常楠楠 王剛

摘 要：虛擬調(diào)試其實就是在虛擬環(huán)境（計算機(jī)）下完成和現(xiàn)實環(huán)境中一模一樣的事件操作。虛擬調(diào)試技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用在近些年在歐洲發(fā)達(dá)國家已經(jīng)普及，而國內(nèi)目前使用此技術(shù)的主要集中在汽車制造行業(yè)，基于傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器的自動化技術(shù)由于較長的現(xiàn)場調(diào)試時間帶來了生產(chǎn)的損失，也給推遲了新品的上市時間，虛擬調(diào)試技術(shù)的的出現(xiàn)恰好解決了這一技術(shù)難通過虛擬技術(shù)創(chuàng)建出物理制造環(huán)境的數(shù)字復(fù)制品，以用于測試和驗證產(chǎn)品設(shè)計的合理性。例如，在計算機(jī)上模擬整個生產(chǎn)過程，包括機(jī)器人和自動化設(shè)備、PLC、傳感器、相機(jī)等單元。

關(guān)鍵詞：工藝仿真;虛擬調(diào)試;VR技術(shù);PDPS;OLP程序;LB邏輯塊

隨著社會發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人們對汽車的需求，由傳統(tǒng)的性能、舒適化向個性化、時尚轉(zhuǎn)變。不同汽車廠商之間的競爭愈來愈激烈，為了迅速搶占市場，汽車廠商不得不大幅度壓縮產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，以達(dá)到迅速搶占市場的目的。

在生產(chǎn)線準(zhǔn)備過程中，隨著工程成本日益增加，汽車生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品復(fù)雜性逐漸增加。減少生產(chǎn)線的安裝調(diào)試時間，保質(zhì)保量生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，正在成為汽車生產(chǎn)廠商首先要考慮的問題。在此背景下，虛擬調(diào)試技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 虛擬調(diào)試介紹

1.1 虛擬調(diào)試概念

虛擬調(diào)試技術(shù)是在真實工廠調(diào)試之前，在PS軟件環(huán)境中模擬機(jī)器人、夾具、變頻器、輸送設(shè)備等現(xiàn)場硬件的性能，驗證PLC控制邏輯及機(jī)器人離線程序。對生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行驗證、可在虛擬環(huán)境中培訓(xùn)操作者，并且在現(xiàn)場調(diào)試前即可進(jìn)行安全程序測試 在虛擬環(huán)境中驗證干涉區(qū)，現(xiàn)場碰撞事故的概率降到最低，實現(xiàn)虛擬世界到現(xiàn)實世界的無縫轉(zhuǎn)化與連接。

1.2 虛擬調(diào)試工作內(nèi)容

虛擬調(diào)試技術(shù)是通過Process Simulate仿真環(huán)境與物理的PLC、HMI等自動化設(shè)備的結(jié)合，完成對PLC程序和機(jī)器人程序的聯(lián)合調(diào)試。虛擬調(diào)試技術(shù)流程，主要分為以下步驟：

數(shù)據(jù)交接 → CEE階段 → 搭建虛擬調(diào)試環(huán)境 → 對點調(diào)試 → 單臺設(shè)備調(diào)試 → 單工位調(diào)試 → 工位聯(lián)調(diào)

（1）數(shù)據(jù)交接。首先是完成仿真數(shù)據(jù)的接收和整理，包括導(dǎo)入項目仿真數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)的完整性;檢查數(shù)據(jù)是否符合要求，如數(shù)據(jù)格式、機(jī)構(gòu)定義;導(dǎo)入LB標(biāo)準(zhǔn)庫并添加控制信號;其次是電氣數(shù)據(jù)接收和整理，包括檢查電氣程序版本是否符合要求;導(dǎo)入電氣程序，檢查程序結(jié)構(gòu)是否符合要求;整理信號表：將虛擬調(diào)試需要驗證的信號整理成信號表，信號需要按設(shè)備類型分類，并輸出Excel文件。

（2）CEE階段。需要完成的工作：1）建立傳感器，根據(jù)設(shè)計建立各種類型的傳感器，傳感器的命名需要符合規(guī)范，傳感器的類型和位置需要與電氣圖紙保持一致;2）建立設(shè)備LB，為設(shè)備添加邏輯塊，并將邏輯塊的各輸入、輸出關(guān)聯(lián)到對應(yīng)的信號;3）建立機(jī)器人LB，并在機(jī)器人路徑中添加干涉區(qū)等命令：為各機(jī)器人添加邏輯塊，劃分機(jī)器人干涉區(qū)，在機(jī)器人路徑中添加相關(guān)命令;4）根據(jù)虛擬調(diào)試的需要，建立物料流;

（3）搭建虛擬調(diào)試環(huán)境。搭建虛擬調(diào)試環(huán)境，使PS能夠?qū)崿F(xiàn)和PLC信號的互通;分為四步：新建PLCSIM鏈接，下載組態(tài)，PS添加外部連接，最后是測試信號。

（4）對點調(diào)試。根據(jù)IO信號表，對點測試各信號是否正確，并記錄在IO信號表中。

（5）單臺設(shè)備調(diào)試。需要完成以下工作：1）測試各傳感器信號點，記錄調(diào)試過程并輸出調(diào)試報告;2）測試轉(zhuǎn)臺、夾具等設(shè)備的信號點和邏輯塊，記錄調(diào)試過程并輸出調(diào)試報告;3）PLC與機(jī)器人交互信號及機(jī)器人邏輯塊的調(diào)試嚴(yán)治，記錄調(diào)試過程并輸出調(diào)試報告;

（6）單工位調(diào)試。針對單工位對各設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動調(diào)試，將調(diào)試過程記錄到“虛擬調(diào)試問題匯總”表中;

（7）工位聯(lián)調(diào)。對多工位進(jìn)行聯(lián)動調(diào)試，并測試物料流是否正確，將調(diào)試過程記錄到“虛擬調(diào)試問題匯總”表中。

2 虛擬調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)

CEE作為虛擬調(diào)試的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括創(chuàng)建LB，物料流，傳感器，機(jī)器人相關(guān)設(shè)置等。CEE（Cyclic Event Evaluator ）模式：是基于事件的仿真模式的一種，在這個模式下，軟件循環(huán)判斷仿真環(huán)境的狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)驅(qū)動對應(yīng)的事件。它與工藝仿真最大的區(qū)別在于，工藝仿真是基于時間的仿真，所有動作的開始或結(jié)束是由所設(shè)定的時間來控制的;而CEE是基于事件的仿真，所有的事件是外部PLC的邏輯控制信號驅(qū)動的，所有動作的執(zhí)行與否取決于是否收到相應(yīng)的控制信號。下面主要從幾個關(guān)鍵技術(shù)來闡述。

2.1 物料流

物料流（Material flow），即工件在工位間的流向。要創(chuàng)建物料流，首先要確認(rèn)上件工位的數(shù)量和分布，以及上件步驟及工藝流程。在確認(rèn)上述幾點之后，就可以開始考慮工件在什么位置消失和重新顯示對我們的虛擬調(diào)試工作最便捷。如圖1所示，操作AssFlower物料流向操作DownPartToFinish，供DownPartToFinish使用。

2.2 傳感器

光電和接近傳感器使我們能夠檢測接近或進(jìn)入傳感器檢測范圍的3D可視化部件和資源（即碰撞檢測或接近未碰撞檢測）。光電傳感器。該選項使您能夠創(chuàng)建3D傳感器元件并配置其鏡頭（自動創(chuàng)建的 幾何對象）和光束（檢測到碰撞/接近未命中的投影檢測范圍）特征。 當(dāng)一個或 多個測量對象進(jìn)入其光束范圍內(nèi)時，激活傳感器。 （圖2為光電傳感器示例模型） 接近傳感器。該選項可以在項目中特定的位置配置3D傳感器（檢查現(xiàn)有組件 的碰撞/接近未命中）。 當(dāng)一個或多個檢測對象進(jìn)入其設(shè)置的檢測范圍（接近未命中）時，激活傳感器。（圖3為接近傳感器示例模型）

2.3 邏輯塊（LB）

Logic Block：邏輯塊（簡稱LB）。創(chuàng)建LB，通過添加輸入、輸出、運(yùn)算公式等，給LB賦予邏輯。在仿真時，邏輯塊會根據(jù)輸入信號、公式的參數(shù)值計算出結(jié)果，并將結(jié)果輸出;圖4為夾具邏輯塊邏輯，

其中：OPEN/CLOSE為Entry端的兩個接口，分別對應(yīng)關(guān)聯(lián)PLC 控制氣缸打開/關(guān)閉 的信號，信號類型為Q點（有地址）;OPENED/CLOSED為Exit端的兩個接口，分別向PLC反饋 氣缸打開到位/關(guān)閉到位 的信號，信號類型為I點（有地址）;

2.4 創(chuàng)立Conveyor邏輯塊

Conveyor邏輯塊用于滾床動作，用于模擬滾床的行走，停止，并可對滾床進(jìn)行位置控制和速度控制。圖5為Conveyor邏輯塊邏輯。

其中，START/STOP/ChangeDirection/ChangeSpeed為Entry端的四個接口，分別對應(yīng)關(guān)聯(lián)PLC 控制變頻器的啟動、停止、方向、速度控制信號，信號類型為Q點（有地址）;

2.5 機(jī)器人相關(guān)設(shè)置

通過對機(jī)器人程序的導(dǎo)入，機(jī)器人信號導(dǎo)入，非機(jī)器人信號導(dǎo)入、機(jī)器人控制器設(shè)置、macro宏程序的編譯與修改、干涉區(qū)信號的控制與修改、OLP命令添加、根據(jù)生產(chǎn)邏輯編寫機(jī)器人主程序等，完成機(jī)器人程序的編寫，實現(xiàn)機(jī)器人離線程序在線循環(huán)運(yùn)行。

3 虛擬調(diào)試完成交付物

3.1 PS的調(diào)試交付數(shù)據(jù)

1）調(diào)試完成的PS仿真數(shù)據(jù)，以.pgz格式打包交付;

2）導(dǎo)出調(diào)試完成的各機(jī)器人離線程序;

3）PLC自動運(yùn)行下，仿真錄像

4）工具安裝圖

5）干涉區(qū)圖表

6）驗證后的氣路圖

7）驗證后的電控圖

8）驗證后的PLC離線程序

3.2 PLC調(diào)試數(shù)據(jù)

PLC調(diào)試交付數(shù)據(jù)為調(diào)試完成的電氣程序打包文件;

3.3 調(diào)試過程記錄數(shù)據(jù)。

1）記錄調(diào)試過程的IO信號表;

2）記錄調(diào)試過程的虛擬調(diào)試問題匯總表;

4 虛擬調(diào)試價值

1）節(jié)省時間。現(xiàn)場調(diào)試周期縮短，減少停產(chǎn)時間，在早期即可提供調(diào)試環(huán)境;

2） 降低成本。在辦公室即可完成，現(xiàn)場工程師的技能和要求可適當(dāng)降低，工程師在現(xiàn)場的工作負(fù)荷減少，對測試人員及測試材料無限制，安全的測試環(huán)境。

3） 工作質(zhì)量。更好的PLC程序和機(jī)器人軌跡質(zhì)量，通過設(shè)備聯(lián)調(diào)，可以對節(jié)拍進(jìn)行驗證，可在虛擬環(huán)境中培訓(xùn)操作者，可重復(fù)的測試條件，并且在現(xiàn)場調(diào)試前即可進(jìn)行安全程序測試，在虛擬環(huán)境中驗證干涉區(qū)，將現(xiàn)場碰撞事故的概率降到最低。

5 總結(jié)

隨著市場競爭愈來愈激烈，汽車生產(chǎn)線的交付周期不斷被壓縮，工程項目的成本日益增加，工藝和產(chǎn)品復(fù)雜性逐漸增加，數(shù)字化技術(shù)日益成熟，虛擬調(diào)試技術(shù)將廣泛應(yīng)用在汽車工程項目中。

參考文獻(xiàn)：

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