工业数字孪生项目5任务4 自动供料单元仿真与虚拟调试实战

项目5自动供料单元

工业数字孪生实战任务4自动供料单元仿真与虚拟调试实战目录01任务说明02知识准备03任务实施04任务评价与拓展任务说明1任务说明

本任务根据贴近实战的任务要求，介绍对DLDS-532实训平台自动供料单元（一站）进行模块间工业数字孪生仿真与虚拟调试的全流程。在本任务中，将以在本项目此前各任务中完成的自动供料单元各模块MCD建模工作为基础，按照符合实战要求的工序流程，使用虚拟PLC和HMI程序对MCD模型进行运动控制。

通完成本任务，学生将掌握使用NXMCD、博途与PLCSIMAdvanced软件对DLDS-532实训平台自动供料单元中的各模块进行全流程仿真与虚拟调试的流程和方法，以及在此过程中提高操作效率、避免各类错误与问题的技巧，从而为后续完成DLDS-532实训平台全流程虚拟调试和虚实联调实战任务做好准备。知识准备2知识准备

1.DLDS-532实训平台自动供料单元（一站）的组成与用途

如图5-56所示，DLDS-532实训平台的自动供料单元（一站）主要由操作台、料盒供料模块、料芯双供料模块、搬运机械手模块、转盘模块、深度检测模块、电气控制模块和气源模块等组成。该单元可完成多种不同料盒的供料、搬运（或传输）、称重、料芯装配、深度检测、RFID信息标记和二维码扫描识别（记录）等功能。图5-56知识准备

2.DLDS-532实训平台自动供料单元（一站）的主要工序流程

一般而言，自动供料单元主要有图5-57所示的工序流程。（1）料盒瓶体供料流程（空）料盒瓶体从料盒供料模块中被推出，到达转盘模块的传输带（一站传输带）初始位置。（2）料芯供料流程

转盘模块中的转盘机构带动料盒瓶体正转90°，到达料芯装配位置。料芯双供料模块将来自所选仓位的料芯装入料盒瓶体中。图5-57知识准备（3）物料输送流程

料芯供料流程后，一般默认通过转盘模块转盘机构的转动，将物料直接输送到深度检测位置。如果不进行料芯装配，则使用搬运机械手模块或转盘模块一站传输带，将物料输送至深度检测位置。（4）深度检测流程

深度检测模块对物料测深，系统记录所测得深度。如果需要在深度检测前“去皮”，则应在单元前一个周期的运行中，直接输送一个空料盒瓶体至深度检测位置，检测并记录其对应深度，并在此后的深度检测中从结果中减去这深度。至此，自动供料单元的主要工序流程全部完成。物料可经转盘模块或搬运机械手模块输送至智能分拣单元（二站），后接其他单元所对应的各工序流程。

在本任务中，除将“去皮”功能留作练习外，将实现所有上述工序流程的虚拟仿真，在此基础上结合项目4任务1、任务2所述内容，使用虚拟HMI控制MCD模型完成这些工序流程。任务实施3任务实施一、自动供料单元工序流程的虚拟仿真实现在NXMCD仿真环境中打开“总图_step.prt”文件。注意，为了便于建模，在此模型中，世界坐标系中Y轴的参考正方向与智能仓储单元（三站）中三维线性搬运机构的Y轴参考正方向相反。（1）实战环境下的自动供料单元建模1）为自动供料单元中的料盒、料芯、各运动机构创建刚体（见表5-1），并为料盒与料芯刚体创建对象源。任务实施表5-1序号刚体对应实体或机构所属模块或所在位置参考本项目任务1料盒瓶体料盒供料模块井式料仓上方任务1、32料芯1料芯双供料模块左料仓上方任务13料芯2料芯双供料模块右料仓上方4料盒推料气缸料盒供料模块5左推料气缸料芯双供料模块6右推料气缸7取料升降气缸8取料伸缩气缸9伺服搬运机构搬运机械手模块任务210升降气缸（含取料盒夹具）11转盘机构转盘模块任务312检测升降气缸深度检测模块13检测伸缩气缸任务实施2）为自动供料单元中涉及碰撞的可动或不可动部分创建碰撞体，见表5-2。在实战中为了节省时间，可省略掉部分不影响仿真效果的碰撞体。另外，传输带所对应的碰撞体一般可在创建传输面时一同建立，故不在表5-2中列出。任务实施表5-2序号碰撞体对应实体碰撞体类型参考本项目任务1料盒瓶体（底座）方块任务1、32料盒瓶体（外侧表面）多个凸多面体3料盒瓶体（内侧表面）多个凸多面体4料盒瓶体（内侧拐角曲面）网格5料盒瓶体（上边缘）网格6料芯1（外表面）多个凸多面体/方块任务17料芯2（外表面）多个凸多面体/方块8料盒推料气缸（上表面、前侧表面）多个凸多面体9井式料仓（底、侧内表面）多个凸多面体10井式料仓（料仓杆）圆柱体11左推料气缸（上表面、前侧表面）多个凸多面体12右推料气缸（上表面、前侧表面）多个凸多面体13左料仓（底、侧内表面）多个凸多面体14左料仓（料仓杆）圆柱体15右料仓（底、侧内表面）多个凸多面体16右料仓（料仓杆）圆柱体17伺服搬运机构（外表面）多个凸多面体/方块任务218转盘机构（内侧挡板）多个凸多面体任务319深度检测机构探杆（外表面/底面）圆柱体/凸多面体任务实施3）为自动供料单元中的各运动机构，即料盒推料气缸、（料芯）左推料气缸、（料芯）右推料气缸、（料芯）取料升降气缸、（料芯）取料伸缩气缸、伺服搬运机构、升降气缸、转盘机构、检测升降气缸和检测伸缩气缸建立运动副，见表5-3。任务实施表5-3序号连接体（基本体）对应刚体运动副类型指定轴矢量参考本项目任务1料盒推料气缸滑动副YC轴任务12左推料气缸YC轴3右推料气缸-YC轴4取料升降气缸（取料伸缩气缸）-ZC轴5取料伸缩气缸XC轴6伺服搬运机构YC轴任务27升降气缸（伺服搬运机构）-ZC轴8检测升降气缸-ZC轴任务39检测伸缩气缸（检测升降气缸）-XC轴10转盘机构铰链副-ZC轴任务实施若有必要，也应该建立与设置实现单元工序流程仿真所需的传感器。学生可参考项目3任务1与本项目此前各任务的相关部分，在本任务中对此不做硬性要求。4）为自动供料单元中的各运动副与传输带建立执行器（即位置控制或传输面）。5）为自动供料单元中的料芯取料吸盘与取料盒夹具分别建立、设置吸盘与手指握爪。（2）实战环境下的自动供料单元信号配置1）创建信号适配器由于各模块的手动调试已在此前各任务中完成，在此只需要根据实际单元（模块间）自动调试中的运动控制与状态显示需要，在其中添加各个机电对象参数与用于模型控制、状态和数值实时显示的各个信号，见表5-4。任务实施表5-4序号（类型）对象对象类型参数1（机电对象参数）检测升降气缸滑动副位置2（机电对象参数）检测升降气缸速度3（机电对象参数）深度检测探杆底面距离传感器距离传感器值序号（类型）名称数据类型（输入/输出）初始值1（信号）是否进行料芯装配bool（输入）false2（信号）料芯仓位int（输入）03（信号）一站工序开始bool（输入）false4（信号）一站工序int（输入）05（信号）已测深bool（输出）false6（信号）深度记录double（输出）0任务实施图5-582）视需要创建信号适配器公式，在各机电对象参数和信号之间建立联系，可参考图5-58所示做法。任务实施二、自动供料单元工序流程的虚拟调试（1）实战环境中的自动供料单元MCD仿真调试

按照自动供料单元主要工序流程，建立并设置对应的仿真序列，如图5-59~图5-63所示，并通过在NXMCD仿真环境内调试与修改，确保仿真效果正确。图5-59图5-60任务实施图5-61图5-62图5-63

任务实施

（2）实战环境中的自动供料单元软件在环虚拟调试1）导出上述已建立信号，在使用文档处理软件对所导出的.csv文件进行必要处理后，保持信号名称不变、数据类型匹配，在博途软件中创建对应的PLC变量，如图5-64所示。图5-64

任务实施2）在博途软件中编写对应上述功能的虚拟HMI程序，添加所需的各类元素，如按钮、状态指示灯、文本域、I/O域等，如图5-65所示，并对其进行合理设置。图5-65任务实施3）使用NXMCD、博途、PLCSIMAdvanced软件完成软件在环虚拟调试需的外部信号配置与信号映射设置，如图5-66、图5-67所示。如果有虚拟HMI不直接控制或显示的信号（如某些起记录功能的信号），为了避免产生信号锁定问题，可在信号映射时注意不对其进行映射，或在博途软件中不创建对应信号的虚拟PLC变量。图5-66图5-67任务实施4）完成虚拟PLC程序下载与组态装载，启动虚拟HMI仿真，并单击NXMCD仿真环境“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。仿真开始后，切换到博途软件弹出的虚拟HMI界面，通过与界面上的各个元素交互，选择是否要进行料芯装配流程（如果是，则选择料芯仓位），并单击“一站工序开始”按钮启动工序流程。观察MCD模型的运动及虚拟HMI中显示的内容是否符合预期。任务评价与拓展4任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1料盒瓶体供料流程的实现能在虚拟HMI中启动一站工序，在料盒供料模块井式料仓上方生成料盒瓶体，且料盒瓶体能与模块e中各碰撞体正确交互25（空）料盒瓶体能从料盒供料模块中被推出，到达转盘模块的传输带（一站传输带）初始位置，且推料气缸缩回原位2转盘模块的信号配置如果在启动一站工序前，选择进行料芯装配，能在所选择的料芯料仓上方生成料芯，且料芯能与模块中各碰撞体正确交互25转盘模块中的转盘机构能带动料盒瓶体正转90°到达料芯装配位置料芯双供料模块各机构是否能将来自所选仓位的料芯装入料盒瓶体中任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分3物料输送流程的实现如果选择进行料芯装配，在料芯供料流程后，能通过转盘模块转