《基于云平台的工厂流水线机械手臂虚拟仿真系统设计与实现》11000字（论文）

基于云平台的工厂流水线机械手臂虚拟仿真系统设计与实现摘要 41绪论 51.1课题背景及意义 51.2虚拟仿真技术发展现状及趋势 51.3工业云平台国内外发展现状及趋势 61.4研究内容 72基于MCD的机械手臂虚拟仿真系统的设计 72.1MCD仿真技术介绍 72.2需求分析 82.3系统解决方案 82.4基于MCD的六自由度机械手虚拟仿真系统结构 93工厂流水线机械手臂虚拟仿真系统的实现与测试 103.1建立模型 103.2机械手臂仿真设计 113.2.1物理属性定义 113.2.2运动属性定义 133.2.3添加传感器和执行器 143.2.4反算机构驱动定义 153.3PLC硬件组态及编程 163.3.1硬件组态 163.3.2PLC程序编写 173.4MCD与PLC的通讯配置 203.5WINCC组态 214云平台系统的设计与实现 224.1云平台技术介绍 224.1.1腾讯云物联网平台介绍 224.1.2物联网协议 234.1.3Node-RED开发工具 234.2系统的需求分析 234.3系统总体架构 234.4腾讯云物联网平台配置 244.5云平台通讯 264.5.1云平台上行数据链路配置 274.5.2云平台下行数据链路配置 304.6小程序实现 344.7警报提示实现 365系统测试 375.1虚拟仿真系统测试 375.1.1通讯测试 375.1.2仿真测试 395.2云平台系统测试 395.2.1上行数据链路通讯测试 405.2.2下行数据链路通讯测试 425.2.3腾讯连连小程序控制测试 445.2.4报警提示功能测试 456结论 45参考文献 46PAGEPAGE13基于云平台的工厂生产线仿真设计基于云平台的工厂生产线仿真设计PAGEPAGE12[摘要][关键词]腾讯云；物联网；工业云；Node-RED；NXMCD1绪论1.1课题背景及意义中国工业目前处于工业4.0完善阶段，稳步向工业5.0迈进的关键时期。现在“中国制造2025”国策的实施、2022年政府工作报告中提出加快数字化经济发展。在国家和政府两个层面加持下，中国的智能制造正在高速发展中，但是仍有许多大山挡在在中国智能制造面前，比如西方国家对我国进行专利技术封锁、经济打击、政策倾向等等以及现在新冠病毒在全球蔓延。新冠疫情对工业生产有着巨大打击，疫情管控工作人员无法到现场去检查设备，监测数据，导致工厂不得不停产从而产生巨大经济损失。工厂生产线设备日益复杂，但对其安全性、稳定性有了更高的要求，工业生产关注点从生产线设备的正常流转、生产成本转移到了生产线设备的稳定运行、现场生产数据采集和生产设备参数的远程监控上面。随着物联网技术、云计算、工业大数据技术的发展，它们之间的融合出了新的产物——工业物联网云平台，工业物联网云平台为生产企业提供可持续、可扩充的信息系统，不仅为生产企业提供供应链上下游实时信息交互提出了可行性的解决方案，同时也为智能制造设备在售后和运维领域提供了有效的手段和方法，从而达到数据采集、提前预警和远程控制的目的，工厂事件的快速响应，将这些都在云平台上可视化展示。工业物联网云平台给传统工业模式提供了新的思路。1.2虚拟仿真技术发展现状及趋势 虚拟仿真技术又称数字孪生，数字孪生是物理对象或系统的数字表示，概念首先出现在NASA的早期太空舱的全尺寸模型，用于在地面上反映和诊断轨道问题，让其实现全数字模拟。Gartner公司将数字双胞胎列为2017年未来10年的智能制造业战略技术趋势之一。称在不超过四年内，数十亿事物将由数字双胞胎、物理事物的动态软件进行仿真。虚拟仿真技术是根据真实设备上的物联网传感器的输入构建的，复制了一个真实世界的系统，并随着时间的推移随该系统而变化。随着物联网传感器在工厂生产线的应用，虚拟仿真技术将可以根据实时数据预测未来的结果。将这些数据上传到云平台服务器进行数据分析，可以优化生产设备数据提高生产效率，并帮助工厂在实际部署之前确定生产方向，减少产品缺陷并缩短上市时间，提高经济效益。1.3工业云平台国内外发展现状及趋势工业物联网云平台是云服务器与工业大数据融合的新型技术，工业物联网云平台是工厂管理的统一门户入口，有以下功能：实时数据汇总处理；商业方案协作处理；为产品生产的整个生命周期的业务系统处理提供快速反应，预防生产线突发事件；为管理人员预测多种生产管理方案提高决策率、减少时间成本。这些功能使工厂的事件可以迅速响应，对生产情况进行全面监控，现场的实时数据上传到云平台中，通过云服务器进行解析，将分析得到的数据上传到客户端，实现了数据的实时传输与可视化展示随着，云计算、工业大数据、工业物联网等技术的发展，物联网云平台监控平台日趋成熟，将生产决策者、生产设备、消费者三个环节形成良性闭环。2013年GE(美国通用电气公司)Predix平台发布最早的工业物联网平台。2017年ABB发布Ability平台，利用自己开发的PLC物联网设备可以直接把数据上传到云平台，不需要工厂再次购买。我国有着“中国制造2025”的战略根基，在政府配套政策的加持下，国内工业互联网平台也是井喷似的发展。华为云的OceanConnectIoT平台已经部署在自家的无人驾驶汽车、智能家居等等并完成商用。腾讯开发的物联网开发平台IoTExplorer是针对智慧生活和行业的连接应用的物联网平台。云台提供云托管模式，可以连接大量设备，并可以连接到腾讯现有产品，聚合了腾讯生态内容能力。1.4研究内容本设计研究对象是工厂生产线的六自由度机械手臂，主要研究内容是基于腾讯云的工业物联网云平台。研究如何实现工业物联网平台对NXMCD仿真模型的控制及实时监控，六自由度机械手臂的虚拟仿真主要是在UGNX软件上的MCD平台实现的。虚拟仿真系统的控制核心是S7-1500PLC，西门子博图TIAv16进行组态及控制程序的编写。通过PLCsimADV本地通讯实现NXMCD与PLC数据互传，以此搭建了机械手臂的虚拟仿真系统。虚拟仿真系统与腾讯云工业物联网平台的通讯是基于Node-RED软件进行的，利用Profinet协议实现对PLC数据、机械手臂运行参数、状态、控制的双向交互；利用MQTT物联网协议实现现场层级与物联网云平台的数据上报和下发,腾讯云物联网是PaaS平台，用户可以通过自主的APPSDK或小程序或H5自定义面板，实时对机械手臂远程监控。2基于MCD的机械手臂虚拟仿真系统的设计2.1MCD仿真技术介绍NX机电一体化概念设计器(MCD)是用于多学科协作的综合软件。该解决方案通过数字孪生技术可以大幅度缩短产品开发上市时间。除其他外，它依赖于现有知识的重用和通过概念评估做出更好的决策。在NXMCD的帮助下，在设计过程中以跨学科的方式考虑和处理机械、电气和自动化。尽管有大量的要求和参数，该软件解决方案仍支持开发人员保持概览。这种方法往往可以彻底避免在开发过程中出现失误。不需要对物理产品进行优化或者再设计。通过容易使用的建模和仿真的开发环境，可以在开发过程中进行快速的检验。虽然纯粹以模型为中心的工具只显示几何形状，但是可以对零件进行建模，但NXMCD解决方案走得更远。它还可以在物理效应（例如摩擦系数、力、惯性、加速度）起作用的环境中对模型进行运动学评估。配件模型包含附加信息，例如几何形状、参数或运动学。通过这种方式，逐步创建基于物理的交互式模拟来验证未来的机器操作。MCD的优势：通过统一的数据模型更好地协调机械、电气和自动化团队之间的项目；通过无风险模拟避免损坏机器；通过早期模拟在规划阶段规避风险、显著节省时间，同时，提高调试过程中的安全性，调试需要的时间也大幅下降。机电一体化概念中可以在设计过程的早期识别设备状态、全面的可见性和对变化的更快响应、需求、功能、逻辑和物理设计之间的可追溯性、通过逻辑和物理安装之间的交叉探测，轻松进行设计验证和故障排除。图1MCD虚拟仿真系统调试流程2.2需求分析系统工作需求:机械手臂有六个自由度可以自由活动，末端执行器的角度和机械手臂位置姿态分开控制、可以对六个电机的速度进行调整、以三维立体模型的形式进行展示，同时现场本地电脑和HMI触摸屏可以对机械手臂进行监控。2.3系统解决方案根据2.2小节的系统工作需求，本小节对仿真系统进行总体方案设计。本文所设计的六自由度机械手臂虚拟仿真系统分为以下三个部分：机械手臂配置、PLC控制程序、WINCC监控画面。六自由度机械手臂可以分为七个整体：基座、基座轴1、轴2、轴3、轴4、轴5；仿真软件环境为NXUG，仿真平台是NXMCD；硬件部分为PLCS7-1500,使用PLCSIMAdv进行仿真。本小节基于MCD进行功能设计。机械手臂属性定义：根据机械手臂的功能需求，在MCD平台进行三维立体模型导入到MCD平台中装配，并对基座、基座轴1、轴2、轴3、轴4、轴5、轴6的三维模型定义物理属性，属性为刚体，赋予它们物理属性，不再是图片。1.机械手臂运动属性定义：根据需求将基座定义为固定副。其他六个轴定义为铰链副。2.机械手臂位置控制：分别对六个轴添加位置控制命令，位置控制是将轴模型和真实电机信号联动的基础设置。3.机械手臂反算机构驱动：传统的虚拟联合调试使用路径约束，但是调试时机械手臂会出现晃动，将轴6设置为控制对象，末端执行机构设置起始点和指定方位。4.机械手臂信号映射：在信号适配器中将六个轴的位置控制分别与PLC的控制变量进行适配。2.4基于MCD的六自由度机械手虚拟仿真系统结构在基于MCD的六自由度机械手虚拟仿真系统中，分为三个部分PLC、机械手臂仿真模型、WINCC。MCD通过本地通讯与PLC进行实时通讯，实现联合虚拟仿真系统的调试。主要包含了以下模块。1.物理模型构建模块：采用UGNX环境为六自由度机械手臂虚拟三维立体建模。2.模型属性赋予模块：在MCD平台中对六自由度机械手臂的模型赋予物理性运动属性、反算机构驱动、运动位置等属性，确定六自由度机械手臂各个机构的活动空间和活动关系。3.本地监控模块：利用WINCC软件将六自由度机械手臂调试和监控画面进行组态，并完成与PLC和变量的关联。4.PLC模块：首先PLCSIMAdv创建PLC仿真实例，然后使用TIAv16对PLC进行硬件组态，编写功能块和梯形图程序对六自由度机械手臂的位置移动进行控制，5.通信模块：利用PLCSIM本地通讯作为数据交互的渠道。实现WINCC对MCD仿真模型的控制与监控。基于NXMCD虚拟仿真平台对六自由度机械手臂进行三维模型的搭建，同时赋予模型特性，再配置模型反算机构驱动，完成模型创建，在虚拟环境实时观看六自由度机械手臂的三维动画，利用PLCSIMAdvanced3.0创建一个S7-1500的PLC仿真实例，利用PLCSIMAdv本地连接方式实现NXMCD模型与仿真PLC的通讯、实现TIA博图程序对生产线中六自由度机械手臂的控制，最后，建立出六自由度机械手臂虚拟仿真系统。图2为基于MCD的六自由度机械手臂的虚拟仿真系统结构图图2虚拟仿真系统结构图3工厂流水线机械手臂虚拟仿真系统的实现与测试3.1建立模型图3机械手臂三维模型3.2机械手臂仿真设计3.2.1物理属性定义赋予三维立体模型物理属性是实现数字孪生虚拟调试的关键，这是对模型进行实物化的关键步骤，本步骤涉及到多种影响因素，例如电机学、物理学、人工仿生学、材料学等等，最终都是为了能完美还原现场设备。MCD提供了一个基于游戏物理场引擎的模拟真实场景的环境，在此环境中为抛秧机虚拟样机仿真的各个环节定义物理属性，包括：刚体、对象源、碰撞体、质量、密度、几何属性、材料属性等。本次工厂生产线上六自由度机械手臂三维模型仿真运用到了刚体、碰撞体等物理属性，下图4是六自由度机械手臂设计中会应用到的工作属性。图4MCD的工作属性对六自由度机械手臂三维仿真模型中的基座、基座轴1、轴2、轴3、轴4、轴5、轴6赋予刚体物理属性定义，刚体是对模型进行实物化、具体化的重要步骤，三位莫属性在被赋予刚体属性后，可以让三维模型真的在真实世界中一样受到四面八方对它施加的各种力，可以在受到力的作用后运动轨迹发生变化。图5轴设置刚体碰撞体，在MCD中模型将每个部件设置为刚体后，机械手臂在运动时模型和模型相互接触后会穿模，所以为相邻的两个刚体设置防止碰撞。图6机械手臂设置防止碰撞属性3.2.2运动属性定义在对六自由度机械手臂三维模型完成物理属性定义后，需要根据机械手臂各个轴的运动特性，来为其赋予运动属性，以确保能精准的还原六自由度机械手臂的运动轨迹。MCD运动属性定义包括：铰链副、柱面副、平面副、球副、固定副等等。铰链副拥有一个旋转自由度，使两个机械臂之间能完成旋转。在六自由度机械手臂三维模型中，根据机械手臂的运动特性，使用到了铰链副定义，机械手臂有6个轴，分别对其进行铰链副定义。基座轴1能绕Z轴旋转完成机械手臂整体的360度旋转；轴2能绕-Y轴旋转完成臂1前后伸展轴3能绕-Y轴旋转完成臂2上下伸展轴4能绕X轴旋转完成臂2360度旋转轴5能绕-Y轴旋转完成执行机构上下伸展轴6能绕Z轴旋转完成执行机构360度旋转六自由度机械手臂具有极高自由度，六个轴可以分别在电机的驱动下完成旋转。图7机械手臂设置铰链副属性3.2.3添加传感器和执行器为六自由度机械手臂的运动轨迹添加广义执行器。由于六自由度机械手臂各关节都有一个轴电机，他们的旋转是通过电机驱动器的位置控制来驱动的，因此为6个铰链副赋予位置控制执行器。在PLC控制程序对MCD中电机进行调试时，在虚拟联合调试中位置控制是重要的控制命令，是MCD信号和PLC变量交互的桥梁，图8为六个轴配置的执行器列表。图8机械手臂设置位置控制属性3.2.4反算机构驱动定义在多自由度的机械手臂中不可避免地有运动关节耦合和运动学及动力学特性。在机构的设计中，如果使用传统的仿真序列，在PLC程序控制时会出现抖动的问题，仿真测试的结果将是失败的，为了提高六自由度机械手臂仿真系统的稳定性，必须让各关节的相互作用的影响降到最低，并确保六自由度机械手臂在虚拟仿真空间内的运动学特性和和动力学特性各向同性。图9为反算机构驱动的设置。图9机械手臂设置反算机构驱动3.3PLC硬件组态及编程3.1、3.2小节完成了对六自由度机械手臂的三维立体模型的设计、模型属性赋予等设计环节。本节将对虚拟仿真系统的PLC模块进行硬件组态。本设计使用西门子S7-1500PLC作为控制核心，本设计PLC不仅与机械手臂进行数据交互还要与云平台进行交互。S7-1500型号的PLC具有联网传输快、处理快等优势。下面对硬件组态和编程进行设计。3.3.1硬件组态首先使用S7-PLCSIMAdvancedV3.0创建一个仿真实例,IP地址为192.168.0.10与PLC设置的一样。图10PLCSIMAdv中开启仿真PLC然后在博图TIA中对S7-1500和HMI进行网络组态。图11PLC网络组态3.3.2PLC程序编写首先根据机械手臂功能需求定义数据类型和变量地址。表1PLC变量表名称数据类型地址电源开关BoolM0.0中止按钮BoolM0.1移动坐标按钮RealM0.2回归原点按钮BoolM0.4电源指示BoolM1.0X坐标RealMD100Y坐标RealMD104Z坐标RealMD108α角RealMD112β角RealMD116γ角RealMD120电机1速度RealMD124电机2速度RealMD128电机3速度RealMD132电机4速度RealMD136电机5速度RealMD140电机6速度RealMD144全部电机速度RealMD148X坐标输入RealMD200Y坐标输入RealMD204Z坐标输入RealMD208α角输入RealMD212β角输入RealMD216γ角输入RealMD220再进行PLC控制程序的编写，编写机械手臂运行控制程序，当按下电源开关后机械手臂启动运行，电源指示灯亮，等待输入电机速度、机械手臂运动参数。按下中止按钮后机械手臂在当前形态下停止运动，电源指示灯灭。图12机械手臂电源启动程序当按下回归原点按钮后，机械手臂基准位置的数据通过MOVE指令传递给机械手臂，机械手臂回归原点。图13机械手臂回原点程序当机械手臂电源启动后，可以在WINCC触摸屏上设置机械手臂角度，让末端执行机构旋转到指定角度。图14机械手臂移动坐标程序当机械手臂电源启动后，可以在WINCC上分别设置轴电机速度，让机械手臂以指定速度运动到指定位置图15电机速度控制程序3.4MCD与PLC的通讯配置以上小节完成了对六自由度机械手臂三维仿真模型的属性及参数定义和PLC控制程序的编写。本小节完成MCD模型信号与PLC变量的适配。本设计对6个轴电机和进行了信号适配器设置，先将机器人反算机构驱动配置六个参数分为别X、Y、Z轴，α、γ、β角度，再将六个参数匹配六个信号，设置如下图图16机械手臂坐标、角度配置信号对机器手臂反算机构驱动完成配置后，接下来对六个轴电机的位置控制命令设置参数。图17机械手臂六个轴配置信号3.5WINCC组态在3.3.1小节中已经完成了HMI与PLC的网络组态，现在完成对HMI画面的绘制和变量的链接。本设计选择的组态软件是WinCCAdvancedv16，选择HMI触摸屏型号为TP700。打开WINCC组态环境触摸屏设计软件，创建新画面，完成对画面的绘制，如下图。图18WINCC画面绘制画面完成后，分别对IO域、按钮、灯连接变量，如下图。图19WINCC画面图形关联变量本章完成了六自由度机械手臂虚拟仿真系统的设计，为接下来的云平台系统的研究设计打下了夯实的基础。4云平台系统的设计与实现4.1云平台技术介绍4.1.1腾讯云物联网平台介绍现在市面上有许多物联网平台，其中腾讯云是腾讯公司旗下的面向智慧生活与产业互联应用的物联网PaaS平台，具有物联网SaaS托管、高效消息处理、便捷数据服务、IoT应用快速开发等优势。本设计中的云平台是在腾讯云的基础上进行搭建。4.1.2物联网协议MQTT协议是一种非常轻量级的发布/订阅消息传递传输，它可以用最少的代码和极少的带宽为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。小型化设备、机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）已广泛使用4.1.3Node-RED开发工具Node-RED是一个可视化编程工具，利用构建“流”的方式，实现信息的采集和传输。它提供了一个基于浏览器的编辑器，可以使用节点列表中的广泛节点，简单快捷的将节点连接在一起形成一个工作信息流，点一下部署即可运行。4.2系统的需求分析第二、三章已经通过UGNXMCD机电一体化开发平台、TIAV16和WINCC完成了对六自由度机械手臂的仿真模拟和控制，构建了虚拟仿真系统。本设计的工厂生产线机械手臂云平台主要实现以下几个功能：（1）通讯功能Node-RED发挥通讯桥梁的作用，实现机械手臂PLC与腾讯连连小程序的实时通讯。确保云平台可以实时上报和下发信息。（2）报警功能。当机械手臂出现故障，系统停止、开始运行都会收到腾讯连连微信公众号提示。（3）运行数据监控功能。小程序可以实时监控，将所需的数据显示在小程序上，以便于工作人员能准确地监测机械手臂的运行情况。（4）小程序控制、调试功能。腾讯连连小程序通过可视化界面实现对机械手臂进行控制，实现远程实时控制抛秧机运行。如果工作人员微信收到机械手臂异常警报，工作人员可以第一时间通过小程序—Node-RED—PLC的路径，对机械手臂进行远程调试。4.3系统总体架构本云平台系统采用Node-RED中的S7节点利用Profinet协议和腾讯云开发的MQTT协议节点对PLC数据进行实时采集，通过Node.js语言对数据进行转换，上传到腾讯云平台上，腾讯云物联网平台作为媒介，实现PLC与微信小程序的双向通讯，完成了基于腾讯云平台搭建的云平台系统对工厂生产线中六自由度机械手臂的远程监控。图20云平台系统架构4.4腾讯云物联网平台配置首先创建一个公共实例。进入公共实例，新建机械手臂项目图21腾讯云中创建项目进入项目后，创建物模型，根据PLC变量进行功能配置图22云平台中定义变量图23云平台物模型定义表建立接入腾讯云的MQTT资源：物模型Topic（用于消息发送和订阅的消息）和GroupID（用于项目识别）图24腾讯云项目设备信息表2设备通讯Topic列表Topic权限操作权限备注$thing/up/property/9IUBM90982/${PLClot}发布属性上报$thing/down/property/9IUBM90982/${PLClot}订阅属性下发与属性上报响应$thing/up/event/9IUBM90982/${PLClot}发布事件上报$thing/down/event/9IUBM90982/${PLClot}订阅事件上报响应$thing/up/action/9IUBM90982/${PLClot}发布设备响应行为执行结果$thing/down/action/9IUBM90982/${PLClot}订阅应用调用设备行为4.5云平台通讯本章4.4小节完成了对腾讯云物联网云平台的配置，本节将使用Node-RED编程工具进行信息流的组态，构建上下行链路信息流，打通上下行的通讯。启动Node-RED。图25启动Node-RED4.5.1云平台上行数据链路配置本节将对PLC中的数据进行采集上报到云平台中。S7节点可以与PLC通过Profinet协议进行通讯，读取PLC中的存储区数据，可以读取Bit、Word、Dword、Real等形式。TencentIoTPublish节点可以连接腾讯云IOTExplorer，向平台publish内容。函数节点，可以读取数据并存放在json上报数据中。首先拖入S7int、函数、TencentIoTPublish节点构建信息流。依次配置三个节点。图26上行通讯工作信息流(1)S7节点，图27为填写PLC地址、选机架/插槽方式通讯等信息。图27为配置PLC的变量地址和名称。表3为PLC与Node-RED变量交互表。完成PLC通讯配置。图27S7通讯节点配置表3Node-RED与PLC变量对照表Node-RED配置地址PLC地址数据类型M0.0M0.0BoolM0.1M0.1BoolM0.2M0.2RealM0.3M0.3BoolM1.0M1.0BoolMR200MD200RealMR204MD204RealMR208MD208RealMR212MD212RealMR216MD216RealMR220MD220RealMR148MD148Real(2)函数节点双击进入函数节点编写读取程序，函数读取了机械手臂的X、Y、Z轴坐标长度、α、β、γ角度、启动、停止、回归原点、移动坐标按钮并存放在json上报数据中。A、B、C分别代表α、β、γ角varpower=msg.payload.power;varX=msg.payload.X;varY=msg.payload.Y;varZ=msg.payload.Z;varA=msg.payload.A;varB=msg.payload.B;varC=msg.payload.C;varmove=msg.payload.move;varStart=msg.payload.start;varstop=msg.payload.stop;varback=msg.payload.back;varmotorspeed=msg.payload.motorspeed;varmoveStatus;if(move==false)moveStatus=0;elsemoveStatus=1;varstartStatus;if(Start==false)startStatus=0;elsestartStatus=1;varstopStatus;if(stop==false)stopStatus=0;elsestopStatus=1;varbackStatus;if(back==false)backStatus=0;elsebackStatus=1;varpowerNum;if(power==false)powerNum=0;elsepowerNum=1;varjson={"method":"report","clientToken":"123","timestamp":1212121221,"params":{"power":powerNum,"move":moveStatus,"back":backStatus,"Start":startStatus,"stop":stopStatus,"X":X,"Y":Y,"Z":Z,"A":A,"B":B,"C":C,"motorspeed":motorspeed,}};msg.payload=json;returnmsg;(3)TencentIoTPublish节点，图28为填写Topic上报信息。图28MQTT上行通讯节点配置4.5.2云平台下行数据链路配置4.5.1节完成上行链路的通讯，本小节将打通下行链路的通讯，实现云平台下发数据，对机械手臂进行控制。拖入S7节点、函数节点、TencentIoTSubscribe节点构建信息流。由于一个S7out节点只能关联一个变量，所以对云平台下发的数据分别解析，再下发到PLC。图29下行工作信息流（1）TencentIoTSubscribe节点，图30为填写Topic下发信息图30MQTT下行通讯节点配置（2）函数节点电源开源开关解析函数varstart=msg.payload.params.Start;varstartStatus;if(start==1)startStatus=true;elsestartStatus=false;msg.payload=startStatus;中止按钮解析函数varstop=msg.payload.params.stop;varstopStatus;if(stop==1)stopStatus=true;elsestopStatus=false;msg.payload=stopStatus;returnmsg;回归原点解析函数varback=msg.payload.params.back;varbackStatus;if(back==1)backStatus=true;elsebackStatus=false;msg.payload=backStatus;returnmsg;移动坐标解析函数varmove=msg.payload.params.move;varstartStatus;if(move==1)moveStatus=true;elsemoveStatus=false;msg.payload=moveStatus;returnmsg;X坐标解析函数varXnum=msg.payload.params.X;msg.payload=Xnum;returnmsg;Y坐标解析函数varYnum=msg.payload.params.Y;msg.payload=Ynum;returnmsg;Z坐标解析函数varZnum=msg.payload.params.Z;msg.payload=Znum;returnmsg;α角标解析函数,在Node-RED和云平台用ABC来进行代替。varAnum=msg.payload.params.A;msg.payload=Anum;returnmsg;β角解析函数varBnum=msg.payload.params.B;msg.payload=Bnum;returnmsg;γ角解析函数varCnum=msg.payload.params.C;msg.payload=Cnum;returnmsg;全部电机速度解析函数varmotorspeednum=msg.payload.params.motorspeed;msg.payload=motorspeednum;returnmsg;（3）S7节点，依次完成S7out节点关联PLC变量，如下图。图31S7out节点关联变量4.6小程序实现点击交互开发，分别进行产品展示配置、快捷入口配置、面板配置、扫一扫产品介绍。图32云平台小程序配置界面对产品展示进行配置，如下图图33-1小程序预览图图33-2小程序预览图对小程序面板进行UI进行配置，如下图图34小程序UI设计4.7警报提示实现进入数据开发构建不同数据流，可以实现机械手臂不同状态的报警提示。首先拖入设备数据节点，添加设备变量。然后利用数据过滤节点进行触发条件设置。图35选择需要的设备属性图36推送过滤条件配置最后选择推送方式并设置推送内容。图37公众号推送信息配置分别对电源、电机速度、回原点构建数据流。图38构建警告提示推送数据流5系统测试5.1虚拟仿真系统测试5.1.1通讯测试第三章完成了对六自由度机械手臂三维立体模型的建立、模型各种属性的配置和定义，在3.4小节中，对机械手臂的X、Y、Z坐标和轴电机速度都匹配了对应的信号，现在使用信号映射，使用PLCSIMAdv本地通讯，完成MCD模型信号与PLC变量的信号映射，最终实现信号的交互，完成PLC对六自由度机械手臂的控制。图39MCD信号与PLC变量映射图完成信号映射后，接下来测试通讯是否成功。如图40，MCD与PLC进行通讯成功。图40MCD与PLC通讯成功5.1.2仿真测试在3.5小节中完成了上位机WINCC的组态，5.1.1小节完成了MCD与PLC的通讯，虚拟仿真系统环境已经搭建完毕，现在通过使用WINCC对机械手臂进行控制，进行基于MCD的六自由度机械手臂虚拟仿真系统的测试，如图41所示，WINCC可以控制机械手臂的位置、角度和电机速度。图41WINCC控制机械手臂5.2云平台系统测试前面的章节完成了，虚拟仿真系统的实现与测试和腾讯云平台的搭建，基于云平台的工厂生产线机械手臂设计已经完成，并已经完成PLC与MCD的通讯测试，在生产线中设备繁杂、生产任务重，云平台系统距离远，要求云平台系统的稳定性、时效性、可靠性有着很高的标准。本节将通过测试上下行链路通讯、客户端小程序监控、报警提示功能对云平台监控系统进行最终测试，验证基于