3. 产线对象与工艺分析

虚拟调试不是先打开软件再想“调什么”，而是先把物理产线拆成可被PLC程序驱动的对象模型。对象模型建得准，后续的PLCSIM Advanced、NX MCD或Process Simulate联调才有意义；对象模型建得粗，仿真里动作全对，现场一上电就撞机。本节以一条典型的“上料—搬运—加工—检测—分拣”五工位自动化产线为例，说明如何从机械结构、执行机构、传感器布局和工艺流程四个维度完成拆解，并最终形成虚拟调试可用的对象模型。

一、先定边界：把产线切成可独立驱动的工位

拆解的第一步不是看零件，而是定边界。虚拟调试对象模型的边界通常按“一个PLC程序段能独立控制的最小功能单元”来划分。以本示例产线为例，可划分为五个工位：

• 工位1 上料站：料仓、推料气缸、工件到位检测；
• 工位2 搬运站：两轴气动机械手（水平缸+垂直缸）、真空吸盘；
• 工位3 加工站：回转工作台、夹紧气缸、模拟主轴电机；
• 工位4 检测站：视觉相机或接近开关、高度检测气缸；
• 工位5 分拣站：分拣气缸、合格/不合格滑道、输送带。

每个工位内部再分“机械结构—执行机构—传感器”三层。这样划分的好处是：PLC的FB块、MCD的运动副、信号表可以一一对应，不会出现“一个气缸跨两个工位”的模糊地带。

二、机械结构：确定运动副与自由度

机械结构拆解的目标是回答“哪些部件会动、怎么动、动到哪里”。在虚拟调试中，机械结构最终要映射为仿真软件里的运动副（Joint）。以搬运站为例：

• 水平气缸 → 移动副（Prismatic），行程示例 300 mm；
• 垂直气缸 → 移动副，行程示例 100 mm；
• 真空吸盘 → 固定连接，不单独设运动副，但需定义吸附/释放状态；
• 回转工作台 → 旋转副（Revolute），示例分度 90°。

这里要特别注意行程和极限位置的标注。虚拟调试中，气缸的“伸出到位”和“缩回到位”不是靠时间判断，而是靠传感器信号。因此机械结构拆解必须同时记录每个运动副的两个极限位置，作为后续传感器布局的基准。

三、执行机构：建立“输出—动作—反馈”的驱动链

执行机构是PLC输出点直接驱动的对象。拆解时要为每个执行机构建立一条完整的驱动链：PLC输出 → 电磁阀/接触器 → 气缸/电机 → 机械动作 → 传感器反馈。以推料气缸为例：

Q0.0 → YV1（单电控两位五通阀）→ 推料气缸伸出 → 工件推出
Q0.1 → YV2 → 推料气缸缩回
I0.0 ← 气缸缩回到位磁性开关
I0.1 ← 气缸伸出到位磁性开关

这条链就是虚拟调试中最小的“信号闭环”。在MCD中，Q0.0对应一个位置控制信号，I0.0/I0.1对应两个位置传感器；在PLCSIM Advanced中，Q0.0和I0.0/I0.1通过PLCSIM Virtual Ethernet与仿真模型交换。执行机构拆解表应至少包含：执行机构名称、PLC输出地址、驱动元件、动作类型、到位反馈地址、动作时间示例值。

四、传感器布局：按“检测什么、装在哪里、何时有效”记录

传感器布局是虚拟调试对象模型中最容易被低估的部分。很多仿真失败不是因为程序错，而是因为传感器在模型中的位置和触发条件与现场不一致。拆解传感器时，建议按以下字段记录：

• 传感器编号：如 B1、B2，与电气图一致；
• 类型：磁性开关、光电开关、接近开关、视觉；
• 安装位置：气缸缸体、输送带侧边、工作台面；
• 检测对象：工件、气缸活塞、托盘；
• 有效条件：工件到位且气缸缩回时才应触发；
• PLC地址：I0.0～I1.7。

例如，上料站的“工件到位检测”光电开关B1，安装在料仓出口下方，检测到工件时I0.2为1。虚拟调试时，这个信号不能简单用“延时”代替，而应在MCD中设置碰撞传感器或位置传感器，使工件几何体到达指定位置时才置位。

五、工艺流程：把动作顺序翻译成状态迁移

工艺流程拆解的最终产物是“工位动作顺序表”和“状态迁移图”。以本示例产线的一个完整节拍为例：

1. 上料站推料气缸伸出，将工件推到搬运位；
2. 搬运站水平缸伸出、垂直缸下降、真空吸盘吸附；
3. 垂直缸上升、水平缸缩回，将工件送到加工站上方；
4. 垂直缸下降放料，真空释放，搬运站返回；
5. 加工站夹紧气缸夹紧，回转工作台转90°，模拟主轴启动；
6. 加工完成后，检测站检测工件高度；
7. 分拣站根据检测结果，合格件走主滑道，不合格件由分拣气缸推入废料滑道。

在虚拟调试中，上述流程要转化为PLC的状态机。每个工位至少包含“初始位—动作中—到位—返回”四个状态，工位之间通过“工件到位”“加工完成”“检测完成”等握手信号衔接。状态迁移图可以直接作为SVG的核心内容，因为它同时表达了顺序、条件和分支。

六、形成虚拟调试对象模型

把上述四部分整合起来，就得到一份可直接用于虚拟调试的对象模型清单。建议以表格形式交付，字段包括：工位、机械运动副、执行机构、PLC输出、传感器、PLC输入、动作条件、到位判据。例如搬运站的一行可以写成：

工位	运动副	执行机构	PLC输出	传感器	PLC输入	到位判据
搬运站	水平移动副	水平气缸	Q0.3 / Q0.4	B4/B5	I0.3 / I0.4	B5=1 且延时≥0.3s
搬运站	垂直移动副	垂直气缸	Q0.5 / Q0.6	B6/B7	I0.5 / I0.6	B6=1 且真空压力达标

这份清单就是虚拟调试的“合同”：PLC程序按它写，MCD模型按它建，信号表按它连。后续在PLCSIM Advanced中建立PLC实例、在MCD中配置运动副和传感器时，只需逐行核对，就能避免“仿真能跑、现场不动”的典型问题。对象模型不是一次性的文档，而应随着调试过程持续修正——每发现一个现场与仿真的差异，就回写到清单里，产线模型才会越来越接近真实。