《数字孪生技术》课件-项目四MCD虚拟调试

项目四

MCD虚拟调试任务一软件在环虚拟调试任务目标1.掌握软件在环虚拟调试的概念。2.掌握外部信号配置和信号映射的概念。3.了解MCD信号服务器配置和MCD信号服务器信息的概念。4.掌握软件在环虚拟调试的实现方法。5.能够分析功能需求，完成软件在环虚拟调试。任务一

软件在环虚拟调试任务描述如图所示，完成软件在环虚拟调试，控制简易输送机构的发料、传送、打印和收集等工作。相关知识1.软件在环虚拟调试(1)软件在环虚拟调试的概念

软件在环虚拟调试(Software-in-the-Loop，SiL)是一种重要的仿真技术，它允许在没有实际硬件的情况下，对机电系统的控制算法和逻辑进行验证和优化。这通常涉及在MCD中创建一个虚拟机电系统模型(包括机械部件和电气部件等)并赋予其运动属性，然后在虚拟PLC与MCD之间通过共有协议进行通信，完成机电系统的虚拟调试。(2)软件在环虚拟调试的实现方法

本任务采用TIAPortal+PLCSIMAdvanced+NXMCD的解决方案实现软件在环虚拟调试，如图所示。其步骤分为三部分，分别是NXMCD配置、PLC组态以及程序编写和PLCSIMAdv信号连接。相关知识2.外部信号配置(1)外部信号配置的概念

外部信号配置通过使用特定的通信协议，如MATLAB、OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、PROFINET、SHM、TCP、UDP等，可以配置好外部信号的通信接口，进而对外部信号进行协同仿真。这一过程能够建立MCD模型与外部设备或系统之间的连接，实现数据的实时传输与交互。相关知识(2)

外部信号配置的创建序号参数描述1添加实例选择PLCSIMAdvV2.0或更新版本的实例。2刷新选定实例状态刷新所选实例的连接状态。3移除实例删除所选定的实例。4实例表显示从PLCSIMAdv检索的所有已注册PLC实例，并选择要使用的实例。5更新选项区域：指定要搜索的标记类型。仅HMI可见：是否过滤对HMI可见标记的搜索。数据块过滤器：仅从用户定义的数据块中搜索标记。如果未指定，将搜索所有数据块标记。6更新标记更新特定实例并在标记表中显示标记信息。7标记过滤：根据选择的过滤类型，过滤标记表中显示的标记。查找：在框中键入文本搜索标记表，可以使用“大小写匹配”和“匹配整词”选项来优化搜索。全选：选择标记表中的所有标记。标记表：显示属于在实例表中选择的PLC实例的标记。将已检查的标记导出至文件：将选定标记导出到CSV文件。按选定文件中列出的标记名称自动检查标记：将所选标记与所选CSV文件中的标记进行比较。8循环设置用于将MCD信号与PLCSIMAdv信号同步以及在冻结模式下运行PLCSIMAdv的属性。当PLCSIMAdv在冻结模式下运行时，MCD会比较仿真时间并在一个程序的信号比另一个程序快时延迟任一程序。NoSyn：MCD不与PLCSIMAdv同步，而是为每个MCD模拟步骤交换数据。OB1/PIP1~PIP31/Servo：MCD与选定的循环对象同步，并进行数据交换。9步进因子指定在刷新信号之间运行的MCD仿真步骤数。相关知识3.信号映射(1)信号映射的概念

信号映射是使用特定的协议（如OPCDA、OPCUA或PLCSIMAdv等）在MCD的信号和外部接口的信号之间建立通信桥梁。这一步骤的实现使得MCD和外部接口之间能够顺利交换数据。在协同仿真期间，还可以利用控制信号，结合MCD的物理模拟和3D可视化功能来测试外部信号。相关知识(2)信号映射的创建相关知识(2)信号映射的创建序号参数描述1类型在下拉列表框中选择要映射的信号类型。2所选类型的实例选择列表根据所选不同的外部信号类型，出现对应的名称和选择列表。3设置打开外部信号配置对话框并创建新的配置。4范围根据所选范围选择信号。5查找根据在查找框中键入的文本以及“大小写匹配”和“匹配整词”选项设置，搜索MCD信号或外部信号。6MCD信号表名称：在MCD中创建时指定的信号名称。适配器名称：封装信号的信号适配器的名称。IO类型：输入或输出信号。数据类型：信号的数据类型。映射计数：MCD信号被映射的次数。所有者组件：保存信号配置的MCD组件。7外部信号表名称：外部信号配置中指定的信号名称。IO类型：输入或输出信号。数据类型：信号的数据类型。映射计数：外部信号被映射的次数。8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。9映射信号表显示MCD信号和外部信号之间建立的连接和以下信息。连接名称：允许设置输入和输出之间的连接名称，重命名连接不会重命名它包含的信号。方向：识别映射信号的输入和输出。所有者组件：显示保存信号配置的MCD组件。消息：查看验证错误消息。10断开断开选定的映射信号连接。11检查N->1映射验证是否只有一个信号映射到MCD输入信号。相关知识4.MCD信号服务器配置(1)MCD信号服务器配置的概念MCD信号服务器配置的主要目的是建立MCD模型与外部信号之间的通信桥梁，确保数据的实时、准确传输。通过配置信号服务器，可以实现MCD模型与外部设备、系统或其他仿真工具之间的数据交换与同步。MCD信号服务器配置可以配置的协议类型有UA、UDP、TCP和UDP。(2)MCD信号服务器配置的创建序号参数描述1输入信号表显示工作部件中的输入信号，并设置以下内容：检查、名称、适配器名称、数据类型、地址和值。2输出信号表显示工作部件中的输出信号，并设置以下内容：检查、名称、适配器名称、数据类型、地址和值。3自动更正选中信号的地址设置信号输入和输出的SHM地址，以便它们具有正确的大小和位置。4SHM名称为SHM服务器定义唯一的名称。5字节序类型字节序类型包括：小字节序、大字节序。6互斥名称为写入位置定义唯一名称以防止冲突，该写入位置一次只能由一个程序访问。7创建SHM创建SHM布局以匹配SIMIT布局。相关知识5.MCD信号服务器信息(1)MCD信号服务器信息的概念MCD信号服务器信息可以显示MCD信号服务器信息，包括服务器类型、服务器信息等。(2)MCD信号服务器信息的创建任务实施

项目四

MCD虚拟调试任务二硬件在环虚拟调试任务目标1.掌握硬件在环虚拟调试的概念。2.掌握硬件在环虚拟调试的实现方法。3.能够分析功能需求，完成硬件在环虚拟调试。任务二

硬件在环虚拟调试任务描述如图所示，完成硬件在环虚拟调试，使物料分选装置按照流程工作，金属物料从前侧滑落，非金属物料从后侧滑落。相关知识1.硬件在环虚拟调试(1)硬件在环虚拟调试的概念

硬件在环虚拟调试(Hardware-in-the-Loop，HiL)是指将PLC程序下载到真实的PLC设备中，在MCD中创建一个虚拟机电系统模型并赋予其运动属性，真实PLC设备和MCD通过共有协议进行通信，以此完成对程序逻辑和设备的调试。(2)硬件在环虚拟调试的实现方法

本任务采用S7-1500PLC设备+OPCUA+NXMCD的解决方案实现硬件在环虚拟调试，如图所示。其步骤分为三部分，分别是NXMCD配置、PLC组态以及程序编写和OPCUA信号连接，其中OPCUA信号连接的步骤如图所示。相关知识2.外部信号配置的创建相关知识2.外部信号配置的创建序号参数描述1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：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，如图4-2-6所示，参数含义如表4-2-2所示。2刷新服务器状态刷新所选OPCUA服务器的状态。3删除选定服务器删除所选定的OPCUA服务器。4打开证书位置浏览并选择安全证书以启用与受密码保护的外部软件的接口。5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，状态列显示连接的用户的授权状态。6创建对列表的订阅创建订阅并将其添加到订阅表中。7订阅表控制优先处理哪些时间敏感信号，使用以下内容编辑订阅。名称：编辑名称。间隔时间：设置信号的采样率。要获得支持最快发布间隔，请将其设置为零。寿命数：设置不接收响应的最大允许连续发布周期数。如果超过此数量，则订阅将关闭。必须将此值设置为至少是持续活动数的三倍。持续活动数：设置没有通知要报告给客户端的连续发布周期所需的最小数量。如果满足此数量，则会发送发布请求以通知客户端订阅仍处于活动状态。优先级：设置发送信号的顺序。对于更重要的信号，设置更高的优先级值。8更新时间指定每次通信传输之间的时间间隔。默认值在更新时间客户默认值中指定。9查找在框中键入的文本搜索标记表，可以使用“大小写匹配”和“匹配整词”选项来优化搜索。10显示访问类型根据选择的内存访问类型过滤标记表。11显示数据类型根据发送的数据类型过滤标记表。12全选勾选后选择标记表中的所有标记。13标记表显示服务器中可用的信号并选择要映射的信号，在以下列中显示标签信息。名称：显示标记的名称，包括标记的路径。数据类型：显示数据类型，例如Bool、Byte、Word、DWord、Dint、Real和LReal。IO类型：将标记标识为输入或输出。14从文件导入OPCUA标记导入CSV文件中定义的标记。15将OPCUA标记导出至文件将选定的标记导出到CSV文件。相关知识2.外部信号配置的创建序号参数描述1公用名指定证书的名称。2组织指定负责证书的组织。3组织部门指定负责证书的部门。4地点指定证书使用的地点。5省/市/自治区指定证书使用的省/市/自治区。6国家/地区指定证书使用的国家/地区的两字母代码，中国的代码为CN。7域名添加新域名：将域名添加到域名表中。默认情况下，添加本地计算机或系统名称，可以双击编辑域名。域名表：显示证书允许的域名。8IP地址添加新IP地址：将IP地址添加到IP地址表。IP地址表：显示证书允许的IP地址，默认为127.0.0.1。9RSA密钥强度选择证书的RSA密钥强度。10签名算法选择证书的签名算法。11证书有效期选择证书的有效期。相关知识3.信号映射的创建相关知识3.信号映射的创建序号参数描述1类型在下拉列表框中选择要映射的信号类型。2所选类型的实例选择列表根据所选不同的外部信号类型，出现对应的名称和选择列表。3设置打开外部信号配置对话框并创建新的配置。4范围根据所选范围选择信号。5查找根据在查找框中键入的文本以及“大小写匹配”和“匹配整词”选项设置，搜索MCD信号或外部信号。6MCD信号表名称：在MCD中创建时指定的信号名称。适配器名称：封装信号的信号适配器的名称。IO类型：输入或输出信号。数据类型：信号的数据类型。映射计数：MCD信号被映射的次数。所有者组件：保存信号配置的MCD组件。7外部信号表名称：外部信号配置中指定的信号名称。IO类