基于NetToPLCsim插件的RobotStudio与PLCSIM间通信

0引言

工业机器人技术作为现代智能制造的核心支柱,通过自动化、智能化和高精度操作,正在改变传统工业生产模式,其应用已渗透到汽车制造、3C电子、技术加工、物流等多个领域,成为保障生产效率提升、成本降低和产品质量可靠的重要推力[1]。随着工业机器人的需求量和安装量大幅增长,亟需一批懂理论、会操作、能保养、擅维修的工业机器人专业人才[2],但工业机器人相关设备价格普遍较高,对学习者而言显然是阻碍其学习相关技术的一大屏障。随着虚拟仿真技术的不断发展,各类工业机器人技术和 自动化编程仿真软件层出不穷,给学习者和开发工程师在没有硬件情况下的开发测试验证提供了便利[3]。本文运用虚拟仿真技术,基于NetToPLCsim插件实现Robotstudio6.08与西门子s7—1200 PLC之间的通信虚拟仿真,在没有硬件的情况下为学习者或工程师提供了一种实现机器人和外部控制器PLC通信的可行性方法。

1仿真系统结构设计

本文设计的基于NetToPLCsim插件实现Robotstudio与PLCsIM之间通信的结构图如图1所示。

从图1可以看出,整个仿真系统可在一台计算机上实现, 由三部分组成:一是ABB公司仿真软件Robotstudio,二是中间件NetToPLCsim,三是西门子博途TIAV16软件及虚拟控制器PLCSIM。

1.1 Robotstudio仿真软件

ABBRobotstudio是一款由瑞士ABB公司开发的工业机器人仿真与离线编程软件,专为机器人系统设计、调试和优化而打造[4]。作为工业自动化领域的标杆工具,它通过高度仿真的虚拟环境,帮助用户在不影响实际产线运行的情况下,完成机器人编程、布局验证和工艺优化。其核心价值在于通过构建高精度、全要素的虚拟仿真环境,将传统制造业中依赖物理试错的环节全面数字化,实现了从“实体验证”到“虚拟验证”的范式转变。

NetToPLCsim是非常好用和简单的通信仿真工具,在缺少PLC硬件的情况下,可以借助PLC模拟器(西门子)PLCSIM做一些简单程序测试[5]。NetToPLCsim的工作原理是通过桥接本机电脑的物理网卡IP地址与PLCSIM仿真的虚拟PLC的IP地址,实现上位机与仿真PLC之间的通信。具体来说,NetToPLCsim能够创建一个虚拟的网络环境,允许用户配置网络参数,模拟PLC的网络行为,从而测试和验证网络通信协议的实现是否正确。

1.3西门子PLC软件及PLC仿真软件

当下使用最广的西门子PLC软件是TIA博途(Totally Integrated Automation Portal),它不仅仅是一个软件,还是几个软件功能的集合,是一款全集成自动化软件。它可以用来组态SIMATICPLC、HMI、驱动器等设备,实现自动化系统的设计、编程、测试和运行。安装了TIA博途软件后,在博途的面板中就多出了一个“仿真”的按钮,点击该按钮,就可以调出仿真软件S7-PLCSIM,即可将当前的PLC项 目下载进去,实现项目仿真。

2仿真系统搭建

本节按照操作流程重点阐述仿真系统的创建与配置过程。

2.1 创建RobotStudio仿真信号

首先,打开RobotStudio6.08软件,新建一个空的工作站,在这个空的工作站中需要添加机器人和机器人系统。此处以IRB120型号为例,在ABB机器人模型库选择IRB120机器人。点击“机器人系统”,选项需要 勾 选 709-1 DeviceNet Master/Slave 和 616-1 PCInterface。设置完成之后点击“确定”,等待系统加载。

然后,在机器人系统中进行I/O(输入变量和输出变量)的添加,选择“控制器”选项卡,点击配置下拉按钮,在里面选择“I/OSystem”,找到Signal,依次创建4个信号,分别为1个数字输入信号、1个数字输出信号、1个组输入信号和1个组输出信号,名称依次定义为di1、do1、gi1和go1。

2.2创建PLC仿真信号和虚拟仿真器PLCSIM

首先,打开博途TIAV16软件,进行项目创建,在项目属性保护中勾选“块编译时支持仿真”,保证与外部控制器的仿真的流畅性,同时保证能够正常启动虚拟PLC。在“添加新设备”中,控制器根据设备选型要求确定,这里选用S7-1200 DC/DC/DC,订货号为6ES7 21S-1AG40-0XB0,版本号为V4.4,完成控制器的添加。在PLC属性当中,要完成PLC的IP地址的设置,此处的IP地址需要与电脑虚拟网卡的IP地址在同一网段。在“访问机制”中需要勾选“允许来自远程的PUT/GET通信访问”,保证PLC能够和其他设备进行通信。

接下来需要在PLC变量表里进行变量创建,双击打开默认变量表,在变量表中依次创建4个变量,如图2所示。变量创建完成后需将各个变量添加进监控表中,为后续验证通信做准备。这些设置完成后需进行编译,编译未出现报错时,启动S7-PLCSIM仿真器,完成程序的下载。当程序和PLC设置下载完成后可以借助软件模拟进行PLC的启动或停止,并且通过指示灯可以检测PLC的运行状态。PLCSIM的IP地址就是添加的PLC的IP地址。

2.3 NetToPLCsim配置

首先,以管理员身份打开软件,确保Port102端口正常工作。只有保证102端口不被占用,才能正常启动NetToPLCsim插件。

然后,添加配置。在NetToPLCsim中点击“Add”,选择网络IP地址和PLC地址,设置CPU的框架号和槽号,确保与硬件配置一致。网络的IP地址需要选择当前接入电脑PC系统网络的IP地址,接入当前电脑网络的IP地址的查看可通过以下方法完成,这里以Windows10系统举例:打开“网络与Internet”设置,选择WLAN或以太网,找到“硬件属性”打开即可查看当前接入网络的IP地址,此IP便是NetToPLCsim插件中 的“Network IPAddress ”需 要 设 置 的 IP 地 址 。“PlcsimIPAddress”则选择当前启动的虚拟控制器PLCSIM的IP地址。设置好的参数如图3所示。

最后,启动服务器:点击“Start server”,确认“Port102OK”。

2.4 联合仿真

打开Robotstudio6.08软件,在“Add—Ins”选项卡中选择RobotAPP,在搜索框中依次搜索Rsconnect DIOToSnap7、RsconnectGIOToSnap7两个Smart组件进行添加,也可在网络上下载。RsconnectDIOToSnap7和RsconnectGIOToSnap7两个插件是ABB机器人仿真软件中提供的支持s7协议的组件,方便实现与西门子PLC的通信[6]。从用户库中直接打开RsconnectDIO ToSnap7和RsconnectGIOToSnap7,在RsconnectDIOToSnap7组件中需要设置PLc的地址,这里的地址需要设置成NetToPLCSim插件中网络的IP地址,PLC的框架号和槽号与博途软件硬件组态保持一致,同时与NetToPLCSim插件中的设置也保持一致,输入和输出的个数可以根据实际被控对象的输入和输出个数进行设置,这里选择为1个。在“DI—Address—0”中设置PLC中的启动机器人变量Q0.0,在“DO—Address—0”中设置PLc中的到位变量M0.1,变量名称与博途软件中创建的变量地址保持一致。所有设置完成后点击“连接”,若连接信号反馈为1表示已经能和博途正常连接。RsconnectGIOToSnap7组件设置类似,这里不再赘述,需要注意的是要将PLc端数据发送的变量作为机器人端的组输入,数据接收的变量作为机器人端的组输出。设置好的RsconnectDIOTosnap7组件、RsconnectGIOTosnap7组件的参数如图4所示。还需要在“工作站逻辑”中进行设计,此处只需要将机器人系统中的输入、输出信号与两组件输入、输出信号进行关联即可,关联好的设计如图5所示。

接下来就可以验证Robotstudio与PLC之间的通信,首先验证数字输入和数字输出信号,这里将PLc作为主站,机器人端作为从站。在Robotstudio软件中找到“仿真”选项卡里的I/O仿真器,显示在机器人系统里创建的di1和do1。切换到博途软件,将监控表启用监听,对机器人启动变量的值进行置1操作,此时在RsconnectDIOTosnap7插件中点击“Read”,可以看到di1的值由0变为1,如图6所示。do1的操作也是雷同的,这里不再赘述。然后来验证组输入和组输出信号,在Robotstudio软件中找到“仿真”选项卡里的I/O仿真器,显示在机器人系统里创建的gi1和go1。在PLc端对数据发送变量进行赋值,这里以22为例,在赋值过程中需要点击一下“立即一次性修改所有选定值”,完成对数据发送变量的赋值。完成后在机器人端RsconnectGIOTosnap7组件点击“Read”,实现对机器人组输入的数据修改,如图7所示。组输出的操作类似,需要注意的是在机器人端对组输出的值修改后,需要点击“设置组输出”来实现数据发出。至此,借助NetToPLCsim插件就可以实现Robotstudio与s7—1200的通信仿真。

3 结束语

综上所述,本文深入研究了机器人仿真软件Robotstudio与西门子PLC虚拟仿真模拟软件,并结合NetToPLCsim软件,通过相关配置,实现了在没有硬件的情况下Robotstudio与西门子PLC仿真软件的通信,为学习者和开发工程师提供了一种非常实用的实现机器人和外部控制器PLC通信的可行性方法,为在虚拟环境中模拟更加复杂的工作场景奠定了基础,为设计与实现联合仿真系统提供了新思路。

[参考文献]

[1]王昆仑.我国工业机器人产业现状、竞争力及未来发展策略[J].机器人技术与应用,2024(3):8-13.

[2]侯智,张艾.工业机器人产业发展现状与人才需求分析[J].机器人产业,2023(4):95-100.

[3] 韩永成,于洁.基于MCGS和西门子PLC软件的联合仿真系统通信设计与实现[J].信息记录材料,2023,24(7):21-23.

[4]刘海燕,苏宇,林春兰,等.基于RobotStudio的生产线下料系统设计与仿真[J].制造技术与机床,2019(5):67-71.

[5]黄盛.一种基于RobotStudio与TIAPortal的门面钣金自动上料装备的仿真系统设计[J]. 自动化应用,2024,65(19):28-31.

[6]燕小勇.基于ABB机器人与西门子PLC的ProfiNetI0通信的课程教学设计[J].办公自动化,2024,29(12):10-12.

《机电信息》2025年第15期第4篇