《智能制造生产线数字孪生建模与应用》课件汇 第6-10章 传感器-综合实例

传感器—碰撞传感器智能制造生产线数字孪生建模与应用01020304碰撞传感器的概念碰撞传感器的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍碰撞传感器是一种用于实时检测几何体之间接触或干涉的虚拟元件，通过触发信号传递物理交互状态，为机电系统行为逻辑提供动态反馈基础。其本质是通过几何空间关系判定，将机械碰撞事件转化为数字化响应。碰撞传感器可以用来收集对象，一般将碰撞传感器作为对象收集器的触发条件，除此之外，可扩展应用于动态计数、位置精准判定，或作为仿真流程的触发节点（如仿真序列的启停）、运行时表达式的逻辑条件，其多维度功能支撑了机电协同逻辑的灵活构建。碰撞传感器的概念碰撞传感器的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法碰撞传感器的创建参数含义任务实施碰撞传感器的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“传感器和执行器”→“新建”→“碰撞”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“传感器”→“碰撞”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“电气”栏→“碰撞传感器”。方法一方法二方法三关键参数碰撞传感器的概念碰撞传感器的创建参数含义任务实施类型：具有触发和交换两种类型，用来输出不同的碰撞事件。触发类型在检测到碰撞时输出true，其余情况为false；交换类型在检测到碰撞时传感器的输出状态翻转（如从关到开，或反之），并保持新状态直到下次碰撞。可以理解为，触发类型是一种瞬时脉冲，应用在需要即时反应的场景，而交换类型是一种持续状态，应用在状态交替的场景。选择对象：选择碰撞传感器所依附的几何体。碰撞形状：有方块、球、直线、圆柱四个选型。方块是指用最小的长方体包裹选择的对象，球是指用最小球体包裹选择对象，直线是指用直线表示传感器形状，圆柱是指用最小圆柱体包裹选择对象。类别：设置碰撞传感器类别的值，可以对碰撞体与碰撞传感器之间的关系进行管理，只有相同类别的碰撞体和碰撞传感器之间才会产生相互作用。碰撞时高亮显示：如果碰撞传感器和碰撞体接触产生相互作用时，碰撞传感器高亮。检测类型：具有系统、用户、两者三种类型。碰撞传感器对话框效果展示碰撞传感器的概念碰撞传感器的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听传感器—距离传感器智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304距离传感器的概念距离传感器的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍距离传感器是一种用于检测物体与传感器之间相对距离的虚拟元件，可以将检测到的距离转化为常数、电压或电流输出，并将数据反馈给控制系统，不同于碰撞传感器只是进行简单的干涉检测，距离传感器在感测点与最近的碰撞体之间进行精密的距离计算。距离传感器不仅可以用于检测距离，而且可以作为仿真序列执行的条件或者作为运行时表达式的参数等。距离传感器的概念距离传感器的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法距离传感器的创建参数含义任务实施距离传感器的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“传感器和执行器”→“新建”→“距离”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“传感器”→“距离”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“电气”栏→“碰撞传感器”下拉箭头→“距离传感器”。方法一方法二方法三关键参数距离传感器的概念距离传感器的创建参数含义任务实施选择对象：选择距离传感器所依附的刚体对象。指定点：是指距离传感器感测点，是测量距离的起点。指定矢量：是指测量的方向。开口角度：传感器能够检测到物体的最大角度范围（以感测点为中心向外的扇形区域）。范围：传感器能有效测量的最大距离，范围与开口角度共同决定传感器的检测空间体积。仿真过程中显示距离传感器：当距离传感器在仿真中检测到物体时，其自身或探测区域会高亮或变化颜色，以提供直观的视觉反馈。比例：用于设置输出比例值，可以将检测到的距离信息按比例转换成常量、电压或电流输出。距离传感器对话框效果展示距离传感器的概念距离传感器的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听传感器—位置传感器智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304位置传感器的概念位置传感器的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍位置传感器是一种用于检测物体位置、方向或运动状态的虚拟元件，能够实时反馈被测对象的空间信息，并支持将位置数据转换为电信号，支持机电系统的闭环控制仿真。位置传感器可以应用在机械臂定位、传送带跟踪、安全区域监控等工作场景中，实时检测出线性位置或者旋转角度。位置传感器的概念位置传感器的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法位置传感器的创建参数含义任务实施位置传感器的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“传感器和执行器”→“新建”→“位置”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“传感器”→“位置”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“电气”栏→“碰撞传感器”下拉箭头→“位置传感器”。方法一方法二方法三关键参数位置传感器的概念位置传感器的创建参数含义任务实施选择轴：选择位置传感器所连接的运动副。如果位置传感器选择的是一个圆柱副则需要指定输出的轴类型：线性或者角度。修剪：通常指对传感器输出信号的动态范围或无效区间的过滤或校准，目的是消除噪声干扰或无效数据，确保速度反馈的准确性和稳定性。勾选之后，可进一步设置位置传感器输出信号的有效范围，通过设定信号上限与信号下限，将超出此范围的输出值视为无效并进行处理。比例：勾选“修剪”复选框后，出现了“比例”复选框，用于对修剪后的有效信号进行线性比例缩放，以输出为标准的常量、电压或电流信号。位置传感器对话框效果展示位置传感器的概念位置传感器的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听传感器—速度传感器智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304速度传感器的概念速度传感器的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍速度传感器是一种实时监测机电一体化模型中运动部件的线速度或角速度的虚拟元件，能够将检测值转化为信号，其核心功能是帮助用户在虚拟环境中精准获取机械系统的动态性能数据。在机电系统设计、调试和优化中，速度传感器是一种广泛应用的虚拟验证工具，并为控制策略优化、故障预判及能耗分析提供关键数据支撑。速度传感器的概念速度传感器的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法速度传感器的创建参数含义任务实施速度传感器的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“传感器和执行器”→“新建”→“速度”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“传感器”→“速度”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“电气”栏→“碰撞传感器”下拉箭头→“速度传感器”。方法一方法二方法三关键参数速度传感器的概念速度传感器的创建参数含义任务实施选择轴：选择速度传感器所连接的运动副。如果速度传感器选择的是一个圆柱副则需要指定输出的轴类型为线性或者角度。修剪：对速度传感器输出信号进行阈值化处理。启用后，可设定信号有效范围（上限与下限），系统将自动忽略此范围外的数据，以提升速度反馈的准确性和稳定性。比例：启用“修剪”功能后，可进一步启用“比例”功能，可将修剪后的速度信号线性缩放，并输出为标准化的常量、电压或电流信号。速度传感器对话框效果展示速度传感器的概念速度传感器的创建参数含义任务实施仿真运行效果效果展示速度传感器的概念速度传感器的创建参数含义任务实施冲头速度变化规律感谢聆听传感器—加速度传感器智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304加速度传感器的概念加速度传感器的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍加速度传感器是一种实时测量机电一体化模型中运动部件的线加速度或角加速度的虚拟元件，并支持将加速度数据转换为电信号进行反馈，其核心功能是捕捉机械系统在动态过程中的惯性力或振动特性，为设计验证与控制优化提供关键数据。例如在设备高速作业中，加速度传感器可实时监测振动状态，通过反馈数据调整伺服电机的驱动参数，从而提升高速运动的稳定性。加速度传感器的概念加速度传感器的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法加速度传感器的创建参数含义任务实施加速度传感器的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“传感器和执行器”→“新建”→“加速度传感器”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“传感器”→“加速度传感器”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“电气”栏→“碰撞传感器”下拉箭头→“加速度传感器”。方法一方法二方法三关键参数加速度传感器的概念加速度传感器的创建参数含义任务实施选择刚体：选择加速度传感器所连接的刚体。修剪：用于设定加速度信号的有效范围，剔除超限值。比例：用于将修剪后的加速度信号按比例转换为标准输出。加速度传感器对话框效果展示加速度传感器的概念加速度传感器的创建参数含义任务实施仿真运行效果效果展示加速度传感器的概念加速度传感器的创建参数含义任务实施冲头加速度变化规律感谢聆听仿真过程—运行时参数智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304运行时参数的概念运行时参数的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍运行时参数是指那些在仿真运行过程中可以实时调整的参数，这些参数允许用户进行计算、修改和查看。运行时参数是可重用的、包含物理参数的高级功能对象，可以被其他对象引用。通过对运行时参数进行修改，能够影响当前对象的特性。运行时参数为多学科协同调试和虚实交互提供了实时数据纽带。运行时参数的概念运行时参数的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法运行时参数的创建参数含义任务实施运行时参数的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“信号”→“新建”→“运行时参数”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“信号”→“运行时参数”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“更多”→“定制行为”→“运行时参数”。方法一方法二方法三关键参数运行时参数的概念运行时参数的创建参数含义任务实施参数：在列表中显示所设定的参数。参数属性：用于添加参数，包含名称、类型和值。在类型中，具有布尔型、整型、双精度型、字符串四个选项。布尔型表示逻辑状态，仅有两种取值，True或False，用于控制开关、触发条件或状态切换；整型表示整数数值（无小数部分），用于计数、步数控制等工作场景；双精度型表示高精度的浮点数（含小数部分），用于需要连续值或精确物理量的场景；字符串主要用于文本数据的传递和控制。运行时参数对话框效果展示运行时参数的概念运行时参数的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听仿真过程—运行时表达式智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304运行时表达式的概念运行时表达式的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍

运行时表达式用于在机电系统仿真过程中动态定义行为特征，通过数学运算或条件逻辑表达式实时控制参数变化，从而实现自适应调节或条件驱动的系统响应。运行时表达式可以用于以下几个方面：（1）在仿真运行期间为不同变量建立实时数学关联，例如可以实现两个运动轴（Axis1与Axis2）的动态速度耦合，列写关系式：Axis2.speed=3*Axis1.speed，该式定义了运动轴2的速度是运动轴1的3倍。

（2）提供内置数学函数库，可在仿真过程中进行动态数值运算，从而构建复杂的控制逻辑或者数据处理流程。例如使用c=Max(a,b)

，可实时比较a、b两个输入变量，并将其中的较大值持续赋予输出变量c。

（3）建立条件逻辑赋值，实现基于状态的自动控制，例如对可以实现传送带的运行速度进行控制，列写关系式：conveyor.speed=ifconveyor_onthen100.0else0.0，该式定义了传送带在conveyor_on信号为真时，以100%（或单位速度）运行；信号为假时，速度归零。运行时表达式可以进行简单参数调节和复杂运算，在生产线节拍优化、安全保护等工作场景中应用，赋予了机电系统仿真更高的灵活性。运行时表达式的概念运行时表达式的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法运行时表达式的创建参数含义任务实施运行时表达式的概念（1）方法一：从“机电导航器”切换至“运行时表达式”→在空白处右击→“添加”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“过程”→“运行时表达式”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“更多”→“定制行为”→“运行时表达式”。方法一方法二方法三关键参数运行时表达式的概念运行时表达式的创建参数含义任务实施要赋值的参数：选择需要赋值的对象，此时，属性下拉列表中会罗列对象中所包含的所有参数，在属性列表中进行选择。输入参数：选择输入对象，并选择输入对象的参数名称，点击“添加参数”按钮则即可将所选参数纳入参数列表，系统支持重复操作，允许对同一或不同对象进行多轮参数添加。表达式名称：创建的运行时表达式的名称。Formula：即公式，输入运行时表达式的公式，公式中会用到函数，函数分为两类，Math函数与MCD函数。运行时表达式对话框效果展示运行时表达式的概念运行时表达式的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听仿真过程—仿真序列智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304仿真序列的概念仿真序列的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍仿真序列是用于控制机电对象行为的模块化逻辑单元，通过时间驱动或事件驱动的方式，在仿真过程中动态修改对象的参数（如速度、位置、状态等），从而实现自动化控制流程。基于时间驱动的仿真序列是按照时间的先后关系依次进行动作仿真的模式，这种仿真驱动模式通过人为设定起始时间和执行时间长度来决定投入动作的时机；基于事件的仿真序列是作按照信号交互的逻辑关系自动决定投入动作的时机。仿真序列应用于传送带控制、机械手多轴联动顺序控制、多条件流程编排等工作场景中，能够实现复杂的逻辑控制流程。仿真序列的概念仿真序列的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法仿真序列的创建参数含义任务实施仿真序列的概念（1）方法一：从“机电导航器”切换至“序列编辑器”→在空白处右击→“添加仿真序列”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“过程”→“仿真序列”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“自动化”栏→“仿真序列”。方法一方法二方法三关键参数仿真序列的概念仿真学列的创建参数含义任务实施机电对象：用于设置要由仿真序列控制的对象。显示图标：过滤图形窗口，以仅显示选定机电对象的图标。时间：设置仿真序列的持续时间。运行时参数列表：显示可访问的运行时参数或标记表单的列表。编辑参数：在运行时参数列表中选择具体参数，可以在该处对指定参数的值进行设置和修改。条件列表：显示所有可用条件，条件的本质为方程，仿真序列可根据运算符设置启动或暂停。编辑条件参数：在条件列表中选择参数，可以在该处对指定参数的值进行设置和修改。这里需要特别注意的是，运算符号需要正确调用，常见的运算符号如下：

:=是覆盖之前的值

+=是添加等号后面的值，表示递增

-=是减去等号后面的值，表示递减*=是乘以等号后面的值

not是取反选择条件对象：该对象提供运行时参数以确定仿真序列的启动条件。仿真序列对话框效果展示仿真序列的概念仿真序列的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听信号与信号适配器—信号智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304信号的概念信号的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍信号是表示消息的物理量，分为模拟信号和数字信号两类。模拟信号通过连续变化的幅度传递信息，其时间特性可连续或离散；数字信号则在时间和幅度上均为离散状态，仅能取有限个数值。在NXMCD系统中，信号通常指数字信号，其数据类型包括布尔型、整数型和双精度型三种，信号通过连接基本机电对象、运动副、执行器等实现运行参数的监测与控制。信号既可用于系统内部机械运动调控，也可与外部系统进行数据交互。信号的概念信号的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法信号的创建参数含义任务实施信号的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“信号”→“新建”→“信号”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“信号”→“信号”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“电气”栏→“符号表”下拉箭头→“信号”。方法一方法二方法三关键参数信号的概念信号的创建参数含义任务实施

连接运行时参数：勾选之后，表示信号与MCD对象直接关联，取消勾选则表示信号不与任何MCD对象有直接关联。选择机电对象：通过界面选定需控制的对象，为后续参数配置与信号逻辑绑定提供目标载体。I/O类型：分为输入、输出及输入输出三种。数据类型：常见的数据类型分为布尔型、整型、双精度型。布尔型（bool）数据仅有True（真）或False（假）两种状态，表示二值逻辑，用于电机启停、传感器触发等场景；整型（int）数据为整数，无小数部分，用于计数、步数控制、状态编码等场景；双精度型（double）数据为双精度浮点数，用于连续量计算，例如速度、力、角度等精确参数。可以概括为：布尔型处理逻辑状态，整型用于离散计数，双精度型支持高精度连续计算。初始值：是指信号在系统启动或仿真运行前的预设值，用于确保逻辑的确定性起点。信号名称：可以自己指定信号名称，或者从下拉菜单中选择信号名称。信号对话框效果展示信号的概念信号的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听信号与信号适配器—信号适配器智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304信号适配器的概念信号适配器的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍信号适配器是控制机电对象行为的关键工具，能够将多个运行时参数、信号进行关联封装，从而建立信号之间的逻辑关系。在建立参数与信号之间的关系进行公式表达时，可以通过与或非逻辑符号、数学运算，以及MCD函数来实现的关系描述。信号适配器不仅能够在虚拟仿真环境中建立机电对象的动态控制逻辑，而且能够实现与外部系统（如PLC、传感器）的实时信号交互。对于信号间逻辑关系复杂的系统，可以创建多个信号适配器来组织逻辑，每个适配器都具有特定的任务或设计目标。例如，通过适配器为数控机床定义主轴逻辑、换刀逻辑、进给逻辑等。信号适配器的概念信号适配器的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法信号适配器的创建参数含义任务实施信号适配器的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“信号”→“新建”→“信号适配器”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“信号”→“信号适配器”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“电气”栏→“符号表”下拉箭头→“信号适配器”。方法一方法二方法三关键参数信号适配器的概念信号适配器的创建参数含义任务实施机电对象：选择目标对象，以确保逻辑作用的准确性。参数：从所选对象属性中选择待控参数，如速度、位置、加速度等，需注意参数类型（布尔/整型/双精度）与信号兼容性。机电对象参数：详细显示对象类型、单位、参数等，辅助用户校验参数合理性。信号：基于当前配置创建I/O信号（与上一小节信号创建结果一致），该方式通过适配器内部逻辑关联，支持公式驱动。公式指派：将信号、运行时参数、公式等绑定至机电对象参数。公式编辑区：在这里集中编写表达式（支持NX语法），可嵌套条件逻辑（IF-THEN）、数学运算及内置函数（例如sin()）。信号适配器对话框效果展示信号适配器的概念信号适配器的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听虚拟调试—电机虚拟调试智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304电机虚拟调试的概念电机虚拟调试的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍

NXMCD虚拟调试是一种基于数字化模型的调试方法，允许工程师在物理样机制造前，通过虚拟环境对机电系统的控制逻辑、运动行为及交互流程进行验证。虚拟调试使相关控制软、硬件在设计阶段就能够与机构模型联调，从而降低物理样机迭代次数，缩短开发周期。虚拟调试作为工业自动化的重要实践手段，可以分为两种类型，即硬件在环虚拟调试（Hardware-in-the-Loop，简称HiL）与软件在环虚拟调试（Software-in-the-Loop，简称SiL）电机虚拟调试的概念电机虚拟调试的创建参数含义任务实施课堂任务调试方法电机虚拟调试的创建参数含义任务实施电机虚拟调试的概念实现软件在环虚拟调试的创建步骤如下：（1）在TIAPortal中编写PLC程序并下载到PLCSIMAdvanced；（2）配置MCD与虚拟PLC的信号适配器，完成变量映射；（3）通过程序触发动作或人机界面（HumanMachineInterface，简称HMI），验证NXMCD中数字化模型与PLC控制逻辑的协同性。技术路径关键参数电机虚拟调试的概念电机虚拟调试的创建参数含义任务实施实例列表：实时更新的PLC通讯录，完整展示当前PLCSIMAdv管理器注册的所有PLC设备。区域：指定要搜索的标记类型。仅HMI可见：勾选之后，则过滤对HMI可见标记的搜索。数据过滤器：仅从用户定义的数据块中搜索标记。如果未指定，将搜索所有的数据块标记。更新标记：更新特定实例并在标记列表中显示标记信息。过滤：通过数据类型标签对标记进行智能分类，过滤标记列表中显示的标记。查找：输入文本搜索标记列表，可以使用“大小写匹配”和“匹配整词”选项来进行搜索。循环：具有NoSyn和OB1/PIP1～PIP31/Servo两个选项，NoSyn是指MCD不与PLCSIMAdv同步，而是为每个MCD模拟步骤交换数据；OB1/PIP1～PIP31/Servo是指MCD与选定的循环对象同步并根据StepFacto交换数据。外部信号配置对话框效果展示电机虚拟调试的概念电机虚拟调试的创建参数含义任务实施仿真运行设置感谢聆听虚拟调试—生产线虚拟调试智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304生产线虚拟调试的概念生产线虚拟调试的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍信号映射命令可在测试阶段将机电概念设计(MCD)