脫穎而出。強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能、簡(jiǎn)單方便的操作(包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼),使得SolidWorks在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了較大的成功。使用SolidWorks,工程師在整個(gè)工程生產(chǎn)過程中的零部件設(shè)計(jì)都是完全可百分之百進(jìn)行隨意編輯更改變換的,各種零件的設(shè)計(jì)、裝配體的安裝設(shè)計(jì)以及各種各樣的不同的工程示意圖之間都是有著完完全全的關(guān)聯(lián)性的。SolidWorks平滑的學(xué)習(xí)曲線、簡(jiǎn)單上手的軟件特性，功能完善的軟件界面，使得其作為本項(xiàng)目的主要建模軟件。2.2TIAPortal軟件介紹與本文應(yīng)用分析TIA博途是全集成自動(dòng)化軟件TIAportal的簡(jiǎn)稱,這軟件是德國(guó)西門子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)公司2005年發(fā)布的全新型完整的可集成的工業(yè)自動(dòng)化流程管理軟件。它無(wú)疑是整個(gè)行業(yè)中目前首個(gè)完全可以采用統(tǒng)一的專業(yè)工程組態(tài)和管理軟件構(gòu)成項(xiàng)目管理環(huán)境的工業(yè)自動(dòng)化工程管理軟件,幾乎隨時(shí)可以完全適用于各種需要自動(dòng)化的工程任務(wù)。借助這種全新的新型建筑工程專業(yè)科學(xué)技術(shù)信息系統(tǒng)管理軟件開發(fā)平臺(tái),用戶不僅可以快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。TIA博途與傳統(tǒng)方法相比,無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間集成各個(gè)軟件包,而且也顯著地大大減少了生產(chǎn)成本。博途的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)既既很好兼顧了系統(tǒng)的高效又簡(jiǎn)單,也很好合適于新手和老客戶。作為一切未來(lái)的集成軟件系統(tǒng)工程組態(tài)工具包的技術(shù)基石,它已經(jīng)能夠?qū)λ形鏖T子在全面的集成系統(tǒng)自動(dòng)化中所可能需要的和涉及的所有需要軟件工程自動(dòng)化和需要驅(qū)動(dòng)的軟件產(chǎn)品都實(shí)時(shí)進(jìn)行組態(tài)、編程和自動(dòng)調(diào)試。例如,用于新型SIMATIC的微控制器的新型通用SIMATICStep7V11自動(dòng)化控制軟件以及一種用于新型SIMATIC的人機(jī)接口和工作流程設(shè)計(jì)可視化技術(shù)應(yīng)用的新型SIMATICWinCCV11。作為目前西門子所有的系統(tǒng)軟件開發(fā)項(xiàng)目和系統(tǒng)工程組態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)包的一個(gè)具有整體性的集成部分,TIA博途途兩個(gè)平臺(tái)在所有的組態(tài)信息接口之間都已經(jīng)能夠同時(shí)提供統(tǒng)一的組態(tài)信息資源共享,向所有用戶人員提供了統(tǒng)一的信息引導(dǎo)并且這樣能夠有效確保整個(gè)操作系統(tǒng)正常運(yùn)行的一致。例如,自動(dòng)化操作系統(tǒng)環(huán)境中的所有智能設(shè)備和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)都已經(jīng)可以在一個(gè)基于分布式的網(wǎng)絡(luò)共享文件編輯器內(nèi)部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)組態(tài)。在此資源共享的軟件平臺(tái)中,將企業(yè)項(xiàng)目管理導(dǎo)航、倉(cāng)庫(kù)管理概念、數(shù)據(jù)資源管理、項(xiàng)目流程信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障檢測(cè)診斷及服務(wù)在線等多項(xiàng)功能以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配置化的方式及時(shí)提供服務(wù)給了廣大用戶。統(tǒng)一的企業(yè)軟件開發(fā)工作環(huán)境主要包括了各種可編程的微控制器、人機(jī)交互用戶界面等以及其他的驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)備等部分,這些都無(wú)疑是十分有利于我們改善和不斷提高整個(gè)中國(guó)企業(yè)軟件自動(dòng)化開發(fā)工程的工作效率。此外,TIA博途在應(yīng)用控制參數(shù)、程序塊、變量、信號(hào)以及消息等各種控制數(shù)據(jù)處理模式方面,所有的控制數(shù)據(jù)都只不過需要被任意輸入一次,大大縮短了應(yīng)用自動(dòng)化工業(yè)建筑工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的各種軟件組態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行處理時(shí)間,降低了軟件造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用。TIA博途的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是基于面向?qū)ο蠛蛿?shù)據(jù)集中式的整體數(shù)據(jù)綜合管理,避免了數(shù)據(jù)輸出和輸入數(shù)據(jù)的復(fù)雜錯(cuò)誤,實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫的綜合數(shù)據(jù)管理統(tǒng)計(jì)性和一致性。使用這套覆蓋整個(gè)開發(fā)項(xiàng)目工作區(qū)域的軟件交叉信息索引查詢系統(tǒng),用戶不僅能夠在整個(gè)全新的軟件自動(dòng)化開發(fā)項(xiàng)目?jī)?nèi)輕松地快速查找項(xiàng)目資料和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)模塊,極大地有效減少了傳統(tǒng)軟件在對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行故障分析診斷和系統(tǒng)調(diào)試的花費(fèi)時(shí)間。TIA博途系列產(chǎn)品均采用此新型、統(tǒng)一的軟件框架,能夠在相同的開發(fā)環(huán)境中對(duì)西門子所有的可編程控制器、人機(jī)交互界面和各種驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行組態(tài)。在控制器、驅(qū)動(dòng)設(shè)備和人機(jī)交互界面之間進(jìn)行建立通訊時(shí)的共用任務(wù),可以大幅度降低網(wǎng)絡(luò)連接及組態(tài)的成本。因此,用戶就能夠方便地把變量從一個(gè)可編程的控制器拖出到另一個(gè)人機(jī)界面裝置的畫面。然后在整個(gè)人機(jī)交互界面內(nèi)即時(shí)進(jìn)行分配各種變量,并且在系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)建立了控制器和人機(jī)交互界面的相互連接,而不必手動(dòng)進(jìn)行組態(tài)。西門子系列產(chǎn)品作為工業(yè)行業(yè)的龍頭企業(yè)，其PLC硬件的覆蓋面大，軟件功能完善，并且其擁有順序控制編程的功能，本次設(shè)計(jì)主要PLC控制程序選擇順序控制方式編寫，故選擇TIAPortalV16作為本課題的控制程序編寫軟件。2.3VirtualUniversePro軟件介紹與本文應(yīng)用分析VirtualUniversePro(三維行業(yè)建模服務(wù)器軟件工具包)-這是一款基于技術(shù)創(chuàng)新的三維立體建模與圖像仿真軟件應(yīng)用程序。借助于一個(gè)可相互復(fù)用和同時(shí)具有高度相互融合性的O-CAD融合模型,它可以使我們非常能夠迅速地設(shè)計(jì)創(chuàng)建一個(gè)基于企業(yè)自動(dòng)化管理系統(tǒng)的三維互操作性虛擬仿真(或《虛擬機(jī)器》)。擁有VirtualUniversePro各種仿真器,工業(yè)電子設(shè)備和工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)人員就已經(jīng)可以不僅能夠在逼真和交互式的三維虛擬環(huán)境下快速進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)試自己的工業(yè)產(chǎn)品,并且還能夠通過進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模擬各種工業(yè)設(shè)備的使用行為。通過將三維虛擬仿真儀器的連接應(yīng)用到外部的環(huán)境控制器,例如Uaplc或其他各種嵌入式的外部虛擬環(huán)境控制器,VirtualUniversePro我們能夠在完全基于虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下,再現(xiàn)一個(gè)虛擬設(shè)備或者一個(gè)機(jī)器在真實(shí)的虛擬世界環(huán)境中的正常運(yùn)行工作。半實(shí)物仿真平臺(tái)IRAI是一種利用三維CAD的模型來(lái)構(gòu)建一個(gè)直接交互式3D的仿真環(huán)境或者一個(gè)自動(dòng)化的系統(tǒng)(虛擬樣機(jī)),可以在IRAI的平臺(tái)中通過PLC控制器/單片機(jī)直接對(duì)虛擬樣機(jī)的各種設(shè)備信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,形成一個(gè)真實(shí)的、交互性的3D實(shí)驗(yàn)環(huán)境。與此同時(shí)IRAI平臺(tái)還提供了一個(gè)人機(jī)交互接口、電工計(jì)算機(jī)和電子、氣壓以及液壓圖表等信息的生成。機(jī)電一體化仿真平臺(tái)基于最新的虛擬調(diào)試仿真技術(shù)，為用戶提供了一個(gè)完全開放的虛擬設(shè)備研發(fā)平臺(tái)，三維模型基于各主流3D建模軟件開發(fā)，同時(shí)使用最新的3D渲染技術(shù)以及物理引擎呈現(xiàn)最真實(shí)的仿真效果。控制端調(diào)試可支持各品牌PLC、單片機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、Matlab、Proteus、Labview、工業(yè)機(jī)器人、C語(yǔ)言、Python、Mitscratch圖形編程語(yǔ)言等。虛擬調(diào)試?yán)卯?dāng)下先進(jìn)的計(jì)算機(jī)三維顯示技術(shù)，在虛擬環(huán)境中制作具有與實(shí)物設(shè)備同樣功能、屬性的虛擬設(shè)備，可以用來(lái)作為教育教學(xué)培訓(xùn)資源，新產(chǎn)品研發(fā)調(diào)試，工廠布局規(guī)劃，方案論證，產(chǎn)品售前預(yù)演等。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在我國(guó)高中高等職業(yè)教育教學(xué)方面已經(jīng)具備很大的教學(xué)特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì),開展了機(jī)電人工融合教學(xué)一體化的各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和班級(jí)課程教學(xué)(其中包括有機(jī)電工與微電子,數(shù)字電路,氣動(dòng)液壓,產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程管理中的安全自動(dòng)化質(zhì)量管理,程序設(shè)計(jì)優(yōu)化,故障處理排除等);實(shí)驗(yàn)程序的設(shè)計(jì)是否正確需要進(jìn)行性能檢測(cè);大型高校學(xué)生技能比賽;plc班級(jí)教學(xué);高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神教育比賽;大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì);大學(xué)課程設(shè)計(jì);企業(yè)項(xiàng)目的研發(fā)等?？商娲鷮?shí)際教學(xué)設(shè)備,節(jié)約教學(xué)資源;可豐富實(shí)驗(yàn)種類,提高實(shí)驗(yàn)開設(shè)率;可零風(fēng)險(xiǎn)操作,提高實(shí)驗(yàn)安全性;基于其目前廣泛的應(yīng)用前景和便于從互聯(lián)網(wǎng)搜集到相關(guān)的學(xué)習(xí)資料，故本此設(shè)計(jì)主要應(yīng)用VirtualUniversePro來(lái)完成三維模型和PLC的端口連接。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了本次項(xiàng)目主要應(yīng)用的建模軟件、PLC控制程序編寫軟件、建模與控制程序聯(lián)合仿真軟件的選擇方法以及選擇依據(jù)，并且針對(duì)不同種類的軟件進(jìn)行了詳細(xì)的利弊分析，印證軟件選擇依據(jù)。第三章模型構(gòu)建過程本課題通過SolidWorks軟件完成了對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的三維模型構(gòu)建過程，SolidWorks作為一款優(yōu)秀的建模軟件，可以方便快捷的完成各種零部件的工程圖繪制，下面將分別敘述模型各部件的構(gòu)建過程，并敘述建模過程中物理材質(zhì)、物理規(guī)則的賦予以及在建模的過程中所出現(xiàn)的問題，如圖3.1所示為本次建模全部模型零件總覽。圖3.1零件概覽3.1電機(jī)建模過程本課題主要是對(duì)機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)控制仿真構(gòu)建，并不是針對(duì)智能物流系統(tǒng)的全系統(tǒng)全細(xì)節(jié)的仿真重現(xiàn)，故在建模的過程中，對(duì)于電機(jī)部分的建模省略了電機(jī)內(nèi)部定子、轉(zhuǎn)子、電刷、線圈等部件的完整重建，只是保證了電機(jī)的外形保留。首先，在主視圖中繪制電機(jī)外形的平面視圖的草圖，如圖3.2所示。圖3.2電機(jī)外形草圖完成草圖的繪制后，通過凸臺(tái)-拉伸操作，拉伸草圖，得到電機(jī)總體外形的長(zhǎng)方體模型，如圖3.3（藍(lán)色部分）所示。圖3.3電機(jī)外形輪廓完成總體輪廓模型的構(gòu)建后，通過倒角，圓角操作，將長(zhǎng)方體的各個(gè)邊角進(jìn)行圓角處理，通過設(shè)定圓角的半徑使得邊角更加美觀，得到更加美觀的外形。接下來(lái)選定主軸要在的平面，繪制主軸需要的半徑的草圖，通過拉伸-切除操作，設(shè)定好切除深度，在主體上預(yù)留出電機(jī)傳動(dòng)主軸所需的空間，完成后如圖3.4所示。圖3.4電機(jī)主軸空間構(gòu)建在電機(jī)主體兩側(cè)，繪制螺絲固定所需翼面的草圖，同樣通過拉伸-凸臺(tái)操作，完成對(duì)翼面模型的構(gòu)建，完成固定翼面后，電機(jī)的總體外形建模完成，如圖3.5所示。圖3.5電機(jī)總體模型完成外形的建模后，開始進(jìn)行材料選擇，在材料選擇界面，為電機(jī)選擇材料，并配置相關(guān)的各項(xiàng)物理量，包括彈性模量、泊松比、抗剪模量、質(zhì)量密度、張力強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱等相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3.6所示。圖3.6電機(jī)模型材料配置3.2機(jī)架建模過程首先繪制長(zhǎng)方形草圖，通過凸臺(tái)-拉伸操作，得到機(jī)架背板和連接在背板上負(fù)責(zé)起支撐作用的兩塊細(xì)長(zhǎng)支撐板。通過軟件內(nèi)配合操作，將三部分組裝到一起，得到機(jī)架中心部分，如圖3.7所示（藍(lán)色部分）。圖3.7機(jī)架中心部分完成機(jī)架中心部分后，再次繪制兩側(cè)支撐板草圖，如圖3.8，草圖繪制完畢，應(yīng)用凸臺(tái)-拉伸，拉取出所需板材厚度，完成兩側(cè)板材的構(gòu)建，如圖3.9所示。圖3.8支撐板草圖圖3.9支撐板（右）完成外形的建模后，開始進(jìn)行材料選擇，在材料選擇界面，為支撐板選擇材料，并配置相關(guān)的各項(xiàng)物理量，包括彈性模量、泊松比、抗剪模量、質(zhì)量密度、張力強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱等相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3.10所示。圖3.10支撐板材料配置3.3機(jī)械夾建模過程首先繪制機(jī)械夾的支撐臂的草圖，通過凸臺(tái)-拉伸操作，得到機(jī)械夾支撐臂的主體結(jié)構(gòu)，如圖3.11所示。圖3.11機(jī)械夾支撐臂完成機(jī)械夾支撐臂的主體拉伸之后，通過拉伸-切除操作，在機(jī)械夾主體上繪制固定銷所需的空洞。在完成支撐臂的建模之后，開始進(jìn)行機(jī)械夾上方支持主體的建模。首先通過凸臺(tái)-拉伸操作，得到支持主體的大致外形，通過多次拉伸-切除操作，切除主體多余部分，留出所需空間，得到所需外形，如圖3.12至圖3.16所示。圖3.12支持主體1圖3.13支持主體2圖3.14支持主體3圖3.15支持主體4圖3.16固定銷在主體各部件完成建模后，通過新建裝配體，將各個(gè)部件進(jìn)行組裝，最終得到機(jī)械夾的完整機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖3.17所示（藍(lán)色部分）。圖3.17機(jī)械夾完成外形的建模后，開始進(jìn)行材料選擇，在材料選擇界面，為機(jī)械夾選擇材料，并配置相關(guān)的各項(xiàng)物理量，包括彈性模量、泊松比、抗剪模量、質(zhì)量密度、張力強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱等相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3.18所示。圖3.18機(jī)械夾材料配置3.4螺母滑道建模過程在完成機(jī)械夾的建模之后，開始進(jìn)行機(jī)械夾上方帶動(dòng)機(jī)械夾運(yùn)動(dòng)的螺母滑道主體的建模。首先通過凸臺(tái)-拉伸操作，得到支持主體的大致外形，通過多次拉伸-切除操作，切除主體多余部分，留出所需空間，得到所需外形，如圖3.19至圖3.23所示。圖3.19螺母外殼1圖3.20螺母外殼2圖3.21螺栓圖3.22氣缸圖3.23螺母滑道滑動(dòng)桿在主體各部件完成建模后，通過新建裝配體，將各個(gè)部件進(jìn)行組裝，最終得到螺母滑道完整機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖3.24所示（藍(lán)色部分）。圖3.24螺母滑道完成外形的建模后，開始進(jìn)行材料選擇，在材料選擇界面，為支撐板選擇材料，并配置相關(guān)的各項(xiàng)物理量，包括彈性模量、泊松比、抗剪模量、質(zhì)量密度、張力強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱等相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3.25所示。圖3.25螺母滑道材料配置3.5其他組件建模過程其他組件的建模過程和上述提到的各部分總體建模過程類似，都是主體通過繪制草圖，通過凸臺(tái)-拉伸、拉伸-切除、陣列等操作，完成對(duì)部件的建模操作，總體上大同小異。螺母、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件可通過調(diào)用SOLIDWORKS內(nèi)置的國(guó)標(biāo)庫(kù)直接進(jìn)行調(diào)用，不過因?yàn)楸敬谓Ｊ欠菢?biāo)準(zhǔn)建模，孔徑并未完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，無(wú)法直接套用標(biāo)準(zhǔn)零件，故依舊應(yīng)用自主建模。圖3.26為梯形絲杠螺母模型圖，圖3.27為軸承模型圖，圖3.28為球滾道模型圖。圖3.26梯形絲杠螺母圖3.27軸承圖3.28球滾道完成外形的建模后，開始進(jìn)行材料選擇，在材料選擇界面，為各個(gè)模型選擇材料，并配置相關(guān)的各項(xiàng)物理量，包括彈性模量、泊松比、抗剪模量、質(zhì)量密度、張力強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱等相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3.29所示為梯形絲杠螺母材料配置，圖3.30所示為軸承材料配置，圖3.31所示為球滾道材料配置。圖3.29梯形絲杠螺母材料配置圖3.30軸承材料配置圖3.31球滾道材料配置3.5建模過程存在的問題在建模的過程中出現(xiàn)了如下幾個(gè)頻繁出現(xiàn)的問題，在進(jìn)行組件陣列操作時(shí)，無(wú)法陣列；在進(jìn)行拉伸-切除時(shí)，無(wú)法完成切除操作。出現(xiàn)如上問題的主要原因?yàn)镾olidWorks在進(jìn)行建模的過程中，其系統(tǒng)默認(rèn)零件必須為實(shí)體特征，才能完成建模。如果在繪制圖紙過程中不慎未閉合所有的邊線，導(dǎo)致工程圖為開放圖形，這將導(dǎo)致系統(tǒng)認(rèn)為圖形有無(wú)窮解，無(wú)法構(gòu)成實(shí)體圖形，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行相關(guān)操作。要解決這一問題只需在草圖中找到未閉合邊線的區(qū)域，將其改正為閉合區(qū)域，就可正常進(jìn)行各項(xiàng)操作。在模型仿真的過程中還出現(xiàn)了模型穿模的問題。發(fā)生該問題的主要原因?yàn)樵诮⒛Ｐ偷倪^程中，僅定義了相關(guān)面、線的配合關(guān)系，定義了部件基本的材料物理狀態(tài)，并未定義部件為實(shí)體，只有將部件定義為實(shí)體，諸如引力、摩擦力等力學(xué)性質(zhì)才會(huì)被加入仿真，部件的運(yùn)動(dòng)范圍也將受到外形的限制，穿模問題自然解決，如圖3.32、圖3.33、圖3.34所示。圖3.32力學(xué)性質(zhì)配置頁(yè)面圖3.32引力配置頁(yè)面圖3.34VUP物理規(guī)則及PLC端口配置頁(yè)面3.6本章小結(jié)本章主要介紹了通過SolidWorks軟件完成了對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的三維模型構(gòu)建過程，分別敘述了模型各部件的構(gòu)建過程，并敘述建模過程中物理材質(zhì)、物理規(guī)則的賦予以及在建模的過程中所出現(xiàn)的問題。第四章控制程序4.1PLC控制器選擇本次控制程序主要以順序控制為主，SIMATICS7-200系列CPU較為簡(jiǎn)單，無(wú)法進(jìn)行仿真，SIMATICS7-1200系列CPU無(wú)順序控制器，無(wú)法完成順序控制，故選擇西門子PLC300系列控制器，具體選擇為SIMATICS7-300313C-2DP。該款控制器包括如下功能：128KB工作存儲(chǔ)器：0.07ms/1000條指令；集成DI16/DO16；3路脈沖輸出(2.5kHz)；使用24V(30kHz)增量式編碼器進(jìn)行3通道計(jì)數(shù)和測(cè)量；MPI+DP接口（DP主站或DP從站）；最多可擴(kuò)展連接31個(gè)模塊；具有直接數(shù)據(jù)交換的發(fā)送和接收功能；恒定總線循環(huán)時(shí)間；路由；S7通信（可加載FB/FC）；如圖4.1所示。圖4.1CPU版本4.2PLCHMI選擇因?yàn)楸敬芜x擇了SIMATICS7-300313C-2DP，故HMI須選用與該版本CPU兼容的操縱面板，本次選擇SIMATIC精簡(jiǎn)系列面板中9inc版本，可以很好的符合后面所需要的按鍵設(shè)置和相關(guān)的狀態(tài)燈布置。該款面板擁有如下特性：9''TFT顯示屏，800x480像素，64K色；按鍵和觸摸操作，8個(gè)功能鍵；1xPROFINET，1xUSB。面板選擇如圖4.2所示，面板接線如圖4.3所示。圖4.2HMI版本圖4.3HMI設(shè)備組態(tài)圖4.3程序段編寫4.3.1控制程序首先更改CPU端口號(hào)等相關(guān)設(shè)置，方便后續(xù)程序編寫，在MAIN函數(shù)中添加函數(shù)塊，通過函數(shù)塊方便快捷的進(jìn)行程序編寫。如圖4.4所示。圖4.4Main函數(shù)函數(shù)塊構(gòu)建完成后，開始控制程序編寫。主程序流程如下，如圖4.5所示。圖4.5主程序流程圖按照主程序流程圖，開始分步編寫各部分相關(guān)程序。首先是自主夾取程序流程。首先將I0.5置1，使得機(jī)械臂向右動(dòng)作即Q0.2=1。兩秒后，將Q0.2置0，機(jī)械臂停止右移，將Q0.3置1，機(jī)械臂下移。兩秒后，將Q0.3置0，機(jī)械臂停止下移，將Q0.5置1，機(jī)械夾加緊，小球夾起。兩秒后，將Q0.4置1，機(jī)械臂上移。兩秒后將Q0.4置0，將Q0.1置1，機(jī)械臂左移，運(yùn)動(dòng)兩秒后，Q0.1置0，Q0.5置0，松開小球。如圖4.6為自主夾取程序圖。圖4.6自主夾取接下來(lái)是機(jī)械臂左移的程序流程。首先將I0.1置1，Q0.1=1，機(jī)械臂向左移動(dòng)，五秒后，將Q0.1置0，機(jī)械臂停止左移，左移完成。如圖4.7為機(jī)械臂左移程序圖。圖4.7機(jī)械臂左移接下來(lái)是機(jī)械臂右移的程序流程。首先將I0.2置1，Q0.2=1，機(jī)械臂向右移動(dòng)，五秒后，將Q0.2置0，機(jī)械臂停止右移，右移完成。如圖4.8為機(jī)械臂右移程序圖。圖4.8機(jī)械臂右移接下來(lái)是機(jī)械臂上移的程序流程。首先將I0.4置1，Q0.4=1，機(jī)械臂向上移動(dòng)，五秒后，將Q0.4置0，機(jī)械臂停止上移，上移完成。如圖4.9為機(jī)械臂上移程序圖。圖4.9機(jī)械臂上移接下來(lái)是機(jī)械臂下移的程序流程。首先將I0.3置1，Q0.3=1，機(jī)械臂向下移動(dòng)，五秒后，將Q0.3置0，機(jī)械臂停止下移，下移完成。如圖4.10為機(jī)械臂上移程序圖。圖4.10機(jī)械臂下移接下來(lái)是機(jī)械夾動(dòng)作的程序流程。首先將I0.6置1，Q0.5=1，機(jī)械夾夾緊，五秒后，將Q0.5置0，機(jī)械夾松開，動(dòng)作完成。如圖4.11為機(jī)械夾動(dòng)作程序圖。圖4.11機(jī)械夾動(dòng)作如圖12所示為程序總覽，可以總覽整個(gè)控制程序結(jié)構(gòu)。圖4.12程序總覽4.3.2HMI程序完成主程序編寫后，開始在HMI根頁(yè)面開始進(jìn)行按鍵布局和相關(guān)的端口配置。在HMI面板上布置上所需的七個(gè)按鈕（系統(tǒng)啟動(dòng)、自動(dòng)夾取、機(jī)械臂左移、機(jī)械臂右移、機(jī)械臂上移、機(jī)械臂下移）和兩個(gè)狀態(tài)燈（機(jī)械臂動(dòng)作狀態(tài)顯示燈、機(jī)械夾動(dòng)作狀態(tài)顯示燈）。當(dāng)按鈕和狀態(tài)燈布置完成后，開始配置各個(gè)按鈕和燈光的端口號(hào)和動(dòng)作指令。將I0.0賦予系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，按鈕動(dòng)作為單擊為端口置位位。將I0.1賦予機(jī)械臂左移按鈕，按鈕動(dòng)作為單擊為端口置位位。將I0.2賦予機(jī)械臂右移按鈕，按鈕動(dòng)作為單擊為端口置位位。將I0.3賦予機(jī)械臂下移按鈕，按鈕動(dòng)作為單擊為端口置位位。將I0.4賦予機(jī)械臂上移按鈕，按鈕動(dòng)作為單擊為端口置位位。將I0.5賦予機(jī)械夾動(dòng)作按鈕，按鈕動(dòng)作為單擊為端口置位位。將I0.6賦予自動(dòng)夾取按鈕，按鈕動(dòng)作為單擊為端口置位位。將機(jī)械臂狀態(tài)燈和Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4進(jìn)行綁定，當(dāng)其中有值為1時(shí)燈光顯示綠色，表示機(jī)械臂狀態(tài)正常，當(dāng)所有值全為0時(shí)，燈光顯示紅色，表示機(jī)械臂狀態(tài)異常。將機(jī)械夾狀態(tài)燈和Q0.5進(jìn)行綁定，當(dāng)其值為1時(shí)燈光顯示綠色，表示機(jī)械夾狀態(tài)正常，當(dāng)值為0時(shí)，燈光顯示紅色，表示機(jī)械夾狀態(tài)異常。如圖所示，圖13為HMI面板按鍵頁(yè)面，圖14為HMI變量鏈接頁(yè)面。圖4.13HMI面板頁(yè)面圖4.14HMI變量鏈接頁(yè)面4.4本章小結(jié)本章首先介紹了本項(xiàng)目所用的PLC版本以及HMI版本。在進(jìn)行簡(jiǎn)短的功能介紹后接下來(lái)詳細(xì)描述了相關(guān)PLC程序的編寫流程，端口設(shè)置情況，HMI面板的按鍵布局，端口引用，以及相應(yīng)的動(dòng)作動(dòng)畫。第五章仿真測(cè)試過程及結(jié)果分析系統(tǒng)建模部分和PLC控制部分都已完成，可以開始進(jìn)行仿真測(cè)試。測(cè)試按照功能順序依次進(jìn)行。首先將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議打開，接下來(lái)選到主函數(shù)，點(diǎn)擊開始仿真，顯示下載到設(shè)備頁(yè)面，選擇MPI接口，點(diǎn)擊搜索設(shè)備，搜索到設(shè)備后點(diǎn)擊下載如圖5.1所示，下載完成后，即可開始正常開啟PLC，如圖5.2所示。圖5.1TIAPortal下載到設(shè)備頁(yè)面圖5.2TIAPortal仿真結(jié)果頁(yè)面（CPU頁(yè)面）點(diǎn)擊RUN,即可正常開啟運(yùn)行PLCCPU。選擇到HMI根畫面，同樣點(diǎn)擊開始仿真，顯示下載到設(shè)備頁(yè)面，選擇MPI接口，點(diǎn)擊搜索設(shè)備，搜索到設(shè)備后點(diǎn)擊下載，下載完成后，即可開始正常操作HMI頁(yè)面按鈕，如圖5.3所示。圖5.3TIAPortal仿真結(jié)果頁(yè)面（按鍵頁(yè)面）此處需要注意的是，想要正常操作HMI頁(yè)面的按鈕，需要同時(shí)啟動(dòng)主函數(shù)的仿真，并且啟動(dòng)主函數(shù)的仿真后，CPU必須在RUN狀態(tài)下，PLC控制程序才能正常運(yùn)行，在按動(dòng)HMI頁(yè)面的按鈕時(shí)才能出發(fā)正確的狀態(tài)。此時(shí)CPU狀態(tài)為正常的RUN模式，按下自動(dòng)夾取按鍵，機(jī)械臂開始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)機(jī)械臂狀態(tài)燈顯示為綠色，機(jī)械夾狀態(tài)燈為紅色，四秒后，機(jī)械夾運(yùn)動(dòng)到小球位置，開始夾取動(dòng)作，機(jī)械夾狀態(tài)燈由紅轉(zhuǎn)綠，此時(shí)機(jī)械臂開始上升，兩秒后，機(jī)械臂開始左移，再過兩秒后，機(jī)械臂到達(dá)預(yù)定位置，機(jī)械夾松開，小球落入球滾道，整個(gè)夾取動(dòng)作完成。如圖5.4、圖5.5、圖5.6所示。圖5.4自動(dòng)夾取仿真結(jié)果1圖5.5自動(dòng)夾取仿真結(jié)果2圖5.6自動(dòng)夾取仿真結(jié)果3根據(jù)仿真結(jié)果，機(jī)械臂按照初始程序預(yù)設(shè)，完成從初始位置到抓取小球，再到放下小球的一系列動(dòng)作，證明程序運(yùn)行正常，端口和物理設(shè)定等符合設(shè)計(jì)預(yù)期，結(jié)果較為成功。

結(jié)束語(yǔ)本課題主要針對(duì)目前發(fā)展較為迅速的PLC控制和機(jī)電一體化虛擬仿真，參考D.Müller等人撰寫的Integratingimmersive3Dworldsandreallabequipmentforteachingmechatronics和其他相關(guān)文獻(xiàn)和科研成果，以本校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際智能物流系統(tǒng)為建模原型，通過SOLIDWORKS、VirtualUniversePro、TIAPortalV16等軟件，完成了對(duì)模型的構(gòu)建，虛擬環(huán)境的搭建，PLC控制程序的撰寫。因?yàn)镻LC程序的開放性，本設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)機(jī)電一體化相關(guān)教學(xué)起到一定的貢獻(xiàn)作用。經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我對(duì)于三維模型的構(gòu)建、PLC電氣控制等有了更深刻的理解，讓我對(duì)于工業(yè)機(jī)電一體化相關(guān)方面有了全新的認(rèn)識(shí)和了解，也豐富了我的相關(guān)操作經(jīng)驗(yàn)，讓我的程序編寫能力有了有效的磨礪。本設(shè)計(jì)中存在著諸多零部件的三位構(gòu)建，通過不同部件的模型構(gòu)建，使我對(duì)于對(duì)于模塊化建模有了全新的了解，使我受益匪淺。在設(shè)計(jì)的同時(shí)，通過不斷解決出現(xiàn)的問題，優(yōu)化模型以及底層機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，找出優(yōu)秀的解決方案，最終得出較為優(yōu)秀的結(jié)果。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我學(xué)習(xí)到了很多課堂和書本上無(wú)法學(xué)習(xí)到的知識(shí)，通過對(duì)他人成功結(jié)果的借鑒和參考，對(duì)他人成功經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，讓我受益良多，我的動(dòng)手能力和思考問題的能力都得到了鍛煉。最終對(duì)本次設(shè)計(jì)的不斷完善和總結(jié)也是我對(duì)于本科四年學(xué)習(xí)的知識(shí)的應(yīng)用總結(jié)和豐富發(fā)展，也是四年來(lái)寶貴的經(jīng)驗(yàn)積累。我更加明白了要將理論和實(shí)際相結(jié)合，去獨(dú)立思考和不斷學(xué)習(xí)進(jìn)步，遇到困難險(xiǎn)阻千萬(wàn)不能放棄退縮，而是盡自己所能去想辦法解決，盡管本次的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但我依舊感受到了獨(dú)自完成一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和完成實(shí)現(xiàn)的困難和不易，同樣在以后的生活中我肯定也會(huì)受到這樣的挑戰(zhàn)，我相信我會(huì)更加努力，像完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)一樣去克服所遇見的困難，不斷前進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]趙園園.智能物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析[J].商業(yè)經(jīng)濟(jì),2014(01):64-65.[2]電氣控制技術(shù)與PLC的論述[J].農(nóng)家參謀,2019,No.618(09):243-243.[3]徐錫偉,王世軍,劉璐.PLC技術(shù)在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].中國(guó)機(jī)械,2015(2):72-73.[4]潘新民，王燕芳編著．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)：電子工業(yè)出版社，2011.01[5]劉勁威.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].科技與企業(yè),2013,000(002):98-98.[6]H.S.Jeong,S.H.Ji,H.S.JungandJ.C.Koo,"DesignofSWarchitectureforPLCintegratedrobot,"201714thInternationalConferenceonUbiquitousRobotsandAmbientIntelligence(URAI),Jeju,Korea(South),2017,pp.874-876,doi:10.1109/URAI.2017.7992851.[7]Y.Liu,G.Novotny,N.Smirnov,W.Morales-AlvarezandC.Olaverri-Monreal,"MobileDeliveryRobots:MixedReality-BasedSimulationRelyingonROSandUnity3D,"2020IEEEIntelligentVehiclesSympos