基于Process Simulate的焊裝工位虛擬調試技術應用

王文成

摘 要 針對國內焊裝生產線應用較少的技術，提出Tecnomatix 虛擬調試解決方案，并在Process Simulate進行虛擬仿真，實現了智能組件的創建，對常用的傳感器進行邏輯化處理，智能裝備進行了 Logic Block驗證，對Smart Component信號和機器人信號進行了通信，在虛擬環境中驗證了自動化設備，減少現場調試時間。

關鍵詞 Process Simulate 虛擬調試 焊裝

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A

0前言

焊裝工藝是汽車制造中重要的工藝，焊裝的焊接質量好壞決定了最終整車的強度和密封性能。為了保證工藝質量，現在主機廠廣泛使用自動化生產線進行焊裝作業。而虛擬調試是在真實焊裝工廠調試之前在Process Simulate環境里模擬智能設備系統硬件性能，通過在虛擬環境下使PLC與智能設備進行通信，使得PLC調試不受現場安裝的限制，降低了干涉區機器人碰撞的概率，保障了調試人員的人身安全。

1 Process Simulate軟件概述

Process Simulate是Tecnomatix Application的一個組成軟件，Siemens系列產品線中數字化制造品牌Tecnomatix專門面向數字化制造領域的軟件解決方案。它由零部件制造，裝配規劃，資源管理，工廠設計與優化，人力績效，產品質量規劃與分析，生產管理等核心軟件構成，Tecnomatix是對汽車全套的解決方案，主要解決汽車的制造管理、白車身焊裝生產線的規劃問題、仿真驗證和虛擬調試。

Process Simulate中的CEE是虛擬調試中重要的模塊，CEE在虛擬調試中起到控制的作用，對于虛擬調試的每個周期，CEE采集和估量PLC信號，使得PLC與其他智能設備通信成為可能。虛擬調試流程圖如圖1所示，要實現虛擬調試首先就要實現每個模塊的通信，以實現信號的互相傳遞。

2焊裝工位的虛擬調試

本文以實際的焊裝工位出發，并對工位進行了仿真驗證，在規劃汽車生產線后進行虛擬調試并和PLC連接，實現仿真并對生產線的設備、機器人和電氣信號進行創建、測試和安裝，通過以虛擬方式進行仿真和驗證自動化設備，可以保證PLC代碼的正確性，從而大幅度縮短系統啟動時間。

2.1智能組件的創建

現如今的工廠車間內，很多資源都不在是“拇指”設備（如簡易開關控制閥）。它們中的大多都有其自身的設備控制器。在設備/資源的控制器中設置了不同信號的動作后，設備/資源會根據信號執行相應的動作。我們將這樣的設備/資源稱為智能組件。智能組件的創建是在Process Simulate軟件下的Kineamtics編輯器進行智能組件的信號關聯，在控制中心的CEE模塊下的A05RC01_Open、 A05RC01_Close、A05RC02_Open、 A05RC02_Close為PLC輸入信號并到LB中，LB會根據PLC輸入信號類型分別執行相應的動作，運動機構的速度和加速度為系統默認值，如圖2所示為夾具的智能組件的創建示意圖。

2.2光電傳感器

Photoelectric Sensor為光電傳感器，使用Create Photoelectric Sensor定義光電傳感器，會生成一個傳感器的三維實體和檢測零件位置的光束，當傳感器檢測的零件進入檢測范圍時，傳感器會被觸發，所以它常常被用為，零件的測試，連鎖檢測等。

本文光電傳感器的檢測范圍為直徑為1000cm，寬度為5cm，檢測距離為50cm，檢測板件為夾具，如圖3所示部裝夾具的光電傳感器。

2.3機器人信號概述

機器人信號可以和PLC信號進行通信連接，或者和其他智能設備之間進行通信，如焊槍、夾頭、機械抓手，或其他可操作的資源，在Process Simulate線性仿真狀態下，可以驗證機器人的的可達性和干涉檢測，提前驗證干涉區，提高機器人焊接質量，為了使PLC信號與機器人信號通信我們在Robot Signals定義機器人信號，如圖4所示為機器人信號示意圖。

2.4 Logic Block

Logic Block簡稱LB，它是通過邏輯資源添加輸入，輸出運算公式給LB賦予邏輯。在虛擬調試中，LB會根據公式的運算規則計算中結果，并將結果輸出給執行機構，圖5是PLC與LB的交互方式，每個PLC輸入信號都是智能組件的輸入信號，信號進入到LB中，LB會創建的算法輸出信號給PLC進行反饋執行，因此實現LB和PLC進行信號交互。

2.5物料流

在Process Simulate中物料流代表產品的流向，物料流只能通過操作面板的Material Flow Viewer顯示，物料流分為并行連接和串行連接兩種方式，如圖6所示為本文用到的并行連接方式，當產品出現時鏈接從Op1到Op2和Op3以及Op1到Op5和Op6之間的并行鏈接時，實際運行的是：Op2或Op3和Op4和Op5和Op6。因此，由Op1傳遞的部分會傳遞至Op4， Op5， Op6，也會到Op2或者Op3。

3 PLC控制試生產

在虛擬調試中，使用西門子公司開發的PLCSIM仿真軟件與虛擬環境的焊裝生產線進行連接，并交換了不同的傳感器和執行器信號，虛擬調試環境作為一種監控系統，在虛擬環境中的PLC程序有效運行后，從而控制Process Simulate系統中的焊裝工位，并進行測試。PLC S7-300和Process Simulate之間的連接可以由西門子OPC Server完成，如圖7所示。

在Process Simulate設定的焊裝工位，包含PLC用來與機器人控制器通信的信號，PLC在機器人控制器中設置了機器人信號并觸發，在選定的機器人程序結束后，機器人控制器向PLC發送輸入信號使機器人程序結束。如圖8所示為機器人與PLC進行通信Signal Viewer。定義完焊裝工位的信號后，使用PLCSIM控制Process Simulate里的開始程序信號，開始焊裝線的試生產，如圖9所示為焊裝工位的試生產3D模型。

4結論

焊裝生產線的虛擬調試是汽車智能制造領域的最前沿技術，通過對汽車焊裝工位的虛擬調試不僅可以減少制造企業在現場調試生產線的時間，還使產品在調試階段可視化、最優化。使設備的功能和動作，在虛擬模型上進行PLC程序修改和評估而不是在現實設備操作，把風險降到最低值。

參考文獻

[1] Process Simulate on eMS， Basicand Intermediate manual[M].Siemens PLM，2009.