基于ProcessSimulate的焊装工位虚拟调试技术应用

科

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学

|

技

|

术

基于

ProcessSimulate

的焊装工位虚拟调试技术应用

王文成

（承德石油高等专科学校河北·承德

067000

）

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

ProcessSimulate

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

LogicBlock

验证，对

SmartComponent

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

ProcessSimulate

虚拟调试焊装

TP24A

中图分类号：文献标识码：

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

ProcessSimulate

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。

1ProcessSimulate

软件概述

ProcessSimulate

是

TecnomatixApplication

的一个组成

Siemens

系列产品线中数字化制造品牌

Tecnomatix

专门软件，

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

Tecnomatix

是对汽车全套与分析，生产管理等核心软件构成，

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。

ProcessSimulate

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

CEE

采集和估量

PLC

信号，期，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

ProcessSimulate

软件下的

Kin-

eamtics

编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_

图

1

：虚拟调试流程图

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

图

2

：智能组件的创建示意图

—科教导刊（电子版）·

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术

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

PhotoelectricSensor

为光电传感器，使用

CreatePhotoelec-

tricSensor

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

PLC

与

LB

的交互方式图

5

：

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

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。

图

3

：夹具上的光电传感器示意图

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

ProcessSimulate

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

RobotSignals

定义机器人信号，如图

4

所示为机器人信号示意图。

图

4

：为机器人信号示意图

2.4LogicBlock

LogicBlock

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

ProcessSimulate

中物料流代表产品的流向，物料流只

能通过操作面板的

MaterialFlowViewer

显示，物料流分为并

270

—科教导刊（电子版）·

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

。

图

6

：焊装工位的物料流

3PLC

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

ProcessSimulate

系统

中的焊装工位，并进行测试。

PLCS7-300

和

ProcessSimulate

之间的连接可以由西门子

OPCServer

完成，如图

7

所示。

图

7

：

OPC

协议的虚拟调试互联方式

图

8

：机器人与

PLC

进行通信

SignalViewer

在

ProcessSimulate

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

SignalViewer

。定义完焊装工位的信号后，

使用

PLCSIM

控制

ProcessSimulate

里的开始（下转第

278

页）

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术

tCurrentProcess

()

->Modules;

foreach

(

ProcessModule^minmodules

){

if

(

m->ModuleName->ToLower

()

==""

){

hModule=m->BaseAddress;

}

}

baseAddrA=GetProcAddress

(

hModule,"MessageBoxA"

)

;

baseAddrW=GetProcAddress

(

hModule,"MessageBoxW"

)

;

ReadProcessMemory

(

thisProc,baseAddrA,CodeMBA,32,

readOrWrite

)

;

ReadProcessMemory

(

thisProc,baseAddrW,CodeMBW,

32,readOrWrite

)

;

上述代码中

CodeMBA

与

CodeMBW

是事先声明过的全

局

Byte

类型数组。

读取到

MessageBox

()

代码后，继续研究如何更改代码。下

面以在

Windows7

中读取到的

MessageBoxA

()

代码为例，将其

转换为汇编语言后，代码如下：

8BFF-movedi,edi

55-pushebp

8BEC-movebp,esp

6A00-push00

{

0

}

FF7514-push

[

ebp+14

]

FF7510-push

[

ebp+10

]

FF750C-push

[

ebp+0C

]

FF7508-push

[

ebp+08

]

eBoxExA

5D-popebp

C21000-ret0010

{

16

}

90

90

90

90

90

-nop

-nop

-nop

-nop

-nop

参数按照右至左的顺序，返回值存放在

EAX

寄存器中，函数

返回时，由被调用函数负责清理堆栈。

通过对

MessageBoxA

()

汇编代码的分析，我们不难发现，

其最后一条有效指令为

ret0010

{

16

}

。这是一条返回指令，完

成了堆栈清理的工作，其等效于以下

2

条指令：

POPEIP

ADDESP,0X10

运行该指令除了会改变

EIP

寄存器外，还会使得

ESP=

ESP+0X10

，也就是堆栈指针向栈顶移动

16

个字节。

我们可以把这一条指令直接放到

MessagBoxA

代码的最

开始，这样，程序运行到

MessagBoxA

方法时，会直接返回调

用它的上一级代码，于是，模态对话框就不会再弹出了。

将更改后指令替换掉原有

MessageBox

()

指令的具体代码

如下：

array^codeNull=gcnewarray

(

32

){

0xC2,

0x10,0x00

}

;

WriteProcessMemory

(

thisProc,baseAddrA,codeNull,3,

readOrWrite

)

;

WriteProcessMemory

(

thisProc,baseAddrW,codeNull,3,

readOrWrite

)

;

其中

{

0xC2,0x10,0x00

}

这

3

个字节的来自于

Messa-

geBoxA

()

的最后一条指令：

C21000-ret0010

{

16

}

3

结论

通过以上方法实现了在程序运行过程当中，暂时关闭

Windows

系统中

MessageBox

()

弹窗函数的功能。从某种程度

上解决了程序运行效率低下的问题，进而实现了程序运行过

程中的无人值守。

基金项目：资助信息：成都信息工程大学校选项目

CRF201620

资助。

参考文献

[

1

]

李海雁.一个更为灵活的MessageBox

()

函数

[

J

]

.电脑编程技巧与维护,1996

(

01

)

:34-35+38.

Win32API

采用的调用约定为

stdcall

。此种调用约定中，

（上接第

270

页）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。

基金项目：承德市高新区科技创新创业苗圃项目

（

CGX2017KMP0005

）基于虚拟仿真技术的汽车生产线布局规

划及其控制调试方法的开发与研究。

参考文献

图

9

：焊装工位的试生产

3D

模型

278

[

1

]

ProcessSimulateoneMS,BasicandIntermediatemanual

[

M

]

.SiemensPLM,

2009.

—科教导刊（电子版）·

2019

年第

02

期

/1

月（中）—