工业数字孪生项目7任务4 智能仓储单元仿真与虚拟调试实战

项目7智能仓储单元

工业数字孪生实战任务4智能仓储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实训平台智能仓储单元（三站）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仓储单元各模块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实训平台智能仓储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实训平台智能仓储单元（三站）的组成与用途

如图7-69所示，DLDS-532实训平台的智能仓储单元（三站）主要由操作台、滑台搬运模块、智能视觉模块、检测分拣模块、称重模块、盒盖装配模块、伺服搬运机械手模块、九宫格仓储模块、电气控制模块、气源处理模块等组成。该单元可完成材质检测、视觉检测、称重检测、盒盖装配、RFID信息标识、扫码识别（核验）、搬运入库等功能。图7-69知识准备2.DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）的主要工序流程

一般而言，智能仓储单元主要有图7-70所示的工序流程。（装有料芯、钢珠的）料盒瓶体自智能分拣单元（二站）被输送至智能仓储单元（三站），到达检测分拣模块的传输带（三站传输带）初始位置。图7-70知识准备（1）检测分拣与物料输送流程

三站传输带起动并正转，将物料向九宫格仓储模块方向输送。如果工序要求将物料输往废料仓1，则在物料到达对应的挡料位置前，废料挡料气缸推出并挡停物料，废料推料气缸推出将物料推入废料仓1，三站工序流程结束。如果要求将物料输往其他目的地，则在物料到达对应的挡料位置前，合格品取料定位气缸推出并挡停物料，三站传输带停止运转，合格品取料定位气缸复位，滑台搬运模块中的各气缸配合工作，将物料搬运至称重位置。（2）称重与盒盖装配流程

称重模块中的称重气缸在物料到位后顶升，模拟对物料进行称重检测的流程，随后复位。盒盖装配模块推出、吸附并搬运盒盖料仓内的待装配盒盖，并将其装配到称重位置的料盒瓶体上。（3）仓储入库流程

伺服搬运机械手模块从称重位置抓取物料，按照工序要求将其输送到所选最终存储区（即九宫格仓储模块中的A~I号库位其中之一或废料仓2）后释放。至此，智能仓储单元的主要工序流程全部完成。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、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、智能仓储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）实战环境中的智能仓储单元建模1）为智能仓储单元中的物料、各运动机构创建刚体（见表7-1），并为料盒与料芯刚体创建对象源。为了简化建模流程，在此只以一个空料盒瓶体作为待分拣、传输、搬运和入库的物料。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料盒瓶体检测分拣模块初始位置上方任务1、2、32盒盖盒盖装配模块盒盖料仓上方任务23废料推料气缸检测分拣模块任务14废料挡料气缸5合格品取料定位气缸6滑动气缸滑台搬运模块7伸缩气缸8称重气缸称重模块任务29盒盖推料气缸盒盖装配模块10伸缩气缸11升降气缸12X轴伺服伺服搬运机械手模块任务313Y轴伺服14升降气缸15伸缩气缸表7-1任务实施2）为智能仓储单元中涉及碰撞的可动或不可动部分创建碰撞体，见表7-2。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7-2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）方块任务1、2.32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盒盖（外表面）多个凸多面体任务27传输带（两侧挡板内侧表面）多个凸多面体任务18废料推料气缸（挡料推料表面）多个凸多面体9废料挡料气缸（挡料表面）多个凸多面体10合格品取料定位气缸（挡料表面）多个凸多面体11废料仓1（内侧表面）多个凸多面体12称重气缸（上表面）凸多面体任务213称重位置承载面网格14称重模块其他各承载面多个凸多面体15称重模块各挡板（内侧表面）多个凸多面体16盒盖推料气缸（上表面、前侧表面）多个凸多面体17盒盖料仓（底、侧内表面）多个凸多面体18盒盖吸附位置（承载面、挡板内侧表面）多个凸多面体19RFID（承载面）凸多面体任务320平面库位（承载面）多个凸多面体21废料仓2（内侧表面）多个凸多面体任务实施3）为智能仓储单元中的各运动机构，即废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸、滑台搬运模块滑动气缸、滑台搬运模块伸缩气缸（含夹爪）、盒盖推料气缸、盒盖装配模块伸缩气缸、盒盖装配模块升降气缸（含吸盘）、称重气缸、X轴伺服、Y轴伺服、三维线性搬运升降气缸和三维线性搬运伸缩气缸（含机械手）建立运动副，见表7-3。任务实施表7-3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废料推料气缸滑动副XC轴任务12废料挡料气缸XC轴3合格品取料定位气缸XC轴4滑台搬运滑动气缸YC轴5滑台搬运伸缩气缸（滑台搬运滑动气缸）-XC轴6盒盖推料气缸YC轴任务27盒盖装配伸缩气缸XC轴8盒盖装配升降气缸（盒盖装配伸缩气缸）-ZC轴9称重气缸ZC轴10Y轴伺服-YC轴任务311X轴伺服（Y轴伺服）XC轴12三维线性搬运升降气缸（X轴伺服）-ZC轴13三维线性搬运伸缩气缸（三维线性搬运升降气缸）-YC轴任务实施4）按照设备实际布局，在视觉检测位置与滑台搬运模块取料位置创建碰撞传感器，以检测物料是否已运动到相应的挡料位置前。5）为智能仓储单元中的各运动副与传输带建立执行器（即位置控制与传输面）。6）为智能仓储单元中的盒盖真空吸盘建立与设置吸盘，为滑台搬运模块夹爪与伺服搬运机械手建立与设置手指握爪。

任务实施

（2）实战环境中的智能仓储单元信号配置1）参考此前各任务，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7-4。2）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7-71所示做法。图7-71任务实施表7-4序号（类型）对象对象类型参数1（机电对象参数）X轴伺服滑动副位置2（机电对象参数）X轴伺服

速度3（机电对象参数）Y轴伺服

位置4（机电对象参数）Y轴伺服

速度5（机电对象参数）视觉检测位置传感器碰撞传感器是否触发6（机电对象参数）滑台搬运取料位置传感器

是否触发

序号（类型）名称数据类型（输入/输出）初始值1（信号）最终储存区int（输入）02（信号）是否装配盒盖bool（输入）false3（信号）三站工序开始bool（输入）false4（信号）三站工序int（输出）05（信号）X轴实时位置double（输出）06（信号）X轴实时速度double（输出）07（信号）Y轴实时位置double（输出）08（信号）Y轴实时速度double（输出）0任务实施

2.智能仓储单元工序流程的虚拟调试（1）实战环境中的智能仓储单元MCD仿真调试

按照智能仓储单元主要工序流程，建立并设置对应的仿真序列，如图7-72~图7-77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7-72图7-73图7-74任务实施图7-75图7-76图7-77

任务实施（2）实战环境中的智能仓储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7-78所示。图7-78

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7-79、图7-80所示，并对其进行合理设置。图7-79图7-80

任务实施3）使用NXMCD、博途、PLCSIMAdvanced软件完成软件在环虚拟调试所需的外部信号配置与信号映射设置，如图7-81、图7-82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。

任务实施图7-81图7-82

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，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，选择是否要进行盒盖装配流程（如果是，则选择对应库位），并单击“三站工序开始”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检测分拣与物料输送流程的实现能在虚拟HMI中启动三站工序，在检测分拣模块初始位置上方生成料盒瓶体，通过检测分拣模块传输带三站传输带）将料盒瓶体向九宫格仓储模块方向输送，且料盒瓶体能与模块中各碰撞体正确交互30如果选择废料仓1作为物料的最终存储区，能通过检测分拣模块中的各机构配合，将物料挡停后推入废料仓1，并将各机构复位如果不选择废料仓1作为物料的最终存储区，能通过检测分拣模块中的合格品取料定位气缸将物料挡停，使传输带停止运行，合格品取料定位气缸缩回，并通过滑台搬运模块各机构配合将物料输送至称重位置，将各机构复位任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分2称重与盒盖装配流程的实现物料到达称重位置且滑台搬运模块夹爪离开后，能通过称重气缸顶升、保持、复位，模拟称重检测流程30如果在启动三站工序前，选择进行盒盖装配，能在盒盖料仓上方生成待装配盒盖，并通过盒盖装配模块中的各机构配合，将其装配到称重位置上的料盒瓶体上3仓储入库流程的实现能通过伺服搬运机械手模块中的各机构配合，将称重位置上的物料抓起，即完成取料子工序40能通过伺服搬运机械手模块中的各机构配合，将称重位置上的物料运送至所选的最终存储区（A-1号库位其中之一或废料仓2）上方，即完成送料子工序能通过伺服搬运机械手模块中的各机构配合，将运送到位的物料落下，且物料与库位承载面或任务评价与拓展1.库位物料检测功能的仿真实现

在完成