3. 产线对象与工艺建模
虚拟调试不是先打开 Studio 5000 写梯形图，而是先把一条真实产线“翻译”成可被仿真软件理解的对象集合与动作规则。如果对象识别不全、动作序列有歧义、节拍模型没有量化，后续无论 PLC 程序写得多规范，虚拟调试都会在联调阶段暴露出大量“对不上”的问题。本节的任务，是把物理产线抽象为虚拟调试所需的功能规格：有哪些对象、它们如何动作、动作之间如何衔接、整线节拍由谁决定。
一、产线对象的识别与分类
对象识别的基本方法是沿着物料流动方向走一遍产线，把每一个“会动的东西”和“会感知的东西”都记录下来。以一条典型的装配产线为例，对象通常分为四类：
- 执行对象：输送线（皮带/辊道/倍速链）、机器人（搬运、装配、码垛）、气缸（推料、挡停、夹紧、顶升）、电机与变频器、伺服轴。
- 感知对象：光电传感器、接近开关、磁性开关、限位开关、编码器、视觉相机、RFID 读写头。
- 承载对象：托盘、工装夹具、料框、工件本身。
- 交互对象：安全门、急停、HMI 按钮、上位 MES 接口。
识别时不能只记名称，必须记录每个对象的接口属性：气缸要记录“单电控/双电控、伸出到位信号、缩回到位信号、动作时间”；输送线要记录“段号、长度、速度、启停方式、有无积放”；机器人要记录“工位号、动作程序号、抓取/放置位置、节拍时间”。这些属性直接决定虚拟调试中信号如何映射。
二、设备动作序列建模
动作序列描述的是“一个工位内，各对象按什么顺序动作、满足什么条件才允许下一步”。以“托盘到位—顶升定位—气缸夹紧—机器人装配—气缸松开—顶升下降—托盘放行”这一典型工位为例，动作序列必须写清每一步的触发条件与完成条件：
- 托盘到位：光电传感器 DI_Sta3_PalletPresent = 1；
- 顶升定位：输出 DO_Sta3_LiftUp = 1，等待限位 DI_Sta3_LiftUpOK = 1；
- 夹紧：DO_Sta3_Clamp = 1，等待磁性开关 DI_Sta3_ClampOK = 1；
- 机器人装配：向机器人发 DO_Sta3_RobotStart = 1，等待机器人回 DI_Sta3_RobotDone = 1；
- 松开、顶升下降、放行：按相反顺序复位，最后 DO_Sta3_Release = 1。
这里的关键是互锁与握手：顶升未到位不允许夹紧，夹紧未到位不允许机器人启动，机器人未完成不允许松开。虚拟调试中，这些互锁正是要验证的核心逻辑。如果动作序列只写“先顶升再夹紧”，仿真时无法判断条件是否满足，调试就失去了意义。
三、工艺节拍模型
节拍模型回答的是“整线每小时能出多少件、瓶颈在哪”。单工位节拍由各动作时间累加得到，例如上述工位：托盘到位 0.5 s、顶升 1.2 s、夹紧 0.8 s、机器人装配 6.0 s、松开 0.6 s、顶升下降 1.0 s、放行 0.4 s，合计约 10.5 s。若整线有 5 个工位，节拍分别为 10.5、9.8、12.0、10.2、9.5 s，则瓶颈在 3 号工位，整线理论节拍为 12.0 s，理论产能约 300 件/小时。
虚拟调试中，节拍模型的作用是给仿真设定时间基准。仿真软件按各对象动作时间推进，PLC 程序按扫描周期运行，两者时间尺度必须对齐。常见做法是把机器人、气缸的动作时间作为仿真参数输入，而不是在 PLC 里用定时器硬等，否则仿真节拍与真实节拍会偏离。
四、从对象到功能规格
把上述内容汇总，就形成虚拟调试所需的产线功能规格。它至少包含三部分：对象清单（含信号地址与动作时间）、动作序列表（含触发/完成条件与互锁）、节拍表（含各工位节拍与瓶颈工位）。这份规格是仿真模型搭建、PLC 变量定义、联调测试用例设计的共同依据。
五、建模时的常见偏差与检查要点
实际项目中，对象与工艺建模最容易出现三类偏差。第一类是信号遗漏：只记录了输出动作，没有记录到位反馈，导致仿真中动作无法闭环。第二类是时序假设错误：把气缸动作时间设为固定值，但实际受气压、负载影响会波动，仿真时应留出容差。第三类是节拍口径不一致：有人按单件节拍算，有人按整线节拍算，导致产能评估偏差。
检查时可以用一个简单方法：把对象清单、动作序列表、节拍表三份内容交叉核对。每个动作序列中出现的信号，必须在对象清单中有对应条目；每个对象清单中的执行对象，必须在动作序列中有明确的触发与完成条件；每个工位的节拍，必须能由该工位动作序列的时间累加得到。三者一致，功能规格才算完整。
完成本节的对象识别、动作序列与节拍建模后，产线功能规格就具备了可执行的基础。下一阶段的工作，是把这份规格映射到 Studio 5000 的变量表与仿真软件的模型参数中，让虚拟产线真正“动起来”。