智能生产线应用与虚拟仿真调试课程课件 8.智能生产线单站点调试

智能生产线单站点调试智能生产线综合实训知识准备项目描述任务评价8.18.38.5目录任务实施工作任务书任务拓展8.28.48.6练习题8.7学习成果工作任务8.1.18.1.38.1项目描述学习目标任务要求8.1.28.1.48.1.1工作任务图8-1智能生产线钻孔单元的虚拟调试设备的设计开发过程很难预测到生产和使用过程会不会出现问题，而虚拟调试带来许多好处之一就是验证设备的可行性。虚拟调试允许设计者在设备生产之前进行任何修改和优化，而不会造成硬件资源的浪费。而且这样可以节省时间，因为用户在测试过程中可以修复错误，及时对程序进行编程改进。本项目主要任务是完成智能生产线的钻孔单元的调试工作。单站点调试主要以钻孔站点为例进行讲解。通过熟悉生产线虚拟调试的步骤，完成MCD环境的搭建、虚拟PLC的建立、博图环境的搭建、外部信号通讯，最后实现钻孔单元的虚拟调试，并提交PLC控制程序和MCD中钻孔单元的最终模型。如图8-1所示为智能生产线钻孔单元的虚拟调试。8.1.2任务要求1）根据钻孔单元要实现的功能，完成钻孔单元的MCD模型参数设置2）根据钻孔单元机构的动作逻辑，编写PLC控制程序3）通过建立虚拟PLC,实现博图与MCD信号的实时通讯4）通过“博图”软件和“NX”软件分屏操作，实现钻孔单元的虚拟调试8.1.3学习成果本项目通过熟悉生产线虚拟调试的一般步骤，掌握博图软件、NX软件的使用方法，来完成智能生产线钻孔单元的MCD设置、虚拟PLC的建立、博图环境的搭建、外部信号通讯及信号映射。最后，完成钻孔单元的虚拟调试工作。8.1.4学习目标图8-2学习要点8.2工作任务书8.2工作任务书知识准备8.3知识准备想要完成智能生产线的调试工作，首先要了解生产线虚拟调试的一般步骤。通常，虚拟调试包括以下五个步骤：1.MCD环境的搭建（1）机电对象的设置对于智能生产线来说，首先要进行基本机电对象的定义，通过分析工作站各个机构的运动情况，完成机构刚体，碰撞体的定义。（2）运动副的创建根据工作站的运动情况，给予各个机构合适的运动副设置，常见的运动副主要包括滑动副、铰链副、固定副。知识准备（3）传感器及执行器的创建完成机电对象和运动副的设置后，需要给予设置运动副的机构位置控制或者速度控制，以便机构能够按照设定的范围和速度进行运动。同时，还需要按照真实设备的工艺流程，有些工艺基于条件触发（基于传感器触发）。（4）信号及信号适配器的创建按照设置的传感器和执行器，创建信号，并进行信号逻辑的公式编辑。（5）仿真验证将创建的信号适配器中的信号添加到序列编辑器中，点击“播放”按钮，然后依次点击编辑的信号，验证信号逻辑的合理性、机构动作的正确性。知识准备2.虚拟PLC的建立打开S7-PLCSIMAdvanced，新建一个虚拟PLC（虚拟PLC的命名不能是中文），目的是为了博图程序与MCD中信号的连接。知识准备3.控制程序的编写（1）PLC组态的设置打开博图软件后，新建一个项目，然后进入项目视图，搜索外部的PLC地址，然后转至在线即可。（2）PLC程序的编写按照智能生产线的工艺流程，完成生产线控制程序的编写。（3）HMI控制面板的创建为了使生产线达到更为真实的仿真效果，添加一个HMI控制面板，控制面板是根据真实设备的面板的按钮和功能进行制作的。（4）程序的下载及编译PLC控制程序和HMI控制面板创建完成后，需要将控制程序进行编译和下载，一般情况程序下载时都会出现报警或者出错，若程序出现报警或者出错，一般检查组态设置和程序，检查无误后，重新将程序下载编译。知识准备4.外部信号的通讯（1）外部信号配置打开“NX”软件，进入“机电概念设计”模块，然后进行外部信号配置。信号配置的主要目的是搜索PLC程序的信号。（2）信号映射进行外部信号配置后，将MCD中的信号与PLC程序中的信号进行链接，完成外部信号与内部信号之间的映射。5.虚拟仿真验证将博图中的控制程序转至在线，然后进行信号监控，同时打开MCD仿真模型，点击“播放”按钮，将“博图”软件与“NX”软件分屏，观看智能生产线虚拟调试的情况。钻孔单元的MCD设置8.4.18.4任务实施虚拟PLC的建立8.4.2博图环境的搭建8.4.3外部信号的通讯8.4.4钻孔单元的虚拟调试8.4.58.4.1钻孔单元的MCD设置钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（1）定义刚体1）点击“应用模块”选项卡中的“设计”菜单。如下图8-3所示：图8-3选择“应用模块”的“设计菜单”钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（1）定义刚体2）在打开的“设计”菜单中，点击“更多”选项卡，选择“机电概念设计”。进入“机电概念设计”模块如下图8-4所示：图8-4进行“机电概念设计”模块钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（1）定义刚体3）点击“主页”选项卡中的“机械”菜单找到“刚体”选项组。如下图8-5所示：图8-5选择“刚体”选项组钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（1）定义刚体4)首先点击“刚体”选项组，然后选择“基本机电对象”并且重命名为“电机1”，单击确定即可。如下图8-6所示：图8-6电机1-刚体定义钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（1）定义刚体5)首先点击“刚体”选项组，然后选择“基本机电对象”并且重命名为“电机架”，单击确定即可。如下图8-7所示：图8-7电机架-刚体定义钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（1）定义刚体6)首先点击“刚体”选项组，然后选择“基本机电对象”并且重命名为“气缸缸体”，单击确定即可。如下图8-8所示：图8-8气缸缸体-刚体定义钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（1）定义刚体按照上面的操作步骤，完成钻孔单元的所有刚体设置，所有刚体设置如下图8-9所示：图8-9所有刚体设置-钻孔单元钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体1）首先，找到“主页”菜单下面的“机械”模块，然后找到“碰撞体”选项组，点击“碰撞体”，打开碰撞体对话框。如下图8-10所示：图8-10进入碰撞体对话框钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体2）选择碰撞体对象，选择“传输面”作为碰撞体对象，如下图8-11所示：图8-11选择碰撞体对象钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体3）设置碰撞体形状、碰撞材料、碰撞类别，并设置碰撞体名称。碰撞形状为“方块”，形状属性为“自动”，碰撞材料为“默认材料”，碰撞类别为“0”，并重命名为“传输面”，单击确定即可。如下图8-12所示：图8-12设置碰撞体形状、碰撞材料、碰撞类别钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体4）选择碰撞体对象，选择“物料”作为碰撞体对象，如下图8-13所示：图8-13选择碰撞体对象钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体5）设置碰撞体形状、碰撞材料、碰撞类别，并设置碰撞体名称。碰撞形状为“凸多面体”，“凸多面体系数”为0.1，碰撞材料为“默认材料”，碰撞类别为“0”，并重命名为“底面”，单击确定即可。如下图8-14所示：图8-14设置碰撞体形状、碰撞材料、碰撞类别钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体6）选择碰撞体对象，选择“物料”作为碰撞体对象，如下图8-15所示：图8-15选择碰撞体对象钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体7）设置碰撞体形状、碰撞材料、碰撞类别，并设置碰撞体名称。碰撞形状为“方块”，形状属性为“自动”，碰撞材料为“默认材料”，碰撞类别为“1”，并重命名为“侧面”，单击确定即可。如下图8-16所示：图8-16设置碰撞体形状、碰撞材料、碰撞类别钻孔单元的MCD设置1.基本机电对象的定义（2）定义碰撞体按照上述的操作步骤，完成智能生产线所有的碰撞体设置，所有的碰撞体设置（其中部分碰撞体设置在“刚体”下拉菜单中）如下图8-17所示：图8-17设置碰撞体形状、碰撞材料、碰撞类别钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（1）定义滑动副1）首先，找到“主页”菜单下面的“机械”模块，然后找到“基本运动副”选项组，选择“基本运动副”，打开运动副对话框。如下图8-18所示：图8-18打开运动副对话框钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（1）定义滑动副2）选择滑动副，设置刚体对象，连接体选择“滑块”，基本体选择“导轨装配”。如下图8-19、8-20所示：图8-19选择连接体图8-20选择基本体钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（1）定义滑动副3）设置轴和矢量，并重命名，偏置设为0，然后单击确定即可。如下图8-21所示：图8-21设置轴和矢量钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（1）定义滑动副4）选择滑动副，设置刚体对象，连接体选择“气缸活塞”，基本体选择“气缸缸体”。如下图8-22、8-23所示：图8-22选择连接体图8-23选择基本体钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（1）定义滑动副5）设置轴和矢量，并重命名，偏置设为0，上限为40mm、下限为0mm，然后单击确定即可。如下图8-24所示：图8-24设置轴和矢量钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（2）定义固定副1）选择固定副，设置刚体对象，连接体选择“电机架”，基本体选择“气缸活塞”。如下图8-25、8-26所示：图8-25选择连接体图8-26选择基本体钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（3）定义铰链副1）首先，选择“刚体”，选择“滚筒1”作为选择基本体，基本连接体不选，如下图8-27所示：图8-27选择连接体钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（3）定义铰链副2）设置轴和角度，起始角为0°，无上下限限制，然后单击确定即可。如下图8-28所示：图8-28设置轴和角度钻孔单元的MCD设置2.运动副的设置（3）定义铰链副按照上面的操作步骤，完成钻孔单元所有的运动副设置，所有的运动副设置如下图8-29所示：图8-29所有运动副设置-钻孔单元钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(1)碰撞传感器的创建1）首先，找到“主页”菜单下面的“电气”模块，然后找到“碰撞传感器”选项组，在“碰撞传感器”下拉菜单中选择“碰撞传感器”，打开碰撞体对话框。如下图8-30所示：图8-30碰撞传感器设置钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(1)碰撞传感器的创建2）选择碰撞类型及碰撞传感器对象，碰撞类型选择“触发”，碰撞传感器对象选择“1站出口传感器”，如下图8-31所示：图8-31选择碰撞类型及碰撞传感器对象钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(1)碰撞传感器的创建3）设置碰撞形状及碰撞类别，碰撞形状为“圆柱”，形状属性为“自动”，碰撞类别为“0”，然后单击确定即可。如下图8-32所示：图8-32设置碰撞形状及碰撞类别钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(2)传输面设置1）首先，找到“主页”菜单下面的“电气”模块，然后找到“位置控制”选项组，在“位置控制”下拉菜单中选择“传输面”，打开传输面对话框。如下图8-33所示：图8-33传输面的设置钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(2)传输面设置2）选择传送带面，选择面为“传输面1”，如下图8-34所示：图8-34选择传送带面钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(2)传输面设置3）设置速度和位置，运动类型为“直线”，指定矢量为“+X轴”方向，设置平行速度为150mm/s，碰撞材料默认，最后重命名为“传送带”，然后单击确定即可。如下图8-35所示：图8-35设置速度和位置钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(3)位置控制1）首先，找到“主页”菜单下面的“电气”模块，然后找到“位置控制”选项组，在“位置控制”下拉菜单中选择“位置控制”，打开位置控制对话框。如下图8-36所示：图8-36位置控制钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(3)位置控制2）选择机电对象，设置目标和速度。机电对象选择“滑块_导轨装配_SJ(1)_1_PC(1)_1”，目标为0mm，速度为500mm/s，然后单击确定即可。如图8-37所示：图8-37选择机电对象，设置目标和速度钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(4)速度控制1）首先，找到“主页”菜单下面的“电气”模块，然后找到“位置控制”选项组，在“位置控制”下拉菜单中选择“速度控制”，打开位置控制对话框。如下图8-38所示：图8-38速度控制设置钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(4)速度控制2）选择机电对象，设置约束，机电对象为“滚筒1”，速度为“0”，然后单击确定即可。如下图8-39所示：图8-39选择机电对象和约束设置钻孔单元的MCD设置3.传感器和执行器的创建(4)速度控制按照上面的操作步骤，完成钻孔单元的所有传感器及执行器的创建。如下图8-40所示：图8-40所有传感器和执行器的设置-钻孔单元钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(1)符号表的创建1）首先，找到“主页”菜单下面的“电气”模块，然后找到“符号表”选项组，在“符号表”下拉菜单中选择“符号表”，打开符号表对话框。如下图8-41所示：图8-41创建符号表钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(1)符号表的创建2）新建符号，进入符号表对话框后，点击“新建符号”，按照设备的运动情况新建信号。如下图8-42所示：图8-42新建符号钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(1)符号表的创建3）定义信号的IO类型和输入输出类型，然后对符号表进行重命名，最后单击确定即可。如下图8-43、8-44所示：图8-43钻孔单元-符号表图8-44钻孔单元传送带-符号表钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(2)信号适配器的创建1）首先点击“主页”选项卡中的“电气”模快，然后在电气模块的“符号表”下拉菜单中选择“信号适配器”，点击“信号适配器”，单击确定即可。如下图8-45所示：图8-45创建信号适配器钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(2)信号适配器的创建2)参数设置，选择机电对象，然后添加参数。如下图8-46所示：图8-46参数设置钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(2)信号适配器的创建3）信号的添加，把符号表中的信号添加到信号一栏中，如下图8-47所示：图8-47信号的添加钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(2)信号适配器的创建4）信号公式逻辑的编辑，勾选“参数”和“信号”的复选框按钮，将信号添加到公式一栏中，进行信号逻辑的编辑，然后重命名信号适配器，单击确定即可。如下图8-48、8-49所示：图8-48公式信号的添加图8-49公式信号逻辑的编辑钻孔单元的MCD设置4.信号及信号适配器的创建(2)信号适配器的创建按照上述操作步骤完成钻孔单元传送带信号适配器的创建。钻孔单元传送带信号适配器如下图所示：图8-50参数设置-钻孔单元传送带信号适配器图8-51信号的添加-钻孔单元传送带信号适配器图8-52公式的编辑-钻孔单元传送带信号适配器8.4.2虚拟PLC的建立虚拟PLC的建立打开S7-PLCSIMAdvanced，新建一个虚拟PLC（虚拟PLC的命名不能是中文），选择PLC的型号1500，然后点击“Start”，完成虚拟PLC的创建。如下图所示。图8-53选择PLC型号及PLC的命名图8-54点击“start”启动PLC8.4.3博图环境的搭建博图环境的搭建1.PLC组态设置1）在“博图”界面中双击鼠标“添加新设备，如图8-55所示：2）进入“添加新设备”界面，选择相应的PLC和版本号、订货号；如图8-56所示：图8-55“博图”界面图8-56添加PLC设备博图环境的搭建1.PLC组态设置3）创建完“新设备”后在PLC模块中进入PLC属性；如图8-57所示：4）进入PLC属性中点击“PROFINET接口_1”点击“以太网地址”，进入界面，如图8-58所示：图8-57PLC面板图8-58以太网地址博图环境的搭建2.变量的添加根据钻孔单元的工艺过程添加所需变量。具体操作步骤：项目树→PLC¬_1→PLC变量→显示所有变量→添加变量。如下图8-59所示：图8-59变量的添加博图环境的搭建3.程序的编写按照钻孔单元的工艺过程，将之前的变量添加到程序中。具体操作步骤：项目树→PLC¬_1→PLC变量→程序块→Main[OB1]。如下图8-60、8-61所示：图8-60程序的编写1图8-61程序的编写2博图环境的搭建4.程序的下载及备份程序编写后，将程序下载到设备的PLC中，程序检查无误后保存，进行程序的备份，防止程序的丢失。1）程序的下载，如下图8-62、8-63、8-63、8-64所示。图8-62将程序下载到设备图8-63程序的装载图8-64将程序转至在线图8-65将程序启用监视博图环境的搭建4.程序的下载及备份2)程序的备份，在“项目”下拉菜单中找到“保存”或者“另存为”将程序进行备份保存。如下图8-66所示。图8-66程序的备份8.4.4外部信号的通讯外部信号的通讯在“NX”软件中，完成外部信号配置及信号映射，具体操作步骤如下。（1）外部信号配置1)在MCD中“主页”菜单，“自动化”模块，符号表下拉菜单中找到“外部信号配置”如下图8-67所示。图8-67外部信号配置外部信号的通讯在“NX”软件中，完成外部信号配置及信号映射，具体操作步骤如下。（1）外部信号配置2)选择“PLCSIMAdv”添加实例，如下图8-68所示。图8-68添加实例外部信号的通讯在“NX”软件中，完成外部信号配置及信号映射，具体操作步骤如下。（1）外部信号配置3)选择区域，更新标记，如下图8-69、8-70所示。图8-69选择区域图8-70更新标记外部信号的通讯在“NX”软件中，完成外部信号配置及信号映射，具体操作步骤如下。（2）信号映射1)选择外部信号类型“PLCSIMAdv”，如下图8-71所示。图8-71选择外部信号类型外部信号的通讯在“NX”软件中，完成外部信号配置及信号映射，具体操作步骤如下。（2）信号映射2)自动或者手动完成信号映射，如下图8-72所示。图8-72信号映射8.4.5钻孔单元的虚拟调试钻孔单元的虚拟调试博图与MCD分屏仿真验证。分别打开博图软件和MCD软件，分屏操作来仿真钻孔工作站的工艺流程。将博图程序启动在线监视状态，然后在MCD中点击启动仿真，即可完成钻孔工作站的虚拟调试工作。如下图8-73所示。图8-73虚拟仿真验证任务评价8.5任务评价任务拓展8.8任务拓展通过对“智能生产线单站点调试”项目的学习，熟悉了生产线虚拟调试、虚实联调的一般步骤，通过任务实施，完成了钻孔单元的虚拟调试工作。下面按照钻孔单元虚拟调试的步骤，完成料仓单元的虚拟调试工作。料仓单元的调试如下图8-91所示图8-91料仓单元的虚拟调试练习题8.7习题一、判断题1.传感器一般由