产线装备数字化仿真与装调（NX MCD）课件 项目三 皮带输送装置的数字孪生机电联合装调与控制

项目三

皮带输送装置的数字孪生机电联合装调与控制知识目标1.了解皮带输送装置的功能、运行原理及常见的结构组成。2.掌握光电传感器、交流电机和变频器的原理及使用方法。3.掌握使用NXMCD基于数字化模型进行仿真运行的方法。4.熟练掌握使用数字孪生技术进行带变频器装备的虚拟调试方法。5.熟练掌握皮带输送装置的机械和电气调试要点。6.掌握基于虚拟调试的皮带输送装置实体调试的方法。技能目标1.能熟练完成基于NXMCD的装备仿真运行验证。2.能结合NXMCD模型和PLC程序，熟练完成带变频器装备的软在环或硬在环虚拟调试。3.能根据电路图和气动图，正确安装电路和气路。4.能正确安装和使用光电传感器、交流电机、变频器等。5.能正确基于虚拟调试，完成皮带输送装置的机电实体调试。皮带输送装置及其作用皮带输送是最基本、应用非常广泛的输送方式，广泛应用于各种生产流水线中，与各种机械手等上下料装备相配合，可以非常方便地满足各类产品的产线生产。产线中往往会大量使用多条皮带输送装置，由于其结构简单，使用灵活，且配件具备很高的标准化程度，因而在使用皮带输送装置时，可以向专业制造商配套订购，也可根据产线实际需要自行设计制造。皮带输送装置主要具备以下特点。（1）制造成本低廉皮带输送装置结构简单，制造成本低廉，是自动化工程设计中最优先选用的连续输送方式。（2）使用灵活方便由于广泛采用标准的铝型材结构，在装配连接方面具有高度的柔性。通过对铝型材进行切割加工，既可以方便地组成各种形状与尺寸的机架，也可以非常方便地在皮带输送装置上安装各种传感器、分隔机构、挡料机构、导向定位机构等，并可以非常方便地对上述机构的位置进行调整。1）皮带的运行速度可以根据生产节拍的需要进行调整。2）皮带的宽度与长度可以根据需要灵活选用。3）不仅可以在水平面内输送，还可以在具有一定高度差的倾斜方向上实现倾斜输送。4）既可以采用单条的皮带输送装置，也可以同时采用2条或3条平行的皮带输送装置并列输送而共用电机驱动系统；各条输送线的方向既可以相同也可以相反，以将不合格的产品反方向送回。5）既可以作为大型的输送线用于生产线，也可以作为小型或微型的输送装置用于通常对空间非常敏感的自动化专机上。6）如果将皮带输送装置委托给专业制造商制造，只需要向对方提出具体的尺寸及技术要求即可，方便自动化生产线的快速集成。（3）结构标准化皮带输送装置的结构相对比较简单，目前基本上已经是标准化的结构，大部分元件与材料都已经实现标准化并可以通过外购获得，这样就可以实现快速设计、快速制造、低成本制造，提高企业的市场竞争力。由于皮带输送装置的上述优点，其广泛应用于各类自动线和智造产线中进行物料输送，对产线的运行起到重要的作用。由于皮带输送是依靠工件与皮带之间的摩擦力来进行输送的，所以皮带输送装置的功率一般不大，输送的物料包括单件的工件及散装的物料，主要应用在电子、通信、电器、轻工、食品等行业的手工装配流水线及自动化生产线上，所输送的工件多为小型、重量较轻的单件产品。

该皮带输送装置基本具备产线中皮带输送装置的典型结构，主要由输送带系统、同步带机构、物料检测传感器、三相异步输送电机、接线端子等组成。通过同步带机构将电机的动力传输至输送带系统的张紧轮，实现双向的物料输送。仿真序列节拍图结构分析与仿真验证仿真序列运行逻辑表序号点击对象条件设置值仿真序列描述是否运行链接1传送带的速度控制皮带入口有料检测距离传感器（已触发）=true速度：100mm/s（参考值）当物料触发入口有料检测（碰撞传感器触发），皮带向出料口输送

2传送带的速度控制皮带出口到位检测距离传感器（已触发）=true速度：0mm/s（参考值）当物料触发出口到位检测（碰撞传感器触发），皮带停止

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皮带出口到位检测距离传感器（已触发）=true时间：2s（参考值）系统延时停顿2s向序号2链接4传送带的速度控制

速度：100mm/s（参考值）皮带反向输送向序号3链接5传送带的速度控制皮带入口有料检测距离传感器（已触发）=true速度：0mm/s（参考值）当物料触发入口有料检测（碰撞传感器触发），皮带停止向序号4链接虚拟调试

在产线中，由于皮带输送装置需要先承接槽轮机构下方的继电器底座，反向运行将底座送至输送带入料口，以便机械手将继电器铜片放入底座，再正向运行将物料送至出料口。而在设计皮带输送装置单装备的PLC程序逻辑时，主要进行皮带输送装置的正向和反向运行测试。输送皮带的入料口和出料口处都设置了条件信号，设备的初始状态是：设备在正式运行之前，需要将皮带输送模块左右两个检测传感器处于未检测状态，即为无信号。PLC控制程序的逻辑较简单：装置启动后，入料口会检测是否有料，若检测到有料，即控制输送电机正转，使输送带运转，将物料向出料口传送；当出料口会检测有料，则表示物料运送至另一端已完成。经过2S的停顿，输送电机反转，将物料反向输送回入料口处。当入料口检测到有料，则表示物料已回至初始位置，皮带输送装置停止。PLC端信号分析与设置

由于虚拟调试时PLC无法基于真实I和Q地址的输出状态进行设备的调试，在编写PLC程序时，为便于调试，需将输出地址位设置为中间寄存器M中的地址。

其中，皮带输送线的三向异步电机采用变频器驱动。在本项目中，变频器采用G120CPN型，PLC通过PROFINETPZD通讯方式将控制字和主设定值周期性地发送与变频器，变频器将状态字和实际转速发送给PLC。信号类型序号符号名IO地址数据类型附注输入信号1入口物料检测%M0.0布尔型（BOOL）皮带输送装置入口端是否有料2物料到位检测%M0.1布尔型（BOOL）皮带输送装置末端物料是否到位输出信号3输送速度%MD4实数型（REAL）皮带输送线的实时运行速度NXMCD端信号分析与设置输出信号适配器输入信号适配器信号名称机电参数数据类型备注入口物料检测入口检测（距离传感器）.[已触发]布尔型传送带入口有料检测信号出口物料检测出口检测（距离传感器）.[已触发]布尔型传送带出口有料检测信号信号名称机电参数数据类型备注速度值皮带输送_SC(1).速度控制[速度]双精度型传送带运行的速度软在环设置与操作虚拟PLC组态设定变量/程序块完成信号关系式设置[信号适配器]外部信号配置信号映射组态虚拟1500系列PLC和变频器

组态时，在添加PLC后，首先通过“Otherfielddevices”添加G120CPN型变频器，设置其IP地址和分配设备名称（也可后期通过startdrive进行在线设置），并设置其报文为“标准报文1，PZD-2/2”。选取以后会自动分配输入2个字，输出2个字123

由于无法在软在环中直接通讯变频器，在编程时，遵循变频器PROFINETPZD通讯方式，采用控制字赋值进行驱动：地址QW64中赋值“047E”表示停止；在此基础上，将QW64赋值为“047F”，变频器即可收到正转信号；若将QW64赋值为“0C7F”，变频器即可收到反转信号。S7-1200通过PROFINMETPZD通讯方式将控制字和主设定值周期性的发送与变频器，变频器将状态字1和实际转速发送给PLC。

软在环在程序中无法通过控制字和状态字给予电机实际的运行速度，因此设置输送带速度时，无法采用控制字赋值方式，可直接使用MOVE指令将值赋给代表输送带速度的变量信号关系式序号指派对象关联对象公式备注1入口检测信号皮带入口有料检测距离传感器.[已触发]入口检测信号=皮带入口有料检测距离传感器.[已触发]由距离传感器的状态触发入口检测信号2出口检测信号皮带出口有料检测距离传感器.[已触发]出口检测信号=皮带出口有料检测距离传感器.[已触发]由距离传感器的状态触发出口检测信号3皮带输送的[速度控制]速度值信号速度数值[速度控制]中的速度值由信号中的数值来赋值获得硬在环设置与操作虚拟PLC组态设定变量/程序块完成信号关系式设置[信号适配器]外部信号配置信号映射

变频器的PROFINETPZD通讯方式与软在环一致，采用标准控制字给予变频器信号。硬在环使用真实变频器，可以通过给地址QW66赋16位数值进行调频调速。速度设定值需要经过标准化处理，变频器接收十进制有符号整数16384（4000H十六进制）对应电机100％的速度，因而赋值2000H，可将传送带的速度调整为电机额定转速的50%。机械与电气装调机械组件电机(三相交流减速电机)三相交流减速电机（80YS25GY38+80GK10HF702），自带减速箱，减速比为1:10，额定功率为25W。传感器(光电开关)GTB6-P1212型光电开关是一种漫反射式光电传感器。光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应，是用于检测工件不足或工件有无的一种光电接近开关。它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。GTB6-1212型光电开关上有检测距离调节旋钮，可以根据需要调节最大250mm的检测距离，顺时针旋转调小检测距离，逆时针调大检测距离。此外“亮通/暗通”按钮是对光电开关的动作模式的调整，动作模式开关切换拨至L时，则输出状态为入光时ON；当拨至D时，则输出状态为遮光时ON。变频器西门子变频器G120C变频器的使用主要需注意接线和变频参数的BOP面板设置。G120C变频器的电源供电为AC380V。左侧L1、L2、L3和PE外接三相电源，右侧的U、V、W、PE接三相异步电机。“制动电阻”为选件，当电机高速运转时，需要立即停止转动时，则需要用到制动电阻。变频器的BOP面板用于变频器的参数设置与故障/报警显示等G120C变频器具备稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、过载能力、创新的BiCo(内部功能互联)功能以及无可比拟的灵活性等优点,应用非常广泛。设备侧与控制侧相关电路的连接1）完成电机与变频器的连接与设置。皮带输送装置所使用的三相交流减速电机通过G120C变频器控制，变频器分别外接三相电源和三相电机。由于电机不存在高速运转，变频器无需连接制动电阻。电机通过四芯电缆连接至变频控制器，电机与变频器的连接需要大于0.75平方的四芯护套线。2）变频器参数设置BOP参数设置法序号参数说明参数号设置值1进入参数调试状态（注：作为所有参数设置的第一步）P1012设置为异步电机P30013设置电机额定电压（看铭牌）P3043804设置电机额定电流（看铭牌）P3050.135并联电机数量P30616电机额定功率P3070.037设置电机额定功率因数（注：当参数值为0.000时，会在内部计算功率因数）P30808设置电机额定功率（注：当参数值为0.000时，会在内部计算功率因数）P30909设置电机频率P3105010设置电机额定转速P3111300序号参数说明参数号设置值11设置为标准驱动P500012极限电流P6400.1913设置电机最小转速P1080014设置电机最高转速P1082160015设置加速时间P11200.116设置减速时间P11210.117设置电机数据检测为禁止P1900018变频器控制就绪（注：作为参数设置倒数第二步，不可提前设置）P10019保存参数（注：作为所有参数设置最后一步）P9711基于Startdrive配置G120C变频器参数1.打开TIAPortal博途软件2.在TIAPortal博途软件中操作1）打开博途编程软件，创建一个新项目2）在项目导航栏中，展开【在线访问】→展开与变频驱动器连接的网卡“Intel(R)EthernetConnection(7)1219-LM”→展开变频驱动器“

”→双击【在线并诊断】3）展开【功能】→选择【分配IP地址】，输入IP后，点击【分配IP地址】按钮1234.调试（变频器快速调试）121）双击【调试】2）点击【调试向导】，此时弹出“调试向导窗口”5.调试向导应用等级设定值指定[1]StandardDriveControl（SDC）基本定位器，通过PLC控制设定值/指定源的默认值

[7]现场总线，带有数据组转换

[1]标准报文1，PZD-2/2驱动设置

[0]IEC电机；380V驱动选件

[0]无筛选5.调试向导电机1.输入电机数据2.[1]异步电机3.星形4.电机数据 1）额定电流：0.13A 2）额定功率：0.03KW 3）电机额定转速：1300rpm 4）电机额定电压：380V 5）电机额定频率：50HZ 6）电机冷却方式：[0]自冷却5.[0]无传感器电机抱闸

[0]无电机抱闸5.调试向导重要参数1.参考转速度：1300rpm2.最大转速度：1500rpm3.斜坡上升时间：根据工艺要求配置，默认10秒4.OFF1斜坡下降时间：根据工艺要求配置，默认10秒5.OFF3(急停)斜坡下降时间：根据工艺要求配置，默认10秒6.电流极限：0.19Arms驱动功能

1.工艺应用：[0]恒定负载(线性特性曲线)2.电机识别：[2]电机数据检测(静止状态)总结勾先【RAM数据到EEPROM(将数据保存至驱动中)】G120C变频器报文简要说明1.报文结构PKWPZD01PZD02报文1，转速控制STW1NSOLL_AZSW1NIST_A缩写说明STW1控制字1ZSW1状态字1NSOLL_A转速度设定值16位NIST_A转速度实际值16位1）控制字：常用控制字如下，有关控制字1（STW1）详细定义请参考“控制字表和状态字表”。•047E(16进制)-OFF1停车•047F(16进制)-正转启动/0C7F(16进制)–反转启动2）主设定值：速度设定值要经过标准化 接收十进制有符号整数16384（4000H十六进制）对应于100%的速度； 接收的最大速度为32767（200%）。 参数P2000中设置100%对应的参考转速。G120C变频器报文简要说明控制字位含义参数设置控制字位含义参数设置0ON/OFF1P840=r2090.08预留1OFF2停车P844=r2090.19预留2OFF3

停车P848=r2090.210通过PLC控制P854=r2090.103脉冲使能P852=r2090.311反向P1113=r2090.114使能斜坡函数发生器P1140=r2090.412未使用5继续斜坡函数发生器P1141=r2090.513电动电位计升速P1035=r2090.136使能转速设定值P1142=r2090.614电动电位计降速P1036=r2090.147故障应答P2103=r2090.715CDS位0P0810=r2090.152.控制字3.状态字控制字位含义参数设置控制字位含义参数设置0接通就绪r899.08转速差在公差范围内r2197.71运行就绪r899.19控制请求r899.92运行使能r899.210达到或超出比较速度r2199.13故障r2139.311I、P、M比较r1407.74OFF2激活r899.412打开抱闸装置r899.125OFF3

激活r899.413报警电机过热r2135.146禁止合闸r899.614正反转r2197.37报警r2139.715CDSr836.03）进行设备侧端子台接线。4）设备侧与控制侧的接线。以IO信号电缆与控制侧的端子台相连，皮带输送装置经电机与变频器连接、IO连接，从而实现装备与PLC等硬件控制系统的连接。PLC输入PLC输出地址信号说明地址信号说明I0.0入料口有料检测（左）无

I0.1出料口有料检测（右）机电实体调试皮带输送装置设备需要首先进行光电传感器的手动调试，使其信号触发效果正常；再将程序修改后下载入实体设备，进行最后的机电实体调试。虚拟调试时所使用的输入信号均为PLC的内部继存器，因而程序在完成硬在环调试后下载到真实设备上时，PLC程序不需要修改，也不需要映射IO。但由于在做虚拟调试时，由于无法修改真实PLC的IO，所以使用PLC内部寄存器的M点。在调试真实设备时，需要修改回原来的I点和Q点。注：若未提前实施硬在环虚拟调试，必须在实体调试时提前完成变频器的设置装备调整1）光电传感器调整。GTB6-P1212型光电传感器上电之后，电源指示灯绿灯亮起，将需要被检测的物料放置在检测位置，调节传感器的距离检测旋钮，使传感器工作指示灯黄灯亮起，PLC相应点位得电指示灯亮，之后