生产线数字化设计与仿真 课件 项目六 仿真控制与虚拟调试

项目六仿真控制与虚拟调试目录CONTENTS01物料搬运设置1020304物料搬运设置1风扇模型正反转1

风扇模型正反转205

拓展训练任务一物料搬运设置11、任务描述本任务以物料搬运设置演示仿真序列、握爪功能的设置过程。物料搬运模型由平台A、平台B、手指气缸、双轴气缸、无杆气缸及连接板组成,要求实现的仿真效果是,单击“播放”按钮,搬运手抓将物料从平台A搬运至平台B,并返回初始位置。物料搬运模型2、知识准备-仿真序列仿真序列可用于控制NXMCD中的任何对象,例如控制机电对象的活动性,位置控制中的位置、速度,传输面的速度等,还可用于完成整个设备的控制过程。仿真序列执行方式主要分为基于时间的顺序执行方式和基于对象的条件执行方式。①基于时间的顺序执行方式:通过设置时间或计算来完成流程,如通过设置气缸的伸出速度控制气缸运行的快慢。②基于对象的条件执行方式:通过满足选择对象的条件来执行控制流程,如通过碰撞传感器、距离传感器等被触发来控制流程。2、知识准备-仿真序列序号参数名称参数含义1类型设置创建仿真序列的类型：仿真序列、暂停仿真序列2机电对象指定连接件绕其旋转和平移的矢量方向3显示图标过滤图形窗口，仅显示所选机电对象的图标4持续时间当设置类型为仿真序列时，可以设置该仿真序列的持续时间3运行时参数列表在“运行时参数”列表中列出所选对象的所有可以修改的参数设置：勾选复选框代表可以修改此参数的值；名称：运行时参数名称；运算符：与、或、非等逻辑运算；值：参数的数值大小；单位：参数的值的单位；输入输出：定义该参数是否可以被MCD之外软件识别编辑参数选中参数复选框后，可以在运行时参数列表中的参数列表中指定该参数的值4条件列表当选择“选择条件对象”时，“条件”列表显示所有可用条件对象：条件对象的属性；参数：运行时参数名称；运算符：与、或、非等逻辑运算；值：参数的数值大小在

处右击，可添加条件，逻辑关系可选And或Or编辑条件参数选中条件复选框后，可以在列表中的参数列表中指定该参数的值选择条件对象当类型为“仿真序列”时，可以选择一个条件对象，该对象提供运行时参数以确定仿真序列的启动条件当类型为“暂停仿真序列”时，可以控制仿真序列的暂停5名称设置仿真序列的名称2、知识准备-手指握爪握爪能够实现夹具功能,通过设置“手指握爪”类型,可以实现物料的抓取和放置,在NXMCD中,被抓取的几何体必须设置为碰撞体才能被检测到。序号参数名称参数含义1基本体选择对象选择刚体与手指握爪连接2检测区域列表选择要用于定义检测区域的参数集指定方位指定检测区域的坐标点；高度、半径：设置检测区域的范围3对齐启动对齐使用对齐功能指定坐标系当选用对齐功能时，指定对齐坐标点4手指类型线性：手指作直线运动；旋转：手指作旋转运动手指列表选择手指体：选择一个刚体定义为手指；指定矢量：指定手指的移动方向；添加新手指：新增手指列表显示手指列表，并设置手指名称设置初始位置：开始仿真时，手指的最初位置；最大位置：启动握爪功能后，手指移动的位置；速度：手指移动的速度；移动预览：通过移动滑块查看手指的位置碰撞碰撞时停止握爪：勾选后，碰撞时夹爪停止；选择手指碰撞面：选择手指的接触面，当该面碰撞物料时，停止动作5名称设置握爪的名称3、任务实施任务分析要实现将物料从平台A搬运到平台B,需执行的流程是双轴气缸伸出→手指气缸夹紧→双轴气缸缩回→无杆气缸右移→双轴气缸伸出→手指气缸松开→双轴气缸缩回→无杆气缸左移。步骤1：设置基本机电对象、基本运动副及执行器打开“物料搬运模型.prt”,将连接板、手指气缸、双轴气缸、双轴气缸活塞、无杆气缸、物料等设置为刚体,将平台A、平台B与物料的接触表面设置为碰撞体,并按照物料的搬运过程,设置运动副和执行器。3、任务实施步骤2-3：设置握爪单击功能区“主页”下“机械选项卡”的“更多”命令，在下拉菜单的定制行为功能区选择“握爪”命令，在弹出的“握爪”对话框，“握爪”类型选择“手指握爪，“基本体”选中“手指气缸”，“检测区域”类型选择“中心点、半径和高度”，“指定方位”为“两手指中心位置”，“高度”设置为“2”，半径设置为“8”，在“手指”参数中，类型选择“线性”，添加两个新手指，“手指1”的“选择基本体”选择左手指组件，“指定矢量”选择“左手指内表面”，并设置“初始位置”为“0”，最大位置为“5.5”，速度设置为“100”，移动滑块预览左手指位置，“手指2”的“选择基本体”选择右手指组件，“指定矢量”选择“右手指内表面”，“初始位置”、“最大位置”、“速度”同“手指1”设置一致，勾选碰撞时停止握爪复选框，“选择手指碰撞面”设置为“右手指内表面”，将握爪命名为“手指握爪”，单击“确认”按钮。3、任务实施步骤4-6：设置仿真序列单击功能区“自动化菜单栏”的仿真序列命令，在弹出的“仿真序列”对话框中，在“机电对象”参数中选择机电导航器的传感器和执行器“双轴气缸控制”，勾选“运行时参数”列表中的“位置”复选框，设置位置值为“70”，持续时间根据位置和速度自动生成，将仿真序列命名为“双轴气缸伸出”，单击“确认”按钮。根据上述方法，依次设置设置“手指气缸夹紧”仿真序列，设定手指气缸夹紧仿真序列，设定无杆气缸右移仿真序列，设定双轴气缸推出仿真序列，设定手指气缸松开仿真序列，设定双轴气缸缩回仿真序列，设定无杆气缸左移仿真序列，并在仿真序列编辑器中进行连接。3、任务实施步骤7：仿真演示单击主页“播放”按钮，观察仿真运动结果，并在序列编辑器中观察仿真序列进度。任务二物料搬运设置21、任务描述本任务通过物料搬运设置演示信号适配器的设置过程。物料搬运模型由平台A、平台B、手指气缸、双轴气缸、无杆气缸及连接板组成,且双轴气缸和无杆气缸通过单线圈电磁阀控制,手指气缸通过双线圈电磁阀控制,现要求在运行时察看器中依次设置控制信号,手动将物料从平台A搬运至平台B,并观察运行状态。物料搬运模型2、知识准备-信号适配器信号适配器可用于编写公式和创建多个信号,从而对机电对象进行行为控制,还可在机电导航器中自动创建信号对象。所创建的信号对象既可以在NXMCD平台内部使用,也可连接外部信号。序号参数名称参数含义1参数选择机电对象选择要添加到信号适配器的机电对象参数名称显示选定机电对象的参数，如速度、位置、滑动副等添加参数

将参数名称中选定的参数添加到参数列表中删除参数

删除参数列表中的参数移动参数

调整参数列表中参数的顺序参数列表显示参数的属性值，可以根据需要更改名称，其他属性为默认值2信号添加信号

将信号添加到信号列表中删除信号

删除信号列表中的信号移动信号

调整信号列表中信号的顺序信号列表名称：设置信号名称；数据类型：bool、string、int等；输入输出：输入到MCD平台的信号，从MCD平台输出的信号；初始值：设置信号的初值；量纲：速度、位移、加速度等3公式公式列表指派为：当参数列表的指派为复选框或者信号列表的指派为复选框被勾选后，被选中的参数或者信号就会出现在参数列表中。公式：为被选中的参数或者信号设置公式插入函数

为公式列表中的信号或者参数插入函数插入条件

为公式列表中的信号或者参数插入新的条件扩展文本输入

显示一个大文本框以编辑复杂的公式4名称设置信号适配器的名称3、任务实施任务分析要使物料从平台A移动到平台B，应控制双轴气缸、无杆气缸以及手指气缸动作，根据任务描述，需要设置双轴气缸控制信号，无杆气缸控制信号，手指气缸夹紧信号，手指气缸松开信号，控制流程为双轴气缸伸出→手指气缸夹紧→双轴气缸缩回→无杆气缸右移→迷你气缸伸出→手指气缸松开→迷你气缸缩回→无杆气缸左移。步骤2：设置双轴气缸控制信号步骤1：设置基本机电对象、基本运动副以及执行器该步骤同任务一的步骤1相同,设置过程视频请扫描二维码观看。在电气组件中单击“信号表”选项卡,选择“信号适配器”命令,弹出“信号适配器”对话框,在“选择机电对象”参数中选择传感器和执行器“双轴气缸控制”,设置“参数名称”为“位置”,单击“添加参数”图标,在参数列表中新增别名为“Parameter_1”的参数,将别名修改为“双轴气缸位置控制”。

单击“添加信号”图标,在信号列表中新增名称为“Signal_0”的信号,将名称修改为“双轴气缸控制信号”,将输入/输出类型修改为“输入”,初始值设为false。勾选参数列表中的“双轴气缸位置控制”前的“指派为”复选框,于是“双轴气缸位置控制”出现在公式列表中,选中公式列表中的“双轴气缸位置控制”行,单击“插入条件”图标,3、任务实施在弹出的“条件构建器”对话框中单击“确定”按钮,在随后弹出的“消息”对话框中再次单击“确定”按钮,在公式列表中输入“If(双轴气缸控制信号)Then(70)Else(0)”,将此信号适配器命名为“双轴气缸信号”,按键盘“Enter”键,单击“确定”按钮,完成双轴气缸控制信号设置。3、任务实施步骤3-5：设置信号适配器根据上述方法，依次设置双轴气缸伸出到位信号和双轴气缸缩回到位信号，手指气缸信号，无杆气缸信号。3、任务实施步骤6：仿真演示将“双轴气缸信号”、“手指气缸信号”、“无杆气缸信号”添加到运行时查看器，单击主页“播放”按钮，按照下图所示流程进行物料放置操作，观察物料搬运模型运行状态。任务三风扇模型正反转11、任务描述本任务使用PLCSIMAdv3.0软件作为数据映射媒介,通过风扇的正反转控制演示软件在环虚拟调试的设置过程。风扇模型由正转按钮、反转按钮、停止按钮、正转指示灯、反转指示灯及风扇组成。要求使用正转按钮、反转按钮、停止按钮控制风扇运行状态,同时在不同的运行状态中,相应的指示灯亮。风扇控制模型2、知识准备-软件在环虚拟调试软件在环虚拟调试是指在NXMCD软件环境下，不依赖实际硬件，通过虚拟PLC和MCD进行通信，完成模型的虚拟调试。其中在虚拟PLC编写被控对象的逻辑程序，在MCD软件中完成虚拟设备的机械设计和机电概念属性设计。（2）外部信号配置-PLCSIMADv通讯“外部信号配置”命令可以建立多种协议类型，以便使用外部信号实现联调仿真。支持的协议类型包括：MATLAB、OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、PROFINET、SHM、TCP、UDP、FUM、CMVM、以太网/IP。2、知识准备-PLCSIMAdv通讯序号参数名称参数含义1实例添加实例

选择PLCSIMAdv3.0或更新版本的实例刷新实例状态

刷新所选实例的连接状态删除实例

删除选定的实例实例列表显示所有在PLCSIMAdv中注册的PLC实例，从中选择所需的PLC实例。2实例信息更新选项区域：指定要搜索的标记类型，即PLC信号的存储位置仅HMI可见：选中，则过滤对HMI可见标记的搜索数据块过滤器：仅从用户定位的数据块中搜索标记，未指定从所有数据块中搜索。更新标记更新特定实例并在标记列表中显示标记信息标记对标记进行操作3同步循环设置MCD信号与PLCSIMAdv信号同步的属性2、知识准备-信号映射使用信号映射命令将MCD信号与外部信号进行一一对应，映射过程可采用手动或者自动映射，并能指定需要映射的MCD信号和外部信号类型。2、知识准备-信号映射序号参数名称参数含义1外部信号类型类型选择要映射的外部信号类型，包括MATLAB、OPCUA、PLCSIMAdv、TCP等PLCSIMAdv实例根据所选外部信号类型不同，出现对应的名称和选择列表设置打开“外部信号配置”对话框并创建新的配置2信号范围根据所选范围选择信号查找根据在文本框输入的文本以及“大小写匹配”、“整词匹配”选项设置，搜索MCD信号或外部信号MCD信号显示在MCD平台中创建的内部信号名称、适配器名称、I/O类型、数据类型等外部信号显示所有可选的外部信号的名称、I/O类型、数据类型、映射计数、路径映射信号

将选定的MCD信号和外部信号，进行映射执行自动映射将具有相同名称的MCD信号和外部信号，进行自动映射3映射的信号映射的信号列表显示MCD信号和外部信号之间建立的连接，包括以下信息：连接名称、MCD信号名称、方向、外部信号名称、所有者组件、消息检查N->1映射确定只有一个信号映射到MCD输入信号断开映射

断开选择的映射信号3、任务实施（1）NXMCD环境配置步骤1：打开“风扇模型.prt”,将正转按钮、反转按钮、停止按钮、风扇等设置为刚体,将正转按钮、反转按钮、停止按钮设置为滑动副,同时为滑动副设置“弹簧阻尼器”约束,将正转指示灯、反转指示灯设置“显示更改器”属性,将风扇设置为铰链副和速度控制方式。3、任务实施（2）PLCSIMAdv3.0虚拟PLC配置步骤2：打开PLCSIMAdvanced3.0软件，在Instancename输入名称S7-1500,PLCtype选择UnspecifiedCPU1500，单击START，启动虚拟PLC后，PLC状态灯变成黄色或者绿色，IP地址为192.168.0.1，则启动成功。3、任务实施（3）PLC组态以及程序编写步骤3-8：打开TIAPortalV17，依次创建新项目，设置项目属性，添加新设备，打开允许远程PUT/GET通信访问，创建控制信号列表，创建控制程序。3、任务实施（3）NXMCD信号和虚拟PLC信号映射步骤9：外部信号配置。在NXMCD环境中，打开外部信号配置对话框，选择PLCSIMAdv选项卡，单击添加实例标识，选择正在运行的名称为S7-1500实例，这样实例列表中新增S7-1500。在实例信息中，单击更新标记，这样，标记列表中显示在PLC中建立的5个控制信号，勾选所有需要的信号，单击确定按钮。步骤10：信号映射。在NXMCD环境中，打开信号映射对话框，修改外部信号类型为PLCSIMAdv，外部信号列表显示PLC中建立的5个信号，单击“执行自动映射”按钮。当MCD信号和外部信号名称不一致时，需要对其进行逐一映射匹配。执行完映射后，在映射的信号列表中显示MCD信号和外部信号的映射关系。单击“确定”按钮。3、任务实施（3）NXMCD信号和虚拟PLC信号映射3、任务实施步骤11：仿真演示单击主页“播放”按钮，运行仿真，按下正转、停止、反转按钮后，观察风扇运行状态，同时观察也TIAPortal软件中信号的变化情况，任务四风扇模型正反转21、任务描述本任务使用S7-1200型PLC实物作为控制器,以OPCUA通信方式作为数据映射媒介,通过PLC控制风扇模型演示硬件在环虚拟调试的设置过程。现要求使用正转按钮、反转按钮、停止按钮控制风扇运行状态,同时在不同的运行状态中,相应的指示灯亮。冰壶模型风扇控制模型2、知识准备-硬件在环虚拟调试硬件在环虚拟调试是一种将真实硬件与虚拟仿真环境相结合,用于对机电一体化系统进行调试和验证的技术。其操作过程是,将PLC程序下载到真实PLC设备中,在NXMCD环境中进行虚拟设备的机械设计和机电概念的属性设计,并通过通信协议使真实PLC和NXMCD进行数据交互,从而实现虚拟模型对实际设备运动状态的模拟。（1）使用软件：TIAPOTALV17+NX2022PLC硬件版本：S7-12001215DCDCDC（序列号：6ES7215-1AG40-0XB0），版本V4.5（2）调试步骤：NXMCD环境配置，PLC组态，OPCUA通讯设置，NXMCD信号和PLC信号映射。2、知识准备-外部信号配置硬件在环虚拟调试使用OPCUA通信协议，OPCUA全称是OpenPlatformCommunicationsUnifiedArchitecture，是一种开放性生产控制和统一架构，它是一种独立于厂商的通信协议。2、知识准备-外部信号配置序号参数名称参数含义1服务器信息添加新服务器

添加MCD用于访问OPCUA服务器端点的网络地址，可以使用默认端口（opc.tcp://）,手动指定新端口和节点名称注意，首次添加服务器或更改证书时，会打开“新建应用程序实例证书”对话框刷新服务器状态

刷新所选OPCUA服务器的状态删除服务器

删除已有的服务器打开证书位置

浏览并选择安全证书以启用受密码保护的外部软件接口服务器信息表从可用OPCUA服务器和端点的列表中选择OPCUA服务器表中的“状态”列显示连接的用户的授权状态2订阅创建订阅列表创建订阅并将其添加到订阅列表中订阅列表控制优先处理哪些时间敏感信号3标记查找在文本框中输入文本搜索标记表显示访问类型根据选择的内存访问类型过滤标记表显示数据类型根据发送的数据类型过滤标记表全选选中，则选择标记表中的所有标记标记列表显示服务器中可用信号并选择要映射的信号3、任务实施（1）NXMCD环境配置步骤1：该步骤同任务三的步骤1相同，设置过程请参考二维码。（2）PLC组态及程序编写步骤2-5：在西门子博图软件中，依次添加新设备，设置PLC安全，打开允许远程PUT/GET通信访问，创建控制信号及程序。3、任务实施（3）OPCUA通讯设置步骤6-9：依次在激活OPCUA服务器，添加运行系统许可证，新建服务器接口、设置IP地址。3、任务实施（4）NXMCD信号和OPCUA信号映射步骤10：设定OPCUA服务器地址。在NXMCD环境中，打开“外部信号配置”对话框，选择OPCUA选项卡，单击添加新服务器，在弹出的“OPCUA服务器”对话框中，端点URL输入PLC的服务器地址，地址需要PLC的OPCUA服务器地址一致，输入完成后，按下键盘“Enter”，单击“None-None”,再单击