《生产线数字化设计与仿真》课件-第8章流水灯虚拟调试项目

生产线数字化设计与仿真NXMCD第8章

流水灯虚拟调试项目

8目录CONTENTS8.1流水灯虚拟调试项目概述8.2项目一：流水灯全回路虚拟调试8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序8.4小结8.1流水灯虚拟调试项目概述本章完成流水灯

虚拟调试综合项目，分为两个子项目。（1）子项目一：“流水灯”全回路虚拟调试项目该项目是一个综合项目，学习重点在于虚拟调试全闭环操作，包含从NXMCD三维建模到PLC编程、信号连接与虚拟调试等全过程的每个环节上，期望能够让学员在虚拟调试回路的所有技能点上都得到提升，在该子项目中，PLC程序是手工编写的。（2）子项目二：基于仿真序列的“流水灯”PLC程序自动生成与调试项目该子项目的学习重点在于利用NXMCD仿真序列自动生成PLC程序，即：从NXMCD序列编辑器中导出PLCOpenXML文件，再把该文件导入到STEP7软件中，经过处理生成S300的PLC顺序功能程序，再经过修改并导入到博图TIA的项目中，最后在博图TIA中，完成PLC程序从S300到S7-1500的移植，最终转换为TIA平台下S7-1500的PLC梯形图程序。该部分用PLCSIMAdvanced进行虚拟调试，通过博图TIA对数据的监控与修改来了解PLC程序与NXMCD模型之间信息交换的动作控制关系。8.2项目一：流水灯全回路虚拟调试8.2.1流水灯项目简介

1、功能简介

综合应用PLC编程与NXMCD虚拟调试技术，完成一个“流水灯”控制项目。主要内容包括：NX三维建模设计、NXMCD运动模型设计与连接信号、PLC编程编制与下载等。该项目使用的虚拟调试方式是“TIA+PLCSIM+NETtoPLCSIM+KEPServerEX”调试，主要内容涉及TIA中PLC

组态与编程、PLCSIM与NetTopPLCsim的连接、NetTopPLCsim与KEPServerEX的连接、KEPServerEX与NXMCD的连接等技术。目标在于通过完成这个项目，能够比较完整地掌握PLC编程控制与NXMCD虚拟设备运动的调试技术。8.2项目一：流水灯全回路虚拟调试8.2.1流水灯项目简介

1、功能简介“流水灯”项目的功能进程描述如图所示：

工作过程为：按照时间顺序，首先点亮1号灯，等待1秒钟后再熄灭1号灯，点亮

下一盏2号灯，等待1秒后再熄灭2号灯。如此下去，直到第4盏等熄灭，然后同时点亮全部4盏灯，停留1秒钟后，再全部熄灭所有灯，再停留1秒钟，从而完成以此循环。如此往复，实现“流水灯”的工作流程。8.2项目一：流水灯全回路虚拟调试8.2.1流水灯项目简介

创建过程简介1）创建各个部件的三维模型；2）创建机电一体化概念设计NXMCD运动模型；3）运动模型NXMCD建立完毕后，创建仿真的操作过程如下：以“管理员身份运行”启动NETtoPLCSIM；然后，运行TIA博图建立PLC程序，并下载到PLCSIM中；在NETtoPLCSIM添加一个PLCSIM的连接；设置KEPServerEX信号的连接；设置NXMCD的信号连接；运行PLCSIM中的程序，控制流水灯作业。8.2项目一：流水灯全回路虚拟调试8.2.2建立各个部件的三维建模1、部件三维建模简介

项目中的三维模型主要是指灯泡的模型，包括灯泡的“连接基座”（以下简称“基座”）和“灯泡体”（以下简称“灯体”）两个部分。“基座”与“灯体”的模型分别如图所示。“基座”与“灯体”的三维模型建立完毕之后，需要建立一个“装配模型”如图所示。8.2.2建立各个部件的三维建模2、创建各部件的三维建模（1）创建基座模型1）参考所给尺寸，画出草图；执行旋转操作，出现图所示的几何体。2）建立“基准轴”，轴心即为圆柱的中心线。然后以此“基准轴”为矢量，建立一个螺旋线，参数设置如图所示：3）如图所示，在螺旋线的端点处建立一个“参考平面”，垂直于端点螺旋线的发向方向，并在该参考面上，以螺旋线的端点为圆心，画出一个直径为2.5mm的圆。4）如图所示，执行“沿引导线扫掠”操作，“截面”组中“选择曲线”为直径为2.5mm的圆，“引导”组中“选择曲线”为螺旋线，“布尔”操作为“减去”。8.2.2建立各个部件的三维建模2、创建各部件的三维建模（1）创建基座模型5）建立草图，尺寸参考图示：长度21.8mm，夹角63度。然后执行“旋转”操作，在上表面上，画出一直径36mm圆的草图，拉伸该草图，执行“相减”布尔操作，“选择体”选中上述草图的“拉伸体”，然后再次拉伸该草图，执行“相减”布尔操作，“选择体”选中基座主体部分，结果如图所示。6）最后，隐藏草图、坐标系等相关特征，完成“基座”的三维建模。8.2.2建立各个部件的三维建模2、创建各部件的三维建模（2）创建灯体模型1）参考图所示尺寸，建立“灯体”模型草图；2）旋转该草图，就生成了“灯体”如图所示。8.2.2建立各个部件的三维建模2、创建各部件的三维建模（3）创建装配模型1）如图所示，新建文件，选择装配。打开文件，选择创建的“基座”与“灯体”三维模型文件，并把它们加入到列表中。2）如图所示，在列表中选中这两个文件，点击“确定”，加入到装配环境中。此时两个组件在空间上重叠在一起，需要移开：移动其中一个组件即可。3）如图所示，建立两个组件之间的约束，完成装配。8.2.3机电一体化概念设计测试模型1、建立NXMCD运动模型（1）建立装配模型1）打开NX软件，新建装配体。2）如图所示，选择已经建立的装配文件“_asm1”，点击“确定”，在弹出的窗口中，再次点击“确定”。3）在菜单“_asm1”处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“复制”。然后，在上一级菜单处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“粘贴”，“粘贴”操作之后的结果如图所示，“_sam1”变成了2个。4）按照同样的操作，使NXMCD环境中的灯泡个数为4。5）在选项卡“建模”中的工具栏项，点击“移动组件”。然后把灯泡设为“选择组件”，再点击“指定方位”，沿不同坐标轴拖动、旋转，改变组件的位置，最终布局如图所示。8.2.3机电一体化概念设计测试模型1、建立NXMCD运动模型（2）建立NXMCD系统模型1）如图所示，在NXMCD环境中，分别建立刚体、固定副、显示更改器。2）如图所示，在“显示更改器”中设置“DC_1”的颜色为绿色。3）按照相同操作，依次设置“显示更改器”DC_2、DC_3、DC_4的颜色分别为蓝色、黄色、红色。再如图所示，分别为4个“显示更改器”添加对应的布尔型变量：blue、green、red、yellow。8.2.3机电一体化概念设计测试模型1、建立NXMCD运动模型（2）建立NXMCD系统模型4）在“序列编辑器”中添加8个仿真序列，其中，第1-2个仿真序列是对显示更改器DC_1的操作，其设置如图所示。以此类推，第3-8个仿真序列见课本所述。8.2.3机电一体化概念设计测试模型2、虚拟调试参考第7章内容，设置为TIA+PLCSIM+NETtoPLCSIM+KEPServerEX调试方式，实现TIA组态与编程、PLCSIM与NetTopPLCsim的连接、NetTopPLCsim与KEPServerEX的连接、KEPServerEX与NXMCD的连接等的连接设置。（2）编写流水灯PLC程序

在PLC程序中，点亮“红灯”、“黄灯”、“蓝灯”、“绿灯”的变量类型均为布尔型，分别对应着PLCSIM的Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3。在程序中，设置了一个“启动”信号，对应着M9.0，在仿真过程中，强制把该信号置“1”就开始运行仿真程序。打开博图TIA，编写流水灯的PLC程序，程序可参考课本图示：（1）打开NetTopPLCsim软件

以管理员身份运行NETtoPLCSIM。然后再开始打开博图软件编写PLC程序。（3）启动仿真PLCSIM如图所示，在博图中启动PLCSIM。然后把PLC程序下载到PLCSIM中。8.2.3机电一体化概念设计测试模型2、虚拟调试（4）建立NETtoPLCSIM连接1）在图中，点击“Add”，弹出对话框。2）如图所示，在“NetworkIPAddress”栏，配置IP，点击编辑框右边按钮，弹出可用的IP地址，这里选择了本地电脑的无线网卡地址（192.168.164.3）。3）然后，再配置PLCSIM的IP地址，这里选用博图TIA中对PLC的组态地址（192.168.0.1）。配置完之后的画面如图所示。4）点击“StartServer”按钮，即可启动与PLCSIM的连接服务。此时，图中Networkaddress变为192.168.164.3，完成“NETtoPLCSIM”的配置操作。8.2.3机电一体化概念设计测试模型2、虚拟调试（5）虚拟调试KEPServerEX设置1）设置KEPServerEX，详细步骤参考第7章，该项目的设置参看图：2）建立的通道为“plctomcd”，通道设备为“流水灯

”，设备下的信号标记分别为“红灯”、“黄灯”、“蓝灯”、“绿灯”，类型均为布尔型，对应着PLCSIM的Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3，也需要等待与NXMCD中的red、yellow、blue、green等信号连接。

走马灯？下面有很多，就不一一标注了。注意图中也有涉及，如图中左侧项目树中。3）如图所示，执行“OPCQuickClient”。4）在弹出的图所示对话框左侧选择“plctoNXMCD流水灯”，右侧出现对应的信号以供调试阶段查看。8.2.3机电一体化概念设计测试模型2、虚拟调试（6）设置NXMCD信号连接1）如图所示，在NXMCD中建立“外部信号连接”；2）如图所示，点击添加新服务器，选择Kepware.KEPServerEX.V63）选中Kepware.KEPServerEX.V6并确认，如图所示在下方出现的菜单中找到在KEPServerEX6软件中所取的通道名字，这里的名字是plctoNXMCD；再找到设备名字，和标记名字，然后全勾上。8.2.3机电一体化概念设计测试模型2、虚拟调试（6）设置NXMCD信号连接4）如图所示，建立“信号映射”。在弹出的画面右上角选择opcua和kepware.kepserverEx6

。操作步骤如下：A）设置“red→红灯”，点击中间的信号映射；B）设置“yellow→黄灯”，点击中间的信号映射；C）设置“blue→蓝灯”，点击中间的信号映射；D）设置“green→绿灯”，点击中间的信号映射。一共四条信号映射如图所示：5）如图所示所示，点击播放即可启动NXMCD的运行。NXMCD启动之后，还需要启动PLCSIM的PLC程序才能看到NXMCD中的运行结果。8.2.3机电一体化概念设计测试模型2、虚拟调试（7）运行PLCSIM中的PLC程序

打开博图软件，转至在线，并打开监测，然后将“启动”常开强制置位为1（注意：置1后应马上再置零），运行结果如图所示。可以看到，流水灯依次“点亮→熄灭”，最后两次“全亮→熄灭”，完成一次循环。然后就进入下一次循环，如此往复。8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试1、项目简介上述PLC程序是依靠编程人员手动编制的，在实践中，也可以在NXMCD模型中通过时间序列自动生成基于PLC程序。其内容分四个部分：1）NXMCD模型的信号与基于该信号配置的时间序列编制；2）时间序列导出PLCOpenXML文件，再在Step7中导入该文件自动生成PLC的顺序功能图程序；3）把该PLC程序移植到博图TIA中，生成S7-1500的PLC程序，并下载到S7-PLCSIMAdvanced中；4）建立NXMCD与S7-PLCSIMAdvanced的信号连接，仿真运行。8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试2、NXMCD模型配置与仿真序列设置（1）项目信号设置1）如图所示，建立运行时参数RP_1，设置5个布尔型变量：bStart、bREd、bYellow、bBlue和bGreen；2）如图所示，建立运行时表达式，选择对象为“显示更改器”实例DC_1（红灯）的执行模式，填入表达式名称为RedOnce_1，在公式栏填入“1”，代表启动红灯，让其工作；3）如图所示，建立运行时表达式，设置要赋值参数的“选择对象”为显示更改器DC_1的颜色，设置输入参数的“选择对象”为运行时参数RP_1的布尔型变量bRed，设置表达式名称为RedLight_1，公式为：ifbRedthen186else72其含义是：如果bRed为true，那么就更改红灯颜色，让红灯亮；若不为true，就更改颜色，让红灯灭。4）按照同样的操作，分别建立：黄灯（值为6）显示更改器DC_2的运行时表达式为：YellowOnce_1、YellowLight_1；蓝灯（值为211）显示更改器DC_3的运行时表达式为：BlueOnce_1、BlueLight_1；绿灯亮（值为36），显示更改器DC_4的运行时表达式为：GreenOnce_1、GreenLight_1，最终如图所示；8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试2、NXMCD模型配置与仿真序列设置（2）仿真序列设置1）建立红灯动作的仿真序列如图所示，建立红灯动作的仿真序列，选择对象为运行时参数RP_1的布尔型变量bRed=true，设置“选择条件对象”为运行时参数RP_1的布尔型变量bStart=true；设置持续时间为1秒，命名该操作为Red_Operation，其含义是：如果bStart为true，就让bRed=true，红灯亮，持续时间为1秒。如图所示，建立仿真序列，选择对象为运行时参数RP_1的布尔型变量bRed=false；设置持续时间为1秒；不设置“选择条件对象”，命名为RedDelay，其含义是：该序列让bRed=false，红灯灭，持续时间为1秒；8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试2、NXMCD模型配置与仿真序列设置（2）仿真序列设置2）建立黄灯动作的仿真序列图示序列YellowOperation：选择对象为运行时参数RP_1的布尔型变量bYellow=true，不用设置“选择条件对象”，设置持续时间为1秒，含义是：该序列让bYellow=true，黄灯亮，持续时间为1秒。如图序列，选择对象为运行时参数RP_1的布尔型变量bYellow=false；设置持续时间为1秒；不设置“选择条件对象”，命名为YellowDelay，其含义是：该序列让bYellow=false，黄灯灭，持续时间为1秒；3）按照上步操作，分别建立蓝灯的动作仿真序列BlueOperation和BlueDelay、绿灯的动作仿真序列GreenOperation和GreenDelay；8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试2、NXMCD模型配置与仿真序列设置（2）仿真序列设置4）建立所有灯都亮、所有灯都灭的动作仿真序列AllLightOperation、AllDelay，如图所示；5）把各个序列首尾相连，建立各个序列执行的时间顺序如图所示：6）如图所示，在序列编辑器处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“导出PLCOpenXML”，然后在弹出的对话框中给出文件目录和文件名，点击“确定”；经过上述操作，就会在指定的目录下生成一个PLCOpenXML文件。8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试3、生成PLC程序（1）在STEP7中生成PLC程序

可利用PLCOpenXML文件自动生成PLC的顺序功能图程序，操作步骤如下：1）打开STEP7软件，如图所示创建一个工程；依照下列图示步骤完成PLC组态，选择PLC为S300，CPU315，6ES7315-1AF01-0AB0，电源PS_307_10A；2）如图所示，导入PLCOpenXML文件；导入效果如图，查看并关闭该文件。3）如图所示，在NXMCD_DataBlock处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“OpenObject”，点击编译并保存后，关闭该窗口；8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试3、生成PLC程序（1）在STEP7中生成PLC程序

可利用PLCOpenXML文件自动生成PLC的顺序功能图程序，操作步骤如下：4）如图所示，在“NXMCD_SeqFunc”处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“OpenObject”；5）如图所示，通过点击左窗口的T4和T7，修改右边窗口的内容：修改S_RedOperation的“N”为“S”；修改“S_RedDelay”的“N”为“R”；6）依照同样操作，修改其它序列程序内容，结果如图所示：7）最后，点击“编译并保存”按钮后，关闭STEP7软件。8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试3、生成PLC程序（2）在博图TIA移植PLC程序

在博图TIA中，把STEP7（S300）中的程序移植到S7-1500中，操作步骤如下：1）如图所示，打开博图TIA软件，选择“移植项目”，在弹出的对话框中选择打开文件如图所示，点击“移植”按钮后，若出现警告提示信息，点击“确认”即可；2）移植完成后的画面如图所示。需要修改模块MCDInit、MCDSequence、DB64000、MCDData的属性；选中MCDInit，点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“属性”后，就出现对话框。修改MCDInit模块的属性，去除中间的一个0，由64001修改为6401后，点击按钮“确定”；3）依照同样操作，分别修改模块MCDSequence的属性“编号”为FB6400、模块DB64000属性“编号”为DB6400、模块MCDData的属性“编号”为DB6403；4）如图所示，选中“CPU315UnspecificCPUS7-300”后，编译组态；8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试3、生成PLC程序（2）在博图TIA移植PLC程序

在博图TIA中，把STEP7（S300）中的程序移植到S7-1500中，操作步骤如下：

组态编译之后，如图所示，选中组态CPU，点击鼠标右键，在弹出的对话框中选择“移植到S7-1500”，即可弹出对话框；

选择CPU1513-1PN,6ES7513-1AL01-0AB0后点击按钮“确定”，即可弹出提示信息，均点击“确定”即可；最后移植结果如图所示。5）如图所示，删除“OB1[OB1]”，在弹出的确认删除对话框中，点击“是”即可；6）如图所示，双击“添加模块”，添加一个新的PLC程序模块，语言选择LAD；

如图所示，拖动“MCDSequentialFunction[FB6400]”模块到新建的程序中，并选择该模块的背景数据块为DB64000[DB6400]；8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试3、生成PLC程序（2）在博图TIA移植PLC程序

在博图TIA中，把STEP7（S300）中的程序移植到S7-1500中，操作步骤如下：7）如图所示，选中“blobControl”，点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“属性”后，弹出对话框；勾选“块编译支持仿真”后，点击按钮“确定”；8）如图所示，选中“PLC_1[CPU1513_1PN]”后，点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“属性”后，弹出属性框，选择“常规→防护与安全→连接机制”，勾选“允许来自远方对象的PUT/GET通讯访问”后，点击“确定”；9）如图所示，打开并运行S7-PLCSIMAdvanced软件，在弹出的界面中建立一个实例“sss”后，点击“Start”启动按钮；10）如图所示，在博图TIA中编译并下载到PLCSIMAdvanced中，并转至在线，实时监视MCDData[DB6403]块的数据。8.3项目二：基于仿真序列的PLC程序生成与调试4、NXMCD与S7-PLCSIMAdvanced的信号连接建立NXMCD与S7-PLCSIMAdvanced信号连接的操作步骤如下：1）在NXMCD中添加信号，如图所示，勾选“连接运行时参数”，设