西門子Process Simulate與三菱PLC通訊研究

黃初敏

摘 要：在全面推行智能制造的大背景下，數字化工廠技術目前在汽車制造業被普遍應用。數字化工廠中的重要一環是虛擬調試，虛擬調試技術是在虛擬環境中實現對于整個生產線及生產過程的評估，包括工藝規劃、產品數據、制造仿真和生產線布局，在生產線進廠安裝前，完成程序編制[1]。西門子Tecnomatix Process Design&Simulate軟件作為數字化工廠的核心工具，在進行VC虛擬調試時，其與西門子自身品牌的PLC通訊不存在技術障礙，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）實現通訊互聯。

關鍵詞：PDPS;ProcessSimulate;數字化工廠;虛擬調試

1 項目背景

我司乘用車總裝一線內飾線需要規劃設計一套自動上下料機構，用于實現兩條內飾線料車的緩存、周轉。項目實施周期緊，任務艱巨，尤其在現場施工、調試階段，要求把時間壓縮到最短。故在項目前期設計階段，我們決定采用PDPS數字化工廠軟件對項目進行虛擬仿真，借助虛擬調試技術提前驗證設備的PLC控制程序，以縮短現場調試周期。由于此前一直使用西門子PLC與PDPS軟件進行虛擬調試，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下的產品，簡稱PDPS。其中process design（PD）用于工藝規劃及數據管理，process simulate（PS）用于虛擬仿真及離線編程。

作為數字化工廠的核心工具，Tecnomatix徹底改變了傳統工藝規劃的格局與思路，為汽車制造企業提供了數字化方案。在虛擬環境中，可提前執行工藝規劃，分配工藝任務，待資源分配到位后，進入仿真調試環境中，開展工藝流程驗證、設備動作驗證、控制程序驗證。在Process Simulate中仿真有2種模式，一種是標準仿真模式（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 仿真調試步驟

開展仿真調試主要分為五個步驟：

（1）創建項目結構樹：此階段需要建立項目結構樹，并將相關資源放入對應的資源樹文件夾內;

（2）導入項目資源：將項目相關的產品、設備、工藝（焊點、涂膠）、工具、布局圖等所有資源導入項目對應子樹下;

（3）資源分配布局：把導入的資源分別按布局圖中所處位置，擺放到位;

（4）創建機構及邏輯塊：創建仿真相關的所有機構，定義好相應的POSE;并創建控制仿真動作的邏輯塊，定義好I/O信號;

（5）信號關聯及虛擬調試：將PS內創建的I/O信號與PLC對應信號進行關聯，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，其他仿真調試步驟不作重點闡述。

4.1 前期準備

本次虛擬調試應用到的軟件及硬件如下表所示：

調試不需要借助虛擬機（VM），所有調試都在同一臺PC上開展，本次使用的PLC為三菱Q02HCPU。調試開始前，務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PS如何與三菱PLC建立通訊的核心在于通過OPC軟件對數據進行中轉，PS軟件支持KEPServer數據的直接訪問。OPC可以作為整個網絡的一種數據接口規范，所以它可以提升控制系統的功能，增強網絡的兼容性[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PS與PLC通訊。

4.3 通訊簡要步驟

Step1：打開GX Works2，根據PLC類型創建項目（本項目采用Q02HCPU，外置以太網模塊），進入網絡參數界面，配置以太網模塊地址為192.169.0.2，網絡號為1，站號為1，勾選“允許RUN中寫入”;見圖4。

Step2：在網絡參數界面內，點擊“打開設置”，分別創建發送、接收TCP通訊協議，打開方式都選為“Unpassive”，端口都設置為5000（十進制）;

Step3：保存項目，講組態配置下載到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：創建設備，PLC類型選擇Q series，device ID 填入“192.168.0.2： N1：1”（注意PC IP也必須在同一網段內）;

Step6：通訊端口設置5000，選擇TCP/IP協議，完成創建;隨便建一個M100，監測該點狀態，在PLC中強制M100，觀察KEPServer中信號是否發生變化，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”創建OPC DA連接;

Step8：在選擇OPC SERVER選項，找到在KEPServer中創建的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聯的，見圖5;

Step10：在PS及KEPServer中創建符號名一致的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生變化，若變化，則代表通訊成功！見圖6。

5 結語

在本次項目中，利用OPC軟件進行信號采集、中轉，成功實現了西門子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與PS軟件通訊。

參考文獻：

[1]陳明鑫，孔慶玲.虛擬調試技術在汽車焊裝線上的應用.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 的聯合虛擬調試研究.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技術的PC與西門子PLC的實時通訊.船電技術.2011（01）：9-12.