黃初敏

摘 要：在全面推行智能制造的大背景下，數(shù)字化工廠技術(shù)目前在汽車制造業(yè)被普遍應(yīng)用。數(shù)字化工廠中的重要一環(huán)是虛擬調(diào)試，虛擬調(diào)試技術(shù)是在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)對于整個生產(chǎn)線及生產(chǎn)過程的評估，包括工藝規(guī)劃、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、制造仿真和生產(chǎn)線布局，在生產(chǎn)線進廠安裝前，完成程序編制[1]。西門子Tecnomatix Process Design&Simulate軟件作為數(shù)字化工廠的核心工具，在進行VC虛擬調(diào)試時，其與西門子自身品牌的PLC通訊不存在技術(shù)障礙，但與三菱、歐姆龍、AB等其他品牌PLC通訊時需要解決通訊瓶頸。本文以三菱PLC為例，重點研究不同品牌PLC如何與ProcessSimulate（下文簡稱PS）實現(xiàn)通訊互聯(lián)。

關(guān)鍵詞：PDPS;ProcessSimulate;數(shù)字化工廠;虛擬調(diào)試

1 項目背景

我司乘用車總裝一線內(nèi)飾線需要規(guī)劃設(shè)計一套自動上下料機構(gòu)，用于實現(xiàn)兩條內(nèi)飾線料車的緩存、周轉(zhuǎn)。項目實施周期緊，任務(wù)艱巨，尤其在現(xiàn)場施工、調(diào)試階段，要求把時間壓縮到最短。故在項目前期設(shè)計階段，我們決定采用PDPS數(shù)字化工廠軟件對項目進行虛擬仿真，借助虛擬調(diào)試技術(shù)提前驗證設(shè)備的PLC控制程序，以縮短現(xiàn)場調(diào)試周期。由于此前一直使用西門子PLC與PDPS軟件進行虛擬調(diào)試，從未嘗試過別的品牌PLC，借此項目機會，研究三菱PLC如何與西門子PS軟件實現(xiàn)通訊。

2 Tecnomatix Process Design & Simulate簡介

Process Designer & Simulate，它們同為西門子公司Tecnomatix下的產(chǎn)品，簡稱PDPS。其中process design（PD）用于工藝規(guī)劃及數(shù)據(jù)管理，process simulate（PS）用于虛擬仿真及離線編程。

作為數(shù)字化工廠的核心工具，Tecnomatix徹底改變了傳統(tǒng)工藝規(guī)劃的格局與思路，為汽車制造企業(yè)提供了數(shù)字化方案。在虛擬環(huán)境中，可提前執(zhí)行工藝規(guī)劃，分配工藝任務(wù)，待資源分配到位后，進入仿真調(diào)試環(huán)境中，開展工藝流程驗證、設(shè)備動作驗證、控制程序驗證。在Process Simulate中仿真有2種模式，一種是標(biāo)準(zhǔn)仿真模式（Standard Mode）下基于順序的仿真，一種是線性仿真模式（Line Simulation Mode）下基于事件的仿真[2]。本次項目將采用線模式進行仿真。

3 仿真調(diào)試步驟

開展仿真調(diào)試主要分為五個步驟：

（1）創(chuàng)建項目結(jié)構(gòu)樹：此階段需要建立項目結(jié)構(gòu)樹，并將相關(guān)資源放入對應(yīng)的資源樹文件夾內(nèi);

（2）導(dǎo)入項目資源：將項目相關(guān)的產(chǎn)品、設(shè)備、工藝（焊點、涂膠）、工具、布局圖等所有資源導(dǎo)入項目對應(yīng)子樹下;

（3）資源分配布局：把導(dǎo)入的資源分別按布局圖中所處位置，擺放到位;

（4）創(chuàng)建機構(gòu)及邏輯塊：創(chuàng)建仿真相關(guān)的所有機構(gòu)，定義好相應(yīng)的POSE;并創(chuàng)建控制仿真動作的邏輯塊，定義好I/O信號;

（5）信號關(guān)聯(lián)及虛擬調(diào)試：將PS內(nèi)創(chuàng)建的I/O信號與PLC對應(yīng)信號進行關(guān)聯(lián)，將PS由CEE模式切換為PLC模式，通訊成功后，開展PLC程序虛擬調(diào)試。

4 通訊研究

本次項目將重點研究PS如何與三菱PLC建立通訊，其他仿真調(diào)試步驟不作重點闡述。

4.1 前期準(zhǔn)備

本次虛擬調(diào)試應(yīng)用到的軟件及硬件如下表所示：

調(diào)試不需要借助虛擬機（VM），所有調(diào)試都在同一臺PC上開展，本次使用的PLC為三菱Q02HCPU。調(diào)試開始前，務(wù)必確認所有軟件都已正確安裝，可正常使用。

4.2 通訊原理，見圖3

實現(xiàn)PS如何與三菱PLC建立通訊的核心在于通過OPC軟件對數(shù)據(jù)進行中轉(zhuǎn)，PS軟件支持KEPServer數(shù)據(jù)的直接訪問。OPC可以作為整個網(wǎng)絡(luò)的一種數(shù)據(jù)接口規(guī)范，所以它可以提升控制系統(tǒng)的功能，增強網(wǎng)絡(luò)的兼容性[3]。所以我們只需要建立PS與KEPServer、KEPServer與PLC之間的通訊，即可間接實現(xiàn)PS與PLC通訊。

4.3 通訊簡要步驟

Step1：打開GX Works2，根據(jù)PLC類型創(chuàng)建項目（本項目采用Q02HCPU，外置以太網(wǎng)模塊），進入網(wǎng)絡(luò)參數(shù)界面，配置以太網(wǎng)模塊地址為192.169.0.2，網(wǎng)絡(luò)號為1，站號為1，勾選“允許RUN中寫入”;見圖4。

Step2：在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)界面內(nèi)，點擊“打開設(shè)置”，分別創(chuàng)建發(fā)送、接收TCP通訊協(xié)議，打開方式都選為“Unpassive”，端口都設(shè)置為5000（十進制）;

Step3：保存項目，講組態(tài)配置下載到PLC后，重啟，測試PC與PLC是否可以正常通訊;

Step4：打開KEPServer，新建項目-通道，類型選擇“Mitsubishi Ethernet”;

Step5：創(chuàng)建設(shè)備，PLC類型選擇Q series，device ID 填入“192.168.0.2： N1：1”（注意PC IP也必須在同一網(wǎng)段內(nèi)）;

Step6：通訊端口設(shè)置5000，選擇TCP/IP協(xié)議，完成創(chuàng)建;隨便建一個M100，監(jiān)測該點狀態(tài)，在PLC中強制M100，觀察KEPServer中信號是否發(fā)生變化，若變化則代表KEPServer與PLC通訊連接建立成功;

Step7：“線模式”下打開PS軟件，按F6，選擇“PLC”，切換為PLC模式，打開“connection settings”創(chuàng)建OPC DA連接;

Step8：在選擇OPC SERVER選項，找到在KEPServer中創(chuàng)建的I/O信號，按OK;

Step9：Map signals by選擇signal name，即PS中的信號與PLC的信號是基于信號名稱進行關(guān)聯(lián)的，見圖5;

Step10：在PS及KEPServer中創(chuàng)建符號名一致的I/O信號，在PS的signal viewer中勾選該信號的“PLC connection”選項，然后在simulation panel中強制該信號，觀察PLC中該信號是否同時發(fā)生變化，若變化，則代表通訊成功！見圖6。

5 結(jié)語

在本次項目中，利用OPC軟件進行信號采集、中轉(zhuǎn)，成功實現(xiàn)了西門子Process Simulate與三菱PLC通訊，突破了西門子Process Simulate與非西門子品牌PLC通訊的瓶頸。除了三菱PLC外，其他品牌的PLC（如歐姆龍、AB、施耐德等）也可參照本方法實現(xiàn)與PS軟件通訊。

參考文獻：

[1]陳明鑫，孔慶玲.虛擬調(diào)試技術(shù)在汽車焊裝線上的應(yīng)用.汽車工藝與材料.2019（07）：19-21.

[2]成正勇，黎亮，李小燦，楊星政.基于TIA 與TECNOMATIX 的聯(lián)合虛擬調(diào)試研究.汽車工藝與材料.2020（02）：66-71.

[3]石靈丹，華斌，朱歆州，吳明.基于OPC技術(shù)的PC與西門子PLC的實時通訊.船電技術(shù).2011（01）：9-12.