機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字孿生技術(shù)及應(yīng)用(NX MCD) 課件 第7-9章 機(jī)器人搬運(yùn)站、虛擬調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)

機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字孿生技術(shù)及應(yīng)用仿真序列機(jī)電對(duì)象4仿真序列機(jī)電對(duì)象4仿真序列仿真序列4開(kāi)始取料軌跡取料放料軌跡放料結(jié)束仿真序列1.取料仿真4仿真序列2.傳輸仿真4仿真序列3.沖壓仿真4仿真序列4.放料仿真4機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字孿生技術(shù)及應(yīng)用虛擬調(diào)試6MCD內(nèi)部信號(hào)PLC外部信號(hào)12輸入信號(hào)輸出信號(hào)虛擬調(diào)試1.信號(hào)主要用于將信號(hào)連接到MCD對(duì)象，以控制運(yùn)行時(shí)參數(shù)或者輸出運(yùn)行時(shí)參數(shù)狀態(tài)。你可以創(chuàng)建布爾型、整數(shù)型和雙精度型信號(hào)。利用信號(hào)可以在MCD內(nèi)部控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)，你也可以將這些MCD信號(hào)用于跟外部信號(hào)的數(shù)據(jù)交換。MCD信號(hào)與外部信號(hào)連接目前支持以下協(xié)議：OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、Profinet、SHM、TCP、Matlab等。6虛擬調(diào)試1.信號(hào)6123連接運(yùn)行時(shí)參數(shù)：勾選表示信號(hào)與MCD對(duì)象直接關(guān)聯(lián)，取消勾選表示信號(hào)不與任何MCD對(duì)象有直接關(guān)聯(lián)選擇機(jī)電對(duì)象：當(dāng)1勾選上之后選擇機(jī)電對(duì)象，這里可以指定：參數(shù)名稱(chēng)IO類(lèi)型數(shù)據(jù)類(lèi)型初始值名稱(chēng)：用戶(hù)可以自己指定信號(hào)名稱(chēng)，或者從下拉菜單中選擇信號(hào)名稱(chēng)注：信號(hào)名稱(chēng)不得重復(fù)從下拉菜單中選擇的信號(hào)名稱(chēng)，信號(hào)的數(shù)據(jù)類(lèi)型必須和對(duì)話(huà)框中的設(shè)置一致虛擬調(diào)試2.信號(hào)適配器主要用于將信號(hào)通過(guò)公式的計(jì)算連接到MCD對(duì)象，并在機(jī)電導(dǎo)航器中創(chuàng)建信號(hào)對(duì)象，用于連接OPC、PLCSIMAdv等外部服務(wù)器信號(hào)：6參數(shù)定義選擇機(jī)電對(duì)象選擇包含要添加到信號(hào)適配器的參數(shù)的機(jī)電對(duì)象參數(shù)名稱(chēng)顯示選擇的機(jī)電對(duì)象包含的參數(shù)添加參數(shù)在參數(shù)列表中顯示添加的參數(shù)及其所有屬性值，并允許更改這些值信號(hào)在信號(hào)列表中顯示添加的信號(hào)及其所有屬性值，并允許更改這些值公式在公式列表中顯示為勾選“指派為”的信號(hào)和參數(shù)分配的公式，公式輸入方法包括：手動(dòng)編輯、插入函數(shù)、條件語(yǔ)句、擴(kuò)展文本名稱(chēng)設(shè)置信號(hào)適配器名稱(chēng)虛擬調(diào)試5.PLC指令

5.1掃描操作數(shù)的信號(hào)上升沿此指令當(dāng)操作數(shù)1的信號(hào)狀態(tài)是否從“0”變?yōu)?，并與操作數(shù)2中保存的上一次掃描信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行比較。如圖所示，當(dāng)“TagIn_1”、“TagIn_2”、“TagIn_3”、“TagIn_4”、“TagIn_5”為1，“TagIn_Out”為1。6虛擬調(diào)試5.PLC指令

5.2在信號(hào)上升沿置位操作數(shù)此指令當(dāng)輸入線(xiàn)圈從“0”變?yōu)椤?”時(shí)，置為操作數(shù)1，操作數(shù)2保存輸入端的RLO邊沿存儲(chǔ)位。如圖所示，當(dāng)“TagIn_1”和“TagIn_2”從“0”更改為“1”（信號(hào)上升沿），將操作數(shù)“TagOut”置位一個(gè)周期。6虛擬調(diào)試5.PLC指令

5.3掃描RLO的信號(hào)上升沿此指令當(dāng)CLK端輸入端從“0”到“1”，“Q”端輸出一個(gè)掃描周期的能流，并比較能流（RLO）當(dāng)前狀態(tài)與邊沿存儲(chǔ)位中上一次查詢(xún)的信號(hào)狀態(tài)。如圖所示，當(dāng)“TagIn_3”從“0”到“1”時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)到程序標(biāo)簽“CAS1”處。6虛擬調(diào)試5.PLC指令

5.4移動(dòng)值指令移動(dòng)值指令，當(dāng)“EN”端值為1時(shí)執(zhí)行指令，將“IN”端數(shù)據(jù)傳入“OUT”端，“ENO”輸出端為1。當(dāng)滿(mǎn)足下列條件之一，“ENO”輸出端為0：1）使能輸入EN的信號(hào)狀態(tài)為0；2）IN參數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型與OUT參數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型不對(duì)應(yīng)。

6虛擬調(diào)試5.PLC指令

5.5生產(chǎn)接通延時(shí)指令此指令當(dāng)“IN”端從“0”變?yōu)椤?”是，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間超出設(shè)定時(shí)間“PT”后，“Q”輸出端變?yōu)椤?”。只要“IN”端仍為“1”，“Q”輸出端保存置為，當(dāng)“IN”端從“1”變?yōu)椤?”，復(fù)位Q”輸出端。如圖所示，當(dāng)“Tag_Start”從“0”變?yōu)椤?”,計(jì)時(shí)超過(guò)“Tag_PresetTime”，“Tag_Status”置為1，并保持。當(dāng)前時(shí)間存入“Tag_ElapsedTime”。6虛擬調(diào)試6.外部信號(hào)配置

外部信號(hào)配置命令可以建立多種協(xié)議類(lèi)型，以便使用外部信號(hào)聯(lián)調(diào)仿真，包括：MATLAB、OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、Profinet、SHM、TCP、UDP等。PLCSIMAdv協(xié)議用于實(shí)現(xiàn)“軟在環(huán)”，建立連接后，測(cè)試離散控制邏輯和運(yùn)動(dòng)控制程序，包含以下步驟：1）設(shè)置虛擬PLC環(huán)境和MCD信號(hào)表2）使用外部信號(hào)配置命令導(dǎo)入PLC外部信號(hào)3）使用信號(hào)映射命令映射MCD信號(hào)6虛擬調(diào)試6.外部信號(hào)配置

6參數(shù)定義實(shí)例顯示所有在PLCSIMAdv中注冊(cè)的PLC實(shí)例，從中選擇所需要的PLC實(shí)例實(shí)例信息實(shí)例信息包括：更新選項(xiàng)搜索特定標(biāo)記信號(hào)區(qū)域指定所需的標(biāo)記類(lèi)型僅HMI可見(jiàn)過(guò)濾HMI可見(jiàn)的標(biāo)記數(shù)據(jù)塊過(guò)濾器僅從用戶(hù)定義的數(shù)據(jù)塊中搜索標(biāo)記，未指定是從所有數(shù)據(jù)塊中搜索更新標(biāo)記更新特定實(shí)例，并在標(biāo)記表中顯示所有標(biāo)記信息。循環(huán)設(shè)置MCD信號(hào)與PLCSIMAdv信號(hào)同步的屬性虛擬調(diào)試7.信號(hào)映射

使用信號(hào)映射命令將MCD信號(hào)與外部信號(hào)手動(dòng)映射或取消映射，并指定需要隱射的MCD信號(hào)和外部信號(hào)類(lèi)型?？梢允褂谩靶盘?hào)映射”命令執(zhí)行以下操作：1）打開(kāi)“外部信號(hào)配置”對(duì)話(huà)框以創(chuàng)建新配置。2）檢查MCD信號(hào)表或外部信號(hào)映射的次數(shù)。3）搜索配置中的信號(hào)。4）同時(shí)連接和斷開(kāi)多個(gè)信號(hào)。6虛擬調(diào)試7.信號(hào)映射6參數(shù)定義類(lèi)型選擇所需映射外部信號(hào)類(lèi)型，包括：MATLAB、OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、Profinet、SHM、TCP、UDP等PLCSIMAdv實(shí)例選擇所需軟PLC實(shí)例信號(hào)包含MCD信號(hào)表和外部信號(hào)表：MCD信號(hào)表顯示MCD中創(chuàng)建信號(hào)的名稱(chēng)、適配器名稱(chēng)、IO類(lèi)型、映射計(jì)數(shù)、所有者組件。外部信號(hào)表顯示所有可選的外部信號(hào)的名稱(chēng)、適配器名稱(chēng)、IO類(lèi)型、映射計(jì)數(shù)、路徑。映射的信號(hào)顯示MCD信號(hào)和外部信號(hào)之間建立的連接，包括以下信息：連接名稱(chēng)、MCD信號(hào)名稱(chēng)、方向、外部信號(hào)名稱(chēng)、所有者組件、消息。檢查N->1映射確認(rèn)只有一個(gè)信號(hào)映射到MCD輸入信號(hào)。虛擬調(diào)試8.HMI使用的SIMATICWinCC(WindowsControlCenter)--視窗控制中心，是西門(mén)子最經(jīng)典的過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)。作為西門(mén)子TIA（全集成自動(dòng)化）理念中的關(guān)鍵組成之一，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)與IT系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。6機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字孿生技術(shù)及應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)加工對(duì)象為輪轂，依次完成出庫(kù)、打磨、視覺(jué)檢測(cè)、入庫(kù)等操作。通過(guò)本項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生MCD綜合應(yīng)用能力、實(shí)操技能和職業(yè)技能能力，分別通過(guò)進(jìn)行智能制造單元集成系統(tǒng)的功能需求和控制系統(tǒng)架構(gòu)分析，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵元件選型、工藝方案制定等系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的能力。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)包括1-執(zhí)行單元，2-工具單元，3-倉(cāng)儲(chǔ)單元，4-加工單元，5-打磨單元，6-檢測(cè)單元，7-分揀單元，8-總控單元8個(gè)模塊，其中：執(zhí)行單元：為了滿(mǎn)足工作臺(tái)運(yùn)行需求，將工業(yè)機(jī)器人安裝在伺服模組的滑臺(tái)上，通過(guò)伺服滑臺(tái)的移動(dòng)來(lái)彌補(bǔ)工業(yè)機(jī)器人臂長(zhǎng)的缺陷。工具單元：包括輪輻夾爪、輪轂夾爪、輪轂內(nèi)圈夾爪、吸盤(pán)工具、輪轂外圈夾爪、端面打磨工具、側(cè)面打磨工具等7個(gè)不同工具，機(jī)器人通過(guò)更換工具實(shí)現(xiàn)不同工藝操作。倉(cāng)儲(chǔ)單元：采用立體倉(cāng)庫(kù)的方式，存放多個(gè)不同輪轂產(chǎn)品，并自動(dòng)完成出入庫(kù)操作。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)加工單元：基于SINUMERIK828D緊湊型數(shù)控系統(tǒng)，支持車(chē)、銑工藝應(yīng)用。完成數(shù)控系統(tǒng)編程后，等待工業(yè)機(jī)器人取到并將工件放置在加工平臺(tái)后，按照既定的軌跡進(jìn)行加工，加工完成后由工業(yè)機(jī)器人取走加工工件，繼續(xù)等待下一次加工請(qǐng)求。打磨單元：由定位模組、翻轉(zhuǎn)模組和清理模組三大部分組成，實(shí)現(xiàn)輪轂零件的夾緊定位、翻轉(zhuǎn)、碎屑清理等功能。檢測(cè)單元：實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件進(jìn)行顏色和二維碼等功能檢測(cè)，得到我們需要的數(shù)據(jù)，進(jìn)行工件分類(lèi)。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)分揀單元：由皮帶傳動(dòng)模組、龍門(mén)分揀模組和成品分揀倉(cāng)組成，還采用變頻技術(shù)來(lái)啟動(dòng)皮帶電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)成品根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求自動(dòng)進(jìn)行分揀處理?？偪貑卧悍胖昧艘粋€(gè)控制面板，分別分配了四個(gè)自定義按鈕合一個(gè)急停按鈕，還有一個(gè)電源總開(kāi)關(guān)，其中四個(gè)自定義按鈕可以用以控制整個(gè)工作站的自動(dòng)運(yùn)行也可以自定義編程。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)取料工藝流程:在倉(cāng)儲(chǔ)單元中按照?qǐng)D所示的工藝流程，實(shí)現(xiàn)輪轂零件的取料動(dòng)作，將輪轂零件由指定的倉(cāng)位托盤(pán)上取出。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)放料工藝流程:在倉(cāng)儲(chǔ)單元中按照?qǐng)D9.5所示的工藝流程，實(shí)現(xiàn)輪轂零件的放料動(dòng)作，將輪轂零件放置到指定的倉(cāng)位托盤(pán)上。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)打磨工位上料工藝流程:在打磨單元中按照?qǐng)D所示的工藝流程，實(shí)現(xiàn)輪轂零件的上料動(dòng)作，將輪轂零件放置到打磨工位上。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)打磨工位下料工藝流程在打磨單元中按照?qǐng)D所示的工藝流程，實(shí)現(xiàn)輪轂零件的下料動(dòng)作，將輪轂零件由打磨工位取出。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)工位下料工藝流程:在打磨單元中按照?qǐng)D所示的工藝流程，實(shí)現(xiàn)輪轂零件的下料動(dòng)作，將輪轂零件由旋轉(zhuǎn)工位取出。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)工裝翻轉(zhuǎn)輪轂工藝流程:在打磨單元中按照?qǐng)D所示的工藝流程，實(shí)現(xiàn)輪轂零件的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，將輪轂零件通過(guò)翻轉(zhuǎn)工裝由打磨工位翻轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)工位。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)單元用于臨時(shí)存放零件，是應(yīng)用平臺(tái)的功能單元，由工作臺(tái)、立體倉(cāng)庫(kù)、遠(yuǎn)程IO模塊等組件構(gòu)成，如圖所示。立體倉(cāng)庫(kù)為雙層六倉(cāng)位結(jié)構(gòu)，每個(gè)倉(cāng)位可存放一個(gè)零件；倉(cāng)位托板可推出，方便工業(yè)機(jī)器人以不用方式取放零件；每個(gè)倉(cāng)位均設(shè)置有傳感器和指示燈，可檢測(cè)當(dāng)前倉(cāng)位是否存放有零件并將狀態(tài)顯示出來(lái)；倉(cāng)儲(chǔ)單元所有氣缸動(dòng)作和傳感器信號(hào)均由遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)娇偪貑卧?。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)打磨加工模塊由定位模組、翻轉(zhuǎn)模組和清理模組三大部分組成。定位模組由多個(gè)手指氣缸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)氣缸組成，手指氣缸在加工時(shí)起到固定作用，而旋轉(zhuǎn)氣缸是為了保證不同的加工需求而設(shè)置；翻轉(zhuǎn)模組由多個(gè)不同的氣缸組成，通過(guò)合理的分配可以起到代替人工翻轉(zhuǎn)加工工件的作用；清理模組是由一個(gè)封閉的容器和清理槍組成，完成工件碎屑的清理工作。工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)視覺(jué)檢測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件進(jìn)行顏色和二維碼等功能檢測(cè)，得到我們需要的數(shù)據(jù)，進(jìn)行工件分類(lèi)