工业数字孪生项目6任务3 智能分拣单元仿真与虚拟调试实战

项目6智能分拣单元

工业数字孪生实战任务3智能分拣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实训平台智能分拣单元（二站）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智能分拣单元各模块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。

通过完成本任务，学生将掌握使用NXMCD、博途与PLCSIMAdvanced软件对DLDS-532实训平台智能分拣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实训平台智能分拣单元（二站）的组成与用途

如图6-29所示，DLDS-532实训平台的智能分拣单元（二站）主要由操作台、传输模块、钢珠灌装模块、电气控制模块和气源模块等组成。该单元可完成扫码识别（核验）、料盒传输、不同规格的钢珠（彩珠）灌装等功能。图6-29知识准备

2.DLDS-532实训平台智能分拣单元（二站）的主要工序流程

一般而言，智能分拣单元主要有图6-30所示的工序流程。（装有料芯的）料盒瓶体从自动供料单元（一站）被输送至智能分拣单元（二站），到达传输模块的传输带（二站传输带）初始位置。图6-30知识准备（1）物料输送流程

二站传输带起动并正转，将物料向钢珠灌装模块方向输送。如果工序要求进行钢珠灌装，则物料到达对应的挡料位置前，挡料机构旋转挡停物料，钢珠灌装模块进行对应小/大钢珠的灌装，完成灌装后挡料机构复位，放物料继续输送;如果工序不要求进行钢珠灌装，则物料直接通过挡料位置。最终，物料被输送出站，进入智能仓储单元（三站）范围，后接智能仓储单元所对应的各工序流程。（2）小钢珠灌装流程

输送过程中，在物料到达对应的挡料位置前，传输模块中的小钢珠挡料气缸转动，到达挡料位置并挡停物料。小钢珠推料气缸推出，小钢珠料仓中的钢珠逐个落入推料气缸通孔，并落于下方承载板之上。小钢珠推料气缸复位，带动此前落入的钢珠移动并落入承载板通孔，最终钢珠落于下方料盒瓶体中。如此往复，直至完成给定数量的小钢珠灌装流程。完成后，小钢珠挡料气缸复位，传输带继续带动物料向智能仓储单元（三站）方向运动。知识准备（3）大钢珠灌装流程

输送过程中，在物料到达对应的挡料位置前，传输模块中的大钢珠挡停气缸转动，到达挡料位置并挡停物料。大钢珠推料气缸推出，大钢珠料仓中的钢珠逐个落入推料气缸通孔，并落于下方承载板之上。大钢珠推料气缸复位，带动此前落入的钢珠移动并落入承载板通孔，最终钢珠落于下方料盒瓶体中。如此往复，直至完成给定数量的大钢珠灌装流程。完成后，大钢珠挡停气缸复位，传输带继续带动物料向智能仓储单元（三站）方向运动。

在本任务中，将实现所有上述工序流程的虚拟仿真，并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、.智能分拣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）实战环境中的智能分拣单元建模1）为智能分拣单元中的料盒（装有料芯）、各运动机构创建刚体（见表6-1），并为料盒与料芯刚体创建对象源。任务实施序号刚体对应实体或机构所属模块或所在位置参考任务1料盒瓶体传输模块初始位置上方项目5任务12料盒瓶体内料芯料盒瓶体内3小钢珠挡料气缸传输模块项目6任务14大钢珠挡料气缸5小钢珠钢珠灌装模块小钢珠料仓项目6任务26大钢珠钢珠灌装模块大钢珠料仓7小钢珠推料气缸钢珠灌装模块8大钢珠推料气缸表6-1任务实施2）为智能分拣单元中涉及碰撞的可动或不可动部分创建碰撞体，见表6-2。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，故不在表中列出。任务实施表6-2序号碰撞体对应实体碰撞体类型参考任务1料盒瓶体（底座）方块项目5任务12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（外表面）多个凸多面体/方块7小钢珠（外表面）球体项目6任务28大钢珠（外表面）球体9传输模块（内侧挡板）多个凸多面体项目6任务110小钢珠挡料气缸（内侧即挡料侧表面）多个凸多面体11大钢珠挡料气缸（内侧即挡料侧表面）多个凸多面体12小钢珠料仓通孔（上、下）孔项目6任务213小钢珠推料气缸（上表面）网格/方块14小钢珠推料气缸（通孔）孔15小钢珠推料气缸下方承载板（上表面）网格/方块16小钢珠推料气缸下方承载板（通孔）孔17大钢珠料仓通孔（上、下）孔18大钢珠推料气缸（上表面）网格/方块19大钢珠推料气缸（通孔）孔20大钢珠推料气缸下方承载板（上表面）网格/方块21大钢珠推料气缸下方承载板（通孔）孔任务实施表6-33）为智能分拣单元中的各运动机构，即大/小钢珠推料气缸、大/小钢珠挡料气缸建立运动副，见表6-3。序号连接体（基本体）对应刚体运动副类型指定轴矢量参考任务1小钢珠挡料气缸铰链副ZC轴项目6任务12大钢珠挡料气缸3小钢珠推料气缸滑动副XC轴项目6任务24大钢珠推料气缸任务实施4）按照设备实际布局，在小钢珠挡停气缸与大钢珠挡停气缸的前方创建碰撞传感器以检测物料是否已运动到挡料位置前。5）为智能分拣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）。（2）实战环境中的智能分拣单元信号配置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6-4。任务实施表6-4序号（类型）对象对象类型参数1（机电对象参数）小钢珠挡料气缸铰链副角度2（机电对象参数）大钢珠挡料气缸

3（机电对象参数）小钢珠挡料位置传感器碰撞传感器是否触发4（机电对象参数）大钢珠挡料位置传感器

序号（类型）名称数据类型（输入/输出）初始值1（信号）是否灌装小钢珠bool（输入）false2（信号）是否灌装大钢珠bool（输入）false3（信号）设定小钢珠数int（输入）-14（信号）设定大钢珠数int（输入）-15（信号）二站工序开始bool（输入）false6（信号）开始小钢珠落料bool（输入）false7（信号）小钢珠计数int（输入）08（信号）小钢珠落料完毕bool（输出）false9（信号）开始大钢珠落料bool（输入）false10（信号）大钢珠计数int（输入）011（信号）大钢珠落料完毕bool（输出）false12（信号）小钢珠挡料气缸角度double（输出）013（信号）大钢珠挡料气缸角度double（输出）014（信号）小钢珠挡料传感器bool（输出）false15（信号）大钢珠挡料传感器bool（输出）false任务实施图6-312）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6-31所示做法。任务实施二、智能分拣单元工序流程的虚拟调试（1）实战环境中的智能分拣单元MCD仿真调试

按照智能分拣单元主要工序流程，建立并设置对应的仿真序列，如图6-32~图6-35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。

任务实施图6-32图6-33图6-34图6-35

任务实施

（2）实战环境中的智能分拣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6-36所示。图6-36

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、IO域等，如图6-37所示，并对其进行合理设置。图6-37

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6-38、图6-39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6-38图6-39

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，选择是否要进行大/小钢珠灌装流程（如果是，则输入需要灌装的大/小钢珠数目），并单击“二站工序开始”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物料输送流程的实现能在虚拟HMI中启动二站工序，在传输模块初始位置上方生成料盒瓶体，通过传输模块传输带（二站传输带）将料盒瓶体向智能仓储单元（三站）方向输送，且料盒瓶体能与模块中各碰撞体正确交互40如果在启动二站工序前，选择进行小钢珠灌装流程，小钢珠挡料气缸能在物料即将到达挡料位置时将物料挡停，并在小钢珠灌装流程结束后复位放行，使物料输送流程继续如果在启动二站工序前，选择进行大钢珠灌装流程，大钢珠挡料气缸能在物料即将到达挡料位置时将物料挡停，并在大钢珠灌装流程结束后复位放行，使物料输送流程继续能在虚拟HMI上正确显示大/小钢珠挡料气缸角度能在运行时察看器中，控制大钢珠推料气缸缩回，将已落至气缸下方承载板上的大钢珠推至通孔处落下，落至大钢珠灌装机构下方的料盒瓶体之中（假设料盒瓶体已到位）任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分2小钢珠灌装流程的实现能在小钢珠灌装流程开始后，自动逐个生成小钢珠，且小钢珠能与模块中各碰撞体正确交互30小钢珠推料气缸能反复推出、缩回，使小钢珠逐个落入下方的料盒瓶体中能在虚拟HMI上正确显示目标小钢珠数目和已落小钢珠数目已落小钢珠数目达到目标小钢珠数目后，能够自动停止小钢珠落料任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分3大钢珠灌装流程的实现能在大钢珠灌装流程开始后，自动逐个生成大钢珠，且大钢珠能与模块中各碰撞体正确交互30大钢珠推料气缸能反复推出、缩回，使大钢珠逐个落入下方的料盒瓶体中能在虚拟HMI上正确显示目标大钢珠数目和已落大钢珠数目已落大钢珠数目达到目标大钢珠数目后，能够自动停止大钢珠落料任务评价与拓展