劉明

RoboGuide與西門子虛擬PLC的通信研究

劉明

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201206）

文章闡述了一種利用OPC技術，使RoboGuide和西門子虛擬PLC軟件PLCsim可以通信的一種方法，使得在RoboGuide中進行機器人離線編程時，可以跟外部PLC進行信號交互（如：干涉區(qū)信號的判斷）。實現(xiàn)了機器人離線編程的虛擬仿真，提高了離線編程的完成度。

OPC；RoboGuide；PLCsim；機器人；離線編程；虛擬仿真

前言

隨著中國制造2025概念的提出，制造業(yè)面臨從傳統(tǒng)的工業(yè)制造向智能制造發(fā)展的產(chǎn)業(yè)升級。工業(yè)機器人作為實現(xiàn)智能制造目標的關鍵技術之一，已經(jīng)在各個行業(yè)得到了廣泛應用。同時，各家機器人制造商也都為自己的工業(yè)機器人開發(fā)了配套的離線編程仿真軟件。例如，日本FANUC公司開發(fā)的RoboGuide軟件，可以實現(xiàn)對FANUC機器人的離線編程、虛擬仿真等功能。為工業(yè)機器人實現(xiàn)智能制造提供了軟件基礎[1]。

通常，車間現(xiàn)場的機器人站內(nèi)，如果多臺機器人之間存在著碰撞干涉區(qū)（機器人之間會發(fā)生碰撞、干涉的區(qū)域），現(xiàn)場是依靠PLC跟機器人通信來實現(xiàn)干涉區(qū)的管理。但是，如果在RoboGuide中做機器人的離線編程時，RoboGuide軟件無法直接跟PLC通信，需要借助第三方的OPC服務器軟件間接實現(xiàn)跟PLC的信號交互。

本文通過OPC技術，不僅實現(xiàn)了RoboGuide和PLC通信的功能，更進一步實現(xiàn)了其和虛擬PLCsim軟件在同一臺電腦上的信號交互。實現(xiàn)了FANUC機器人在離線仿真時，機器人程序自動跟PLC程序的通信，提升了機器人離線編程的完成度。

1 概念簡介

1.1 OPC技術

OPC是Open Plat Communication的簡稱，即開放平臺通信。其本質(zhì)是在硬件供應商和軟件開發(fā)商之間建立一套完整的“規(guī)則”。只要雙方都遵守這套“規(guī)則”，就可以通過OPC服務器軟件進行通信[2]。

本文使用的第三方OPC服務器軟件是KEPServerEx。

1.2 RoboGuide軟件

RoboGuide軟件是日本FANUC機器人公司針對自家的FANUC機器人開發(fā)的一套機器人離線編程軟件。可以在PC端實現(xiàn)機器人的可視化離線編程和仿真運行。使的機器人的編程和仿真不再依賴于工位現(xiàn)場，大幅提高了機器人編程效率[3]。

1.3 S7-PLCsim軟件

S7-PLCsim軟件是西門子公司出品的，針對西門子PLC的仿真軟件。用戶只需設計好PLC程序，無需PLC硬件支持就可以直接使用PLCsim仿真軟件來驗證PLC程序[4]。

1.4 NetToPLCsim軟件

通過NetToPLCsim軟件，可以實現(xiàn)讓PLCsim軟件按照TCP/IP協(xié)議，通過以太網(wǎng)口進行數(shù)據(jù)傳輸。即，把虛擬PLCsim軟件重新模擬成PLC硬件，通過網(wǎng)線連接實現(xiàn)PLCsim軟件與其它設備的信號交互。

2 通信環(huán)境搭建

2.1 配置計算機網(wǎng)卡

用網(wǎng)線連接電腦網(wǎng)卡到任意網(wǎng)絡設備，使這張網(wǎng)卡處于“已連接”狀態(tài)。然后將其IP地址設置為192.168.0.90，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0。

注意，這張網(wǎng)卡必須處于工作狀態(tài)，不能是“未連接”狀態(tài)。否則后面的步驟無法完成。

2.2 配置S7-PLCSIM軟件

打開西門子STEP7，建立一個S7-300系列的包含以太網(wǎng)口的PLC硬件組態(tài)。然后將PLC的以太網(wǎng)口IP地址設置為192.168.0.100，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0。最后將硬件組態(tài)保存、編譯、下載進模塊，然后啟動PLCSIM模塊，如圖1所示。

圖1 S7-PLCSIM軟件

2.3 配置NetToPLCsim軟件

啟動NetToPLCsim，如果彈出“端口102使用中”的提示，必須點擊Yes，停止該服務。左下角顯示“Port102 OK”說明狀態(tài)良好。然后點擊右下角Add按鈕，如圖2所示。

圖2 NetToPLCsim軟件

接下來配置Station參數(shù)。Network IP Address選擇計算機網(wǎng)卡地址192.168.0.90，Plcsim IP Address選擇虛擬PLC地址192.168.0.100。然后點擊左下角Start Server按鈕。Net- ToPLCsim軟件配置完成。即，建立了計算機網(wǎng)卡跟虛擬PLC的通信。如圖3所示。

圖3 配置NetToPLCsim軟件

2.4 配置KEPServerEx軟件

啟動KEPServerEx，新建名為Test的Project，設備驅(qū)動選擇Siemens TCP/IP Ethernet，網(wǎng)絡適配器選擇IP地址為192.168.0.90的網(wǎng)卡。然后新建名為PLCsim的Device。Device model選擇S7-300，Device ID填寫IP地址192.168.0.90。如圖4所示。

圖4 KEPServerEx軟件

2.5 PLCsim跟KEPServerEx的通信測試

至此，PLCsim跟OPC服務器軟件KEPServerEx的通信環(huán)境已經(jīng)搭建成功。需要測試一下是否能成功通信。新建名為Input（I0.0）和Output（Q4.0）兩個變量。如圖5所示。

圖5 配置KEPServerEx軟件

打開PLCsim，手動激活I0.0和Q4.0兩個信號，如圖6所示。

圖6 手動測試信號

然后再回到KepServerEx軟件，點擊QuickClient按鈕，啟動自帶的OPC Client，可以在QuickClient界面看到這剛才新建的兩個信號Output和Input的Value從0變成了1。說明通信測試成功。如圖7所示。

圖7 通信測試成功

2.6 配置RoboGuide軟件

RoboGuide軟件預留了OPC接口，可以作為OPC客戶端與OPC服務器軟件KEPServerEx進行通信。

啟動RoboGuide軟件，之后在External Devices右鍵，添加設備。如圖8所示。然后選擇OPC Server，點擊OK。如圖9所示。

圖8 添加設備

圖9 添加OPC Server

圖10 配置OPC Server

之后設置OPC Server名字為PLC，并設置其它參數(shù)，完成RoboGuide端OPC相關的設置，如圖10所示。

接下來，在External Devices上右鍵，選擇External I/O Connection，創(chuàng)建信號點之間的連接。即Output Device到Input Device的信號連接。例如，Robot輸出到PLC，PLC輸出信號到機器人。設置完畢之后，點擊右下角Connect，完成信號關聯(lián)設置。如圖11所示界面。

圖11 信號關聯(lián)設置

至此，完成了RoboGuide與OPC服務器KepServerEx的通信設置。結合之前已經(jīng)完成了PLCsim到KEPServerEx的通信。到此為止，已經(jīng)完成了RoboGuide到PLCsim的通信。

2.7 手動通信測試

分別在PLCsim和RoboGuide軟件中強制一個輸出信號保持ON，檢測是否收到對方發(fā)送的信號。如果能收到，說明通信環(huán)境搭建成功。

3 自動通信功能的實現(xiàn)

3.1 自動通信原理簡介

上述通信環(huán)境的搭建，本質(zhì)上就是RoboGuide和PLCsim通過KepServeEX實現(xiàn)了通信，如下圖12所示。

圖12 自動通信原理

接下來，只需要將機器人運行時所需的外部信號編寫入PLC程序，然后導入PLCsim軟件，讓其自動循環(huán)執(zhí)行。即可完成和RoboGuide中的機器人實現(xiàn)自動通信的功能。

3.2 機器人干涉區(qū)管理PLC程序示例

本例展示了管理兩臺機器人之間四個干涉區(qū)的PLC程序片段。如下圖13所示。例如Area12_1，表示Robot1和Robot2之間的第1個干涉區(qū)，以此類推。

將此PLC程序加載到PLCsim軟件，并讓其自動循環(huán)運行。當機器人R1在RoboGuide中自動運行時，如果需要進入干涉區(qū)，需要PLC來判斷另外一臺機器人R2是否已經(jīng)在干涉區(qū)內(nèi)，從而判斷R1是否可以進入。此時，PLCsim已經(jīng)和RoboGuide建立了自動通信，即可實現(xiàn)機器人在Robo Guide中進出干涉區(qū)的自動管理。

圖13 PLC程序示例

4 總結

針對在RoboGuide中離線編程時無法進行干涉區(qū)管理的問題，利用OPC技術，最終實現(xiàn)了RoboGuide跟PLC的信號交互，實現(xiàn)了干涉區(qū)的自動管理，提高了機器人在離線編程時的完成度，縮短了在線調(diào)試機器人的工時，為企業(yè)的智能制造升級打下了基礎。

同時也為其它有類似需求的場景提供了范例，有很高的參考應用價值。

[1] 李向陽,王俊.基于ROBOGUIDE的多功能機器人工作站設計與仿真[J].機械工程師, 2020,351(09):112-113+116.

[2] 張智杰,張燕燕. OPC技術與應用[J]. 信息技術, 2002(3):29-31.

[3] 謝志軍,郭光明,張偉軍.基于Roboguide白車身在線測量系統(tǒng)的機器人離線編程方法研究[J].機電一體化,2016,22(11):3-8.

[4] 李田科,李梅.模擬S7-300PLC運行的西門子S7-PLCSIM仿真軟件[J].可編程控制器與工廠自動化(PLC FA),2005(6):51-52.

The Study of Communication between RoboGuide and PLCsim

LIU Ming

( SAIC General Motors Co., Ltd.,Vehicle Manufacturing Engineering, Shanghai 201206 )

This paper describes a method for communicating RoboGuide and Siemens virtual PLC software PLCsim, so that when robot offline programming in RoboGuide, signal interaction with external PLC (e. g., signal judgment of interference zone).Realize the virtual simulation of robot offline programming and improve the completion of offline programming.

OPC; RoboGuide; PLCsim; Robot; Offline programming; Virtual simulation

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1671-7988(2021)22-155-04

TP24

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1671-7988(2021)22-155-04

CLC NO.: TP24

劉明（1983—），男，就職于上汽通用汽車有限公司整車制造工程部，從事機器人方面工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.040