西门子Process Simulate与三菱PLC通讯研究

黄初敏

摘 要：在全面推行智能制造的大背景下，数字化工厂技术目前在汽车制造业被普遍应用。数字化工厂中的重要一环是虚拟调试，虚拟调试技术是在虚拟环境中实现对于整个生产线及生产过程的评估，包括工艺规划、产品数据、制造仿真和生产线布局，在生产线进厂安装前，完成程序编制[1]。西门子Tecnomatix Process Design&Simulate软件作为数字化工厂的核心工具，在进行VC虚拟调试时，其与西门子自身品牌的PLC通讯不存在技术障碍，但与三菱、欧姆龙、AB等其他品牌PLC通讯时需要解决通讯瓶颈。本文以三菱PLC为例，重点研究不同品牌PLC如何与ProcessSimulate（下文简称PS）实现通讯互联。

关键词：PDPS;ProcessSimulate;数字化工厂;虚拟调试

1 项目背景

我司乘用车总装一线内饰线需要规划设计一套自动上下料机构，用于实现两条内饰线料车的缓存、周转。项目实施周期紧，任务艰巨，尤其在现场施工、调试阶段，要求把时间压缩到最短。故在项目前期设计阶段，我们决定采用PDPS数字化工厂软件对项目进行虚拟仿真，借助虚拟调试技术提前验证设备的PLC控制程序，以缩短现场调试周期。由于此前一直使用西门子PLC与PDPS软件进行虚拟调试，从未尝试过别的品牌PLC，借此项目机会，研究三菱PLC如何与西门子PS软件实现通讯。

2 Tecnomatix Process Design & Simulate简介

Process Designer & Simulate，它们同为西门子公司Tecnomatix下的产品，简称PDPS。其中process design（PD）用于工艺规划及数据管理，process simulate（PS）用于虚拟仿真及离线编程。

作为数字化工厂的核心工具，Tecnomatix彻底改变了传统工艺规划的格局与思路，为汽车制造企业提供了数字化方案。在虚拟环境中，可提前执行工艺规划，分配工艺任务，待资源分配到位后，进入仿真调试环境中，开展工艺流程验证、设备动作验证、控制程序验证。在Process Simulate中仿真有2种模式，一种是标准仿真模式（Standard Mode）下基于顺序的仿真，一种是线性仿真模式（Line Simulation Mode）下基于事件的仿真[2]。本次项目将采用线模式进行仿真。

3 仿真调试步骤

开展仿真调试主要分为五个步骤：

（1）创建项目结构树：此阶段需要建立项目结构树，并将相关资源放入对应的资源树文件夹内;

（2）导入项目资源：将项目相关的产品、设备、工艺（焊点、涂胶）、工具、布局图等所有资源导入项目对应子树下;

（3）资源分配布局：把导入的资源分别按布局图中所处位置，摆放到位;

（4）创建机构及逻辑块：创建仿真相关的所有机构，定义好相应的POSE;并创建控制仿真动作的逻辑块，定义好I/O信号;

（5）信号关联及虚拟调试：将PS内创建的I/O信号与PLC对应信号进行关联，将PS由CEE模式切换为PLC模式，通讯成功后，开展PLC程序虚拟调试。

4 通讯研究

本次项目将重点研究PS如何与三菱PLC建立通讯，其他仿真調试步骤不作重点阐述。

4.1 前期准备

本次虚拟调试应用到的软件及硬件如下表所示：

调试不需要借助虚拟机（VM），所有调试都在同一台PC上开展，本次使用的PLC为三菱Q02HCPU。调试开始前，务必确认所有软件都已正确安装，可正常使用。

4.2 通讯原理，见图3

实现PS如何与三菱PLC建立通讯的核心在于通过OPC软件对数据进行中转，PS软件支持KEPServer数据的直接访问。OPC可以作为整个网络的一种数据接口规范，所以它可以提升控制系统的功能，增强网络的兼容性[3]。所以我们只需要建立PS与KEPServer、KEPServer与PLC之间的通讯，即可间接实现PS与PLC通讯。

4.3 通讯简要步骤

Step1：打开GX Works2，根据PLC类型创建项目（本项目采用Q02HCPU，外置以太网模块），进入网络参数界面，配置以太网模块地址为192.169.0.2，网络号为1，站号为1，勾选“允许RUN中写入”;见图4。

Step2：在网络参数界面内，点击“打开设置”，分别创建发送、接收TCP通讯协议，打开方式都选为“Unpassive”，端口都设置为5000（十进制）;

Step3：保存项目，讲组态配置下载到PLC后，重启，测试PC与PLC是否可以正常通讯;

Step4：打开KEPServer，新建项目-通道，类型选择“Mitsubishi Ethernet”;

Step5：创建设备，PLC类型选择Q series，device ID 填入“192.168.0.2： N1：1”（注意PC IP也必须在同一网段内）;

Step6：通讯端口设置5000，选择TCP/IP协议，完成创建;随便建一个M100，监测该点状态，在PLC中强制M100，观察KEPServer中信号是否发生变化，若变化则代表KEPServer与PLC通讯连接建立成功;

Step7：“线模式”下打开PS软件，按F6，选择“PLC”，切换为PLC模式，打开“connection settings”创建OPC DA连接;

Step8：在选择OPC SERVER选项，找到在KEPServer中创建的I/O信号，按OK;

Step9：Map signals by选择signal name，即PS中的信号与PLC的信号是基于信号名称进行关联的，见图5;

Step10：在PS及KEPServer中创建符号名一致的I/O信号，在PS的signal viewer中勾选该信号的“PLC connection”选项，然后在simulation panel中强制该信号，观察PLC中该信号是否同时发生变化，若变化，则代表通讯成功！见图6。

5 结语

在本次项目中，利用OPC软件进行信号采集、中转，成功实现了西门子Process Simulate与三菱PLC通讯，突破了西门子Process Simulate与非西门子品牌PLC通讯的瓶颈。除了三菱PLC外，其他品牌的PLC（如欧姆龙、AB、施耐德等）也可参照本方法实现与PS软件通讯。

参考文献：

[1]陈明鑫，孔庆玲.虚拟调试技术在汽车焊装线上的应用.汽车工艺与材料.2019（07）：19-21.

[2]成正勇，黎亮，李小灿，杨星政.基于TIA 与TECNOMATIX 的联合虚拟调试研究.汽车工艺与材料.2020（02）：66-71.

[3]石灵丹，华斌，朱歆州，吴明.基于OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯.船电技术.2011（01）：9-12.