基于Process Simulate的焊装工位虚拟调试技术应用

    王文成

    摘 要 针对国内焊装生产线应用较少的技术，提出Tecnomatix 虚拟调试解决方案，并在Process Simulate进行虚拟仿真，实现了智能组件的创建，对常用的传感器进行逻辑化处理，智能装备进行了 Logic Block验证，对Smart Component信号和机器人信号进行了通信，在虚拟环境中验证了自动化设备，减少现场调试时间。

    关键词 Process Simulate 虚拟调试 焊装

    中图分类号：TP24 文献标识码：A

    0前言

    焊装工艺是汽车制造中重要的工艺，焊装的焊接质量好坏决定了最终整车的强度和密封性能。为了保证工艺质量，现在主机厂广泛使用自动化生产线进行焊装作业。而虚拟调试是在真实焊装工厂调试之前在Process Simulate环境里模拟智能设备系统硬件性能，通过在虚拟环境下使PLC与智能设备进行通信，使得PLC调试不受现场安装的限制，降低了干涉区机器人碰撞的概率，保障了调试人员的人身安全。

    1 Process Simulate软件概述

    Process Simulate是Tecnomatix Application的一个组成软件，Siemens系列产品线中数字化制造品牌Tecnomatix专门面向数字化制造领域的软件解决方案。它由零部件制造，装配规划，资源管理，工厂设计与优化，人力绩效，产品质量规划与分析，生产管理等核心软件构成，Tecnomatix是对汽车全套的解决方案，主要解决汽车的制造管理、白车身焊装生产线的规划问题、仿真验证和虚拟调试。

    Process Simulate中的CEE是虚拟调试中重要的模块，CEE在虚拟调试中起到控制的作用，对于虚拟调试的每个周期，CEE采集和估量PLC信号，使得PLC与其他智能设备通信成为可能。虚拟调试流程图如图1所示，要实现虚拟调试首先就要实现每个模块的通信，以实现信号的互相传递。

    2焊装工位的虚拟调试

    本文以实际的焊装工位出发，并对工位进行了仿真验证，在规划汽车生产线后进行虚拟调试并和PLC连接，实现仿真并对生产线的设备、机器人和电气信号进行创建、测试和安装，通过以虚拟方式进行仿真和验证自动化设备，可以保证PLC代码的正确性，从而大幅度缩短系统启动时间。

    2.1智能组件的创建

    现如今的工厂车间内，很多资源都不在是“拇指”设备（如简易开关控制阀）。它们中的大多都有其自身的设备控制器。在设备/资源的控制器中设置了不同信号的动作后，设备/资源会根据信号执行相应的动作。我们将这样的设备/资源称为智能组件。智能组件的创建是在Process Simulate软件下的Kineamtics編辑器进行智能组件的信号关联，在控制中心的CEE模块下的A05RC01_Open、 A05RC01_Close、A05RC02_Open、 A05RC02_Close为PLC输入信号并到LB中，LB会根据PLC输入信号类型分别执行相应的动作，运动机构的速度和加速度为系统默认值，如图2所示为夹具的智能组件的创建示意图。

    2.2光电传感器

    Photoelectric Sensor为光电传感器，使用Create Photoelectric Sensor定义光电传感器，会生成一个传感器的三维实体和检测零件位置的光束，当传感器检测的零件进入检测范围时，传感器会被触发，所以它常常被用为，零件的测试，连锁检测等。

    本文光电传感器的检测范围为直径为1000cm，宽度为5cm，检测距离为50cm，检测板件为夹具，如图3所示部装夹具的光电传感器。

    2.3机器人信号概述

    机器人信号可以和PLC信号进行通信连接，或者和其他智能设备之间进行通信，如焊枪、夹头、机械抓手，或其他可操作的资源，在Process Simulate线性仿真状态下，可以验证机器人的的可达性和干涉检测，提前验证干涉区，提高机器人焊接质量，为了使PLC信号与机器人信号通信我们在Robot Signals定义机器人信号，如图4所示为机器人信号示意图。

    2.4 Logic Block

    Logic Block简称LB，它是通过逻辑资源添加输入，输出运算公式给LB赋予逻辑。在虚拟调试中，LB会根据公式的运算规则计算中结果，并将结果输出给执行机构，图5是PLC与LB的交互方式，每个PLC输入信号都是智能组件的输入信号，信号进入到LB中，LB会创建的算法输出信号给PLC进行反馈执行，因此实现LB和PLC进行信号交互。

    2.5物料流

    在Process Simulate中物料流代表产品的流向，物料流只能通过操作面板的Material Flow Viewer显示，物料流分为并行连接和串行连接两种方式，如图6所示为本文用到的并行连接方式，当产品出现时链接从Op1到Op2和Op3以及Op1到Op5和Op6之间的并行链接时，实际运行的是：Op2或Op3和Op4和Op5和Op6。因此，由Op1传递的部分会传递至Op4， Op5， Op6，也会到Op2或者Op3。

    3 PLC控制试生产

    在虚拟调试中，使用西门子公司开发的PLCSIM仿真软件与虚拟环境的焊装生产线进行连接，并交换了不同的传感器和执行器信号，虚拟调试环境作为一种监控系统，在虚拟环境中的PLC程序有效运行后，从而控制Process Simulate系统中的焊装工位，并进行测试。PLC S7-300和Process Simulate之间的连接可以由西门子OPC Server完成，如图7所示。

    在Process Simulate设定的焊装工位，包含PLC用来与机器人控制器通信的信号，PLC在机器人控制器中设置了机器人信号并触发，在选定的机器人程序结束后，机器人控制器向PLC发送输入信号使机器人程序结束。如图8所示为机器人与PLC进行通信Signal Viewer。定义完焊装工位的信号后，使用PLCSIM控制Process Simulate里的开始程序信号，开始焊装线的试生产，如图9所示为焊装工位的试生产3D模型。

    4结论

    焊装生产线的虚拟调试是汽车智能制造领域的最前沿技术，通过对汽车焊装工位的虚拟调试不仅可以减少制造企业在现场调试生产线的时间，还使产品在调试阶段可视化、最优化。使设备的功能和动作，在虚拟模型上进行PLC程序修改和评估而不是在现实设备操作，把风险降到最低值。

    参考文献

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