CN111797521A - 一种自动化生产线三维仿真调试及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化生产线三维仿真调试及监控方法，首先基于OpenGL仿真软件对自动化生产线进行仿真建模，得到自动化生产线的三维模型；然后基于PLC对自动化生产线三维模型进行三维仿真调试；最后PLC采集实际设备级模块运行的实时信号，将运行设备的实时信号反馈给OpenGL仿真软件，进行三维仿真运动模块的运动修正。使自动化生产线的机械和电气部分的设计、实施、验证能够并行，项目现场调试周期缩短，研发成本降低。自动化生产线的实时数据、状态监控依靠三维仿真实现，数据容量大、立体感强、用户体验好。

Description

一种自动化生产线三维仿真调试及监控方法

技术领域

本发明属于机械自动化设计技术领域，具体涉及一种自动化生产线三维仿真调试及监控方法。

背景技术

随着科学技术的进步，对自动化生产线的快速设计和合理实施的需求日益迫切。多品种、小批量及变种变量的生产模式、生产需求的复杂多样性、个性化定制柔性生产线成为现阶段生产线的发展新趋势。但在产线从前期设计、装配、调试到中期稳定运行到后期维护、优化的整个项目推进链中，往往存在下面这些问题：

机械和电气部分的设计、实施、验证不能并行，导致项目现场调试周期太长。传统的自动化生产线设计过程中，通常先进行整个机械部分(机械设备、各类治具、传感器、执行机构等)的搭建、装配，机械部分完成之后，才能将电气部分的PLC控制程序与机械结构、硬件设备进行联机调试，调试过程往往耗时较长，并且经常会出现各种问题，例如在当前的逻辑控制条件下，气缸没有运动到位、某一个接近开关的检测有问题、控制逻辑上的时序不合理、各个工序之间信号传递有时差、治具运动的连贯性有干涉、甚至在调试现场出现由于程序不合理，导致设备和设备发生碰撞的危险，造成设备损坏以及妨害人身安全等隐患。这种传统的设计方法，一方面，机械部分在前期设计阶段隐藏的一些静态结构设计不合理的地方(比如干涉、碰撞等)在电气运动调试阶段才能暴露出来，另一方面，电气开发人员编写的PLC程序正确性在产线设计初期机械装置不到位的情况下，不能得到很好的验证，仅能依靠开发人员个人的能力来保证后期现场产线设备调试的正常进度及成果。无论是机械部分暴露的问题还是电气部分存在的问题，在后期项目现场调试阶段，都需要不断地进行修正和优化，占用大量的时间、人力、物力，最终导致整个产线项目研发成本投入过大、周期拖长、项目进度迟缓。目前行业中暂时没有一个较为合理、有效的方法，来解决自动化项目进程中机械和电气部分的设计、实施、验证不能并行的问题。项目往往依靠机械设计人员及电气开发人员个人的前期项目设计能力，来尽量减少项目后期调试过程中可能遇到的问题。有些三维仿真的方案可供借鉴，但也只处于研发阶段，真正运用在项目中的依然很少。

自动化生产线的实时数据、状态监控问题。自动化生产线在正常运行时，会产生大量的实时数据，工艺人员需要这些数据不时地查看产线各个设备的运行状态是否良好，各个工位的工艺决策、工序安排、节拍问题是否合理，产线在制品数量是否正常，有无阻塞或断料等。传统的方法是工艺人员必须不定时或者按照一定的规律进行走查，现场查看、解决产线目前存在的问题，费时费力，效率低下。现有的工业现场人机交互HMI方案多为与PLC交互的触摸屏、工控组态软件、常规计算机上位监控软件、或其他一些大的厂商的专用方法(如西门子公司的WinCC人机界面***)。不管是采用哪种方法，人机交互或者监控***界面，都是以二维平面效果展示。第一，二维平面形式展示，同一个界面内的数据信息相对比较单一、数量也比较少，不能满足大型产线设备、动态参数较多、信息存量较大的实时监控；第二，二维平面展示在立体感和层次感上非常欠缺，用户体验及友好型太差。第三、传统的人机界面交互***通常部署在产线现场，采用RS232等通讯效率较低的方式，没有远程网络监控端口，工艺人员需要依靠走查方式确定产线状态。

自动化生产线的工艺决策、优化、改进问题。自动化生产线在后期的运行过程中，经常会遇到工艺优化，工序调整、改造升级等柔性调整的问题。一条自动化生产线的工艺决策或改造升级，往往需要停止产线本来正在进行的工作，等待工艺决策或改造升级完成，还需要联跑一段时间，通过现场检测的手段判断工艺决策是否最优，改造升级是否合理，若不最优或不合理，还需要继续停机，再次优化升级，这给企业生产设备、时间成本带来很大浪费，同时也导致生产任务停滞。自动化产线的工艺决策、优化、改进，目前也没有较好的方法，必须得产线停机。

机械和电气部分的设计、实施、验证不能并行，导致项目现场调试周期太长，研发成本过大；自动化生产线的实时数据、状态监控只能依靠二维平面展示形式，数据容量小、用户体验差；自动化生产线的实时数据、状态监控只能依靠现场走查方式，费时费力；自动化产线的工艺决策、优化、改进不便，需要停机，增加企业成本，也导致生产任务停滞。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化生产线三维仿真调试及监控方法，以解决现有技术中，自动化生产线前期机械和电气部分的设计、实施、验证不能并行，自动化生产线的实时数据、状态监控数据容量小、用户体验差，而且工艺决策优化需要停机的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动化生产线三维仿真调试及监控方法，包括以下步骤：

1)基于OpenGL仿真软件对自动化生产线进行仿真建模，得到自动化生产线的三维模型；

2)基于PLC对自动化生产线的三维模型进行三维仿真调试；

3)PLC采集实际设备级模块运行的实时信号，将运行设备的实时信号反馈给OpenGL仿真软件，进行三维仿真运动模块的运动修正。

进一步的，还包括步骤4)，搭建两套PLC运行环境，一套PLC运行环境总线从站设备配置为实际运行态，采集实际设备级模块运行的实时信号；另一套PLC运行环境总线从站设备配置为虚拟态，搭配OpenGL仿真软件进行仿真调试，仿真调试完成后直接将修改后的PLC程序下载到实际运行环境的PLC中。

进一步的，步骤1)具体步骤为：

1.1)三维模型静态建模，利用OpenGL仿真软件建立自动化生产线的所有分模块结构件的三维模型子函数；为每一种分模块结构件的三维模型建立属性参数；

1.2)三维模型动态运动建模，在建立分模块结构件的三维模型子函数时，建立属性参数：分模块结构件需要运动及其运动所需参数；

1.3)将所有分模块结构件组装、搭建形成三维模型；在建模调取相应三维模型子函数时，若该分模块结构件为静态模块，指定静态模块在视景体中的位置、大小比例、角度；若该分模块结构件为动态模块，指定动态模块在视景体中的位置、大小、角度、需要运动及其运动所需的参数。

进一步的，步骤2)具体步骤为：

2.1)PLC虚拟模拟运行，PLC运行所需的所有数据从虚拟的三维模型中获取；

2.2)OpenGL仿真软件与PLC通讯，OpenGL仿真软件与PLC的通讯分为两部分，PLC通讯协议和网络通讯；PLC通讯协议用于PLC与网络通讯服务器之间的数据交互，网络通讯用于网络通讯服务器与网络通讯客户端之间的数据交互；

2.3)OpenGL仿真软件与PLC数据映射，随PLC逻辑控制动态运动；数据映射分为两种：PLC对OpenGL仿真软件的控制变量数据映射、OpenGL仿真软件对PLC的反馈变量数据映射；将PLC中的控制变量映射到OpenGL仿真软件中的三维模型的动态运动参数上，实现三维模型跟随PLC程序逻辑的实时运动；在实现三维模型跟随PLC程序逻辑的实时运动后，获取三维模型的运动状态，再反馈给PLC以实现闭环控制。

进一步的，步骤3)具体步骤为：

3.1)PLC通过EtherCAT总线通讯方式采集现场设备级模块的实时信号；

3.2)三维仿真运动模块的运动修正，将采集到的设备级模块运行的实时信号再反馈给OpenGL仿真软件进行三维仿真运动模块的运动修正，OpenGL仿真软件自身运动参数反馈信号与PLC采集的实际设备级传感器信号进行对比、数据匹配、更新。

进一步的，步骤1.1)中，所述分模块结构件包括：CNC加工中心、六轴机器人，四轴SCARA机器人、自动化输送线线体、自动化托盘、自动化工装、自动化治具、自动化仪器、自动化检测台、自动化料仓、照明设备、报警设备、检测设备、执行设备；所述属性参数包括：模块在OpenGL视景体中的位置、模块大小比例、模块角度、模块是否需要运动及其运动所需参数。

进一步的，步骤1.2)中，所述运动所需参数包括：模块运动相对点设置、模块运动速度、模块运动方式、模块运动相对距离。

进一步的，步骤2.1)中，PLC运行所需的所有数据包括：传感器是否有信号、执行机构是否有动作。

进一步的，步骤2.2)中，所述网络通讯基于TCP/IP协议，TCP/IP协议分为四层：网络接口层、网络层、传输层以及应用层；应用层的协议框架包括：协议头、报文长度、错误码、数据结构；在数据结构里面又包括请求帧/应答帧目标单元号、源单元号、子报文个数、命令1读/写、命令1数据帧数据内容、命令2读/写、命令2数据帧数据内容、数据校验。

进一步的，步骤3.1)中，现场设备级模块的实时信号采用EtherCAT总线通讯方式，在EtherCAT通信的主从站数据交互处理时，设置所有从站状态为实际运行态，PLC运行所需的所有数据均从实际的物理从站获取。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，首先基于OpenGL仿真软件对自动化生产线进行仿真建模，得到自动化生产线的三维模型；然后基于PLC对自动化生产线三维模型进行三维仿真调试；最后PLC采集实际设备级模块运行的实时信号，将运行设备的实时信号反馈给OpenGL仿真软件，进行三维仿真运动模块的运动修正。使自动化生产线的机械和电气部分的设计、实施、验证能够并行，项目现场调试周期缩短，研发成本降低。自动化生产线的实时数据、状态监控依靠三维仿真实现，数据容量大、立体感强、用户体验好。

进一步的，基于PLC对自动化生产线三维模型进行三维仿真调试；自动化生产线可实现远程实时状态监控，3D仿真漫游、省时省力。

进一步的，PLC通过EtherCAT总线通讯方式采集现场设备级模块的实时信号，通讯速率快、可靠性高、适用性强。

进一步的，当自动化生产线完成仿真调试、仿真监控后进行工艺升级时，搭建两套PLC运行环境，一套PLC运行环境总线从站设备配置为实际运行态，采集现场传感器的实际信号，实现产线不停机继续运转；另一套PLC运行环境总线从站设备配置为虚拟态，搭配OpenGL仿真软件进行仿真调试，仿真调试完成后直接将修改后的PLC程序下载到实际运行环境的PLC中。支持产线不停机状态下进行工艺决策、产线优化升级。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中基于OpenGL的自动化生产线三维仿真建模流程图；

图2为本发明实施例中仿真软件与PLC通讯示意图；

图3为本发明实施例中TCP网络通讯应用层协议图；

图4为本发明实施例中PLC对仿真软件的控制变量数据映射示意图；

图5为本发明实施例中仿真软件对PLC的反馈变量数据映射示意图；

图6为本发明实施例中基于PLC的自动化生产线三维仿真调试示意图；

图7为本发明实施例中PLC对现场设备级模块的数据采集示意图；

图8为本发明实施例中维仿真运动模块的运动修正示意图；

图9为本发明实施例中自动化生产线三维仿真调试的工艺决策、产线升级方法流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

一、基于OpenGL仿真软件的自动化生产线三维仿真建模方法。

OpenGL在交互式三维建模仿真领域有着其他仿真软件无法企及的优越性。首先，OpenGL最大的特色之一就是与硬件无关，能够在不同的平台上实现；其次，OpenGL在PC机上功能卓越，能够为实现逼真的仿真效果以及开发交互式的三维仿真应用程序提供***的解决方案；最后，OpenGL具有良好的开放性，尤其是与Visual C++面向对象编程软件的无缝结合，可以嵌入各种仿真算法，实现对三维模型的实时控制。OpenGL绘图过程遵循一个基本的渲染顺序，即渲染管线，这也是OpenGL处理数据的基本方法。在本例中，基于OpenGL实现自动化生产线三维模型的仿真建模，如图1所示，分为三个过程：

1.1三维模型静态建模；

利用OpenGL建立自动化生产线所用到的所有分模块结构件的三维模型子函数，包括CNC加工中心、六轴机器人，四轴SCARA机器人、自动化输送线线体、自动化托盘、自动化工装、自动化治具、自动化仪器、自动化检测台、自动化料仓、照明设备、报警设备、传感器等检测设备、气缸等执行设备等。为每一种分模块结构件的三维模型建立属性参数，所述属性参数包括模块在OpenGL视景体中的位置、模块大小比例、模块角度、模块是否需要运动及其运动所需参数等。

1.2三维模型动态运动建模；

三维模型的动态运动是基于静态模型实现的。在建立每一个分模块结构件的三维模型子函数时，都有一个属性参数为模块是否需要运动，及其运动所需参数，这些参数包括：模块运动相对点设置、模块运动速度、模块运动方式(沿X轴、沿Y轴、沿Z轴、沿空间曲线)模块运动相对距离等。

1.3自动化生产线的三维整体模型整体搭建。

自动化生产线的三维整体模型搭建的过程，是所有分模块结构件组装的过程，若该分模块结构件为静态模块，在建模调取相应子函数时，只需要指定静态模块在视景体中的位置、模块大小比例、模块角度即可；若该分模块结构件为动态模块，除了指定动态模块在视景体中的位置、模块大小、模块角度、还要指定动态模块需要运动及其运动所需的参数，在设定这些模块运动参数的时候，都是以变量的方式实现的。通过PLC改变这些变量的值，就可以实现这些三维模型的运动仿真。

二、基于PLC的自动化生产线三维仿真调试方法。

基于虚拟仿真技术的数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，采用虚拟仿真技术对制造环节从工厂规划、建设到运行等不同环节进行模拟、分析、评估、统计、监控与优化，指导工厂的生产规划和现场改善。通过基于仿真模型的“预演”，可以及早发现设计中的问题，减少建造过程中设计方案的更改。在实际的自动化仿真项目中，搭建OpenGL仿真环境+PLC运行环境的软硬件架构自动化平台整体解决方案，实现基于仿真模型的“预演”，解决三个问题：PLC虚拟模拟运行、仿真软件与PLC的通讯、仿真软件与PLC的数据映射。下面分别阐述：

2.1实现PLC虚拟模拟运行；

考虑到仿真环境中，外部设备都是虚拟不存在的，实现PLC虚拟模拟运行的关键就是处理好PLC作为通讯主站与其他外部设备作为从站的数据交互问题。在通信的主从站数据交互处理时，设置所有从站(伺服、IO及其他一些具有从站设备)状态为虚拟态，PLC运行所需的所有数据均不需要从实际的物理从站获取，而是从虚拟的三维模型获取，这些数据包括接近开关、光电开关、磁性开关等传感器是否有信号，伺服电机、单相电机，气缸等执行机构是否有动作。PLC运行所需的数据虽然是虚拟的，但程序及逻辑是真实的，电气开发人员可以通过PLC虚拟仿真运行来验证所写PLC程序的正确性。

2.2实现三维仿真软件与PLC通讯；

如图2所示，三维仿真软件与PLC的通讯主要分为两部分：PLC通讯协议和网络通讯。PLC通讯协议主要解决PLC与网络通讯服务器之间的数据交互、网络通讯主要解决网络通讯服务器与网络通讯客户端(仿真软件)之间的数据交互，这样通过PLC通讯协议和网络通讯，实现了PLC与仿真软件之间的通讯。

本发明实施例***构建所需的PLC与服务器间的通讯，支持市面上常见主流厂商PLC及其通讯协议，非主流PLC及其数据通讯接口也可定制开发，这样便可实现PLC与服务器之间的通讯。

本发明实施例***构建所需的网络通讯是基于TCP/IP协议的，主要实现服务器与客户端(仿真软件)之间的通讯。TCP/IP协议(Transmission Control Protocol/InternetProtocol)，是Internet最基本的协议，从协议分层模型的角度来说，TCP/IP协议可以分为四层，它包括：网络接口层、网络层、传输层以及应用层。其中，应用层协议是TCP/IP协议族与主机上应用程序或进程接口的地方，因此也被称为处理层。在这一层上的协议有访问Web页面所用到的HTTP协议、远程登录所用到的Telnet协议、传输文件所用到的FTP协议以及发送邮件所用到的SMTP协议等。我们可以通过网络编程的方式来自己定义这一层的协议，本发明实施例采用客户端/服务器模式(C/S)，在通信的双方中，作为客户端的一方在需要获得服务时向服务器端提出申请，另一方作为服务器会处理客户提出的请求并进行相应的响应。服务器需要保证进程始终运行，同时他还需要监听网络端口状态，一旦有客户请求到来它就要及时启动一个服务进程来响应该客户端，同时继续监听网络状态。在发送请求及处理请求的过程中，所遵循的报文协议就是应用层所处理的。

如图3所示，本发明实施例提供了一种应用层协议，协议框架包括Header(协议头)、Length(报文长度)、Error code(错误码)、Frame(数据结构)。在Frame(数据结构)里面又包括ICF(请求帧/应答帧)、DA1(目标单元号)、SA2(源单元号)、SubNum(子报文个数)、Command1(命令1读/写)、Data1(命令1数据帧数据内容)、Command2(命令2读/写)、Data2(命令2数据帧数据内容)、crc(数据校验)。

2.3三维仿真软件与PLC数据映射、随PLC逻辑控制动态运动。

数据映射分为两种：PLC对仿真软件的控制变量数据映射、仿真软件对PLC的反馈变量数据映射。

如图4所示，一方面，在三维仿真软件与PLC的通讯实现后，通过数据映射的方法，将PLC中的控制变量映射到仿真软件中的各个三维模型的动态运动参数上，实现三维模型跟随PLC程序逻辑的实时运动。这些运动参数包括：模块运动相对点设置、模块运动速度、模块运动方式(沿X轴、沿Y轴、沿Z轴、沿空间曲线)模块运动相对距离等。

如图5所示，另一方面，在实现三维模型跟随PLC程序逻辑的实时运动后，利用虚拟现实技术代替实际产线现场的各类传感器、检测机构等获取三维模型的运动状态，再把这些运动状态反馈给PLC以实现闭环控制，这些三维模型的运动状态包括：电机是否转动完成，气缸是否推出到位、托盘是否运动到位等。

实现了基于OpenGL的自动化生产线三维仿真建模、PLC与仿真软件的通讯(数据交互)后，电气开发人员在自动化产线现场机械结构尚未装配完成之前就可以通过虚拟现实技术对三维仿真产线进行调试。一方面，电气开发人员前期编写的PLC程序逻辑、正确性可以得到有效验证，另一方面三维仿真产线各个机械模块的相对运动也能一定程度上反应机械结构的设计是否合理，提前暴露需要整改、优化的地方，这样就为后期在客户现场调试赢得了时间，也为整个项目的人力、物力节省了成本，项目进度加快、项目周期缩短。

三、基于PLC的自动化生产线三维仿真监控方法。

自动化生产线在客户现场实际装配、调试、运行后，之前PLC中所获取的由仿真软件反馈映射而来的各个机械运动模块的运动状态信息，全部替换为项目现场实际的总线从站设备、接近开关、光电开关、磁性开关等各类传感器的真实反馈信息。将采集到的设备级实时信号再反馈给仿真软件进行三维仿真运动模块的运动修正，实现精确的三维仿真产线与实际产线的同步运行。

3.1 PLC对现场设备级模块的数据(设备级模块运行的实时信号)采集；

如图7所示，PLC对于现场各个设备级模块的数据采集是通过总线通讯方式实现的，本发明采用EtherCAT总线通讯方式，在EtherCAT通信的主从站数据交互处理时，设置所有从站(机器人、伺服、IO及其他一些具有EtherCAT通信的从站)状态为实际运行态，PLC运行所需的所有数据均从实际的物理从站获取，这些数据包括接近开关、光电开关、磁性开关等传感器是否有信号，伺服电机、单相电机等是否运动完成等。

3.2三维仿真运动模块的运动修正。

如图8所示，PLC对实际运行设备的信号采集后，将采集到的设备级实时信号再反馈给仿真软件进行三维仿真运动模块的运动修正，实现三维仿真产线与实际产线的精确同步运行，达到实时监控的目的，运动修正的过程实际上是仿真软件自身运动参数反馈信号与PLC采集的实际设备级传感器信号的不断对比，数据匹配、更新。

四、自动化生产线三维仿真调试的工艺决策、产线升级方法。

如图9所示，自动化生产线在后期的运行过程中，经常会遇到工艺优化，工序调整、改造升级等柔性调整的问题。一条自动化生产线的工艺决策或改造升级，往往需要停线调整，这给企业生产设备、时间成本带来很大浪费，同时也导致生产任务停滞。本发明例在解决了基于OpenGL的自动化生产线三维仿真、基于PLC的自动化生产线三维仿真调试、基于PLC的自动化生产线三维仿真监控的同时，可以实现不停线进行自动化生产线的工艺决策、产线优化升级的功能。当需要工艺决策或者产线升级时，PLC运行所需要的传感器反馈信号可以由用户自由指定，即在虚拟三维仿真软件中获取和采集现场传感器的实际信号间自由切换、配置。用户可以搭建两套PLC运行环境，一套PLC运行环境总线从站设备配置为实际运行态，采集现场传感器的实际信号，实现产线不停机继续运转；另一套PLC运行环境总线从站设备配置为虚拟态，搭配三维仿真软件，对产线运行的工艺分配进行不断地“预演”，调整各个工位节拍使其达到最优，分析生产瓶颈、稼动率、加工时间、测试合格率、设备利用率等，以三维仿真的形式呈现产线产能、托盘堆积情况、在制品数量等生产数据，在反复预演地过程中，开发人员可不断地修改、完善PLC控制程序，在达到预期工艺决策或优化升级效果后，直接将修改后的PLC程序下载到实际运行环境的PLC中，实现产线不停机升级。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于OpenGL仿真软件对自动化生产线进行仿真建模，得到自动化生产线的三维模型；

2)基于PLC对自动化生产线的三维模型进行三维仿真调试；

3)PLC采集实际设备级模块运行的实时信号，将运行设备的实时信号反馈给OpenGL仿真软件，进行三维仿真运动模块的运动修正。

2.根据权利要求1所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，还包括步骤4)，搭建两套PLC运行环境，一套PLC运行环境总线从站设备配置为实际运行态，采集实际设备级模块运行的实时信号；另一套PLC运行环境总线从站设备配置为虚拟态，搭配OpenGL仿真软件进行仿真调试，仿真调试完成后直接将修改后的PLC程序下载到实际运行环境的PLC中。

3.根据权利要求1所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤1)具体步骤为：

1.1)三维模型静态建模，利用OpenGL仿真软件建立自动化生产线的所有分模块结构件的三维模型子函数；为每一种分模块结构件的三维模型建立属性参数；

1.2)三维模型动态运动建模，在建立分模块结构件的三维模型子函数时，建立属性参数：分模块结构件需要运动及其运动所需参数；

1.3)将所有分模块结构件组装、搭建形成三维模型；在建模调取相应三维模型子函数时，若该分模块结构件为静态模块，指定静态模块在视景体中的位置、大小比例、角度；若该分模块结构件为动态模块，指定动态模块在视景体中的位置、大小、角度、需要运动及其运动所需的参数。

4.根据权利要求1所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤2)具体步骤为：

2.1)PLC虚拟模拟运行，PLC运行所需的所有数据从虚拟的三维模型中获取；

2.2)OpenGL仿真软件与PLC通讯，OpenGL仿真软件与PLC的通讯分为两部分，PLC通讯协议和网络通讯；PLC通讯协议用于PLC与网络通讯服务器之间的数据交互，网络通讯用于网络通讯服务器与网络通讯客户端之间的数据交互；

2.3)OpenGL仿真软件与PLC数据映射，随PLC逻辑控制动态运动；数据映射分为两种：PLC对OpenGL仿真软件的控制变量数据映射、OpenGL仿真软件对PLC的反馈变量数据映射；将PLC中的控制变量映射到OpenGL仿真软件中的三维模型的动态运动参数上，实现三维模型跟随PLC程序逻辑的实时运动；在实现三维模型跟随PLC程序逻辑的实时运动后，获取三维模型的运动状态，再反馈给PLC以实现闭环控制。

5.根据权利要求1所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤3)具体步骤为：

3.1)PLC通过EtherCAT总线通讯方式采集现场设备级模块的实时信号；

3.2)三维仿真运动模块的运动修正，将采集到的设备级模块运行的实时信号再反馈给OpenGL仿真软件进行三维仿真运动模块的运动修正，OpenGL仿真软件自身运动参数反馈信号与PLC采集的实际设备级传感器信号进行对比、数据匹配、更新。

6.根据权利要求3所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤1.1)中，所述分模块结构件包括：CNC加工中心、六轴机器人，四轴SCARA机器人、自动化输送线线体、自动化托盘、自动化工装、自动化治具、自动化仪器、自动化检测台、自动化料仓、照明设备、报警设备、检测设备、执行设备；所述属性参数包括：模块在OpenGL视景体中的位置、模块大小比例、模块角度、模块是否需要运动及其运动所需参数。

7.根据权利要求3所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤1.2)中，所述运动所需参数包括：模块运动相对点设置、模块运动速度、模块运动方式、模块运动相对距离。

8.根据权利要求4所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤2.1)中，PLC运行所需的所有数据包括：传感器是否有信号、执行机构是否有动作。

9.根据权利要求4所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤2.2)中，所述网络通讯基于TCP/IP协议，TCP/IP协议分为四层：网络接口层、网络层、传输层以及应用层；应用层的协议框架包括：协议头、报文长度、错误码、数据结构；在数据结构里面又包括请求帧/应答帧目标单元号、源单元号、子报文个数、命令1读/写、命令1数据帧数据内容、命令2读/写、命令2数据帧数据内容、数据校验。

10.根据权利要求5所述的自动化生产线三维仿真调试及监控方法，其特征在于，步骤3.1)中，现场设备级模块的实时信号采用EtherCAT总线通讯方式，在EtherCAT通信的主从站数据交互处理时，设置所有从站状态为实际运行态，PLC运行所需的所有数据均从实际的物理从站获取。

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