西门子TIA+PLCSIM+MCD+SIMIT,构建自动化仿真系统(案例下载)

写在前面

前面我们介绍了西门子、达索、罗克韦尔等诸多数字化工厂仿真软件：

一文了解西门子、达索、施耐德、罗克韦尔等巨头数字化工厂仿真软件

也体系介绍了西门子数字化仿真软件家族中的PLCSIM Advance、MCD、Process Simulate 、Plant Simulation 等：

一文带你了解西门子整个虚拟调试与仿真软硬件体系

今天我们来聊一聊如何用西门子TIA Portal+PLCSIM+MCD+SIMIT，构建自动化仿真系统（程序下载见文末）~

一、概述  

       数字化双胞胎理念是指在虚拟的世界中以数字化的方式拷贝出一台设备，并在虚拟的世界里对模拟设备各部件之间的相互运动和电气行为进行仿真。为了能真实再现实际设备，就需要借助我们闭环的仿真系统，软件在环或硬件在环。

        SIMATIC Machine Simulator（SIMIT+PLCSIM Advanced）产品解决方案可用于实现软件在环。产品中PLCSIM Advanced用于仿真实际设备中的硬件PLC；SIMIT 软件除了可用于实现与MCD和PLCSIM Advanced的信号耦合，还可用于仿真设备的电气行为。单机设备的软件在环的结构图如下：



软件在环的相关操作步骤如下：

a)    SIMIT通过Coupling方式导入PLCIO 信号和MCD 信号。

b)    SIMIT接收PLC侧的输出的命令信号（例如，控制字+主设定值）。

c)     SIMIT解析命令信号，并信号转发到MCD（速度设定值）。

d)    MCD执行速度控制，并反馈当前速度和位置。

e)    SIMIT依据被控行为计算状态字，并根据MCD反馈位置和速度计算编码器反馈信号。并将计算结果反馈到PLC。

本文以S7-1500 控制一台V90PN 驱动器为例，演示SIMATIC Machine Simulator产品解决方案的实施过程。
二、软件或硬件

SIMATIC Machine SimulatorV2.0 (SIMIT V10.1 + PLCSIM Advance V2.0 SP1);

NX MCD 1907;

TIA V15.1;
三、TIA Portal项目组态

（1）、硬件组态

      TIA项目中组态一个S7-1500 CPU ，并在网络视图中插入一个V90 PN 驱动器；并在S7-1500 硬件组态中已添加了一个 DI 模块，用于连接运行轴的位置开关。



（2）、工艺对象组态

        工艺对象中插入一个位置控制，组态为线性轴，且非“虚拟轴”；驱动装置选择项目中添加的V90 驱动对象；编码器选择为驱动器中的编码器，类型为“增量”。



    驱动装置报文设置为“报文105”，不使能自动应用功能；编码器报文设置为“报文105”，同样也不使能自动应用功能。



  限位开关设置为“启用硬限位开关”，为工艺对象分配正反向限位；回零模式选择“通过数字量输入作为回原点标记”。



四、MCD项目组态

       在MCD项目中分别定义两个刚体“xAxis”和“yAxis”，它们之间通过滑动副连接在一起，并为这个滑动副分配一个速度控制：



  在项目中定义三个限位开关用于反馈运动轴正反限位和原点开关：



在信号适配器中定义三个布尔型输出信号，这三个信号用于反馈MCD中定义的三个限位开关信号：



五、SIMIT项目组态

(1)、 CouplingTIA 项目

  创建一个SIMIT项目，创建一个“NewCoupling”；Coupling类型选择为“PLCSIMAdvanced”;TIA硬件组态导入方式选择“TIAproject”，并浏览到第三部创建的TIA项目；使能“Bussynchronous”后，“Import”TIA项目。



注意：

·       如果在TIA项目中我们组态了等时同步，则需要在导入项目时选择“Bus synchronous”。

·       SIMIT与PLCSIM Advanced耦合的是IO信号，存在IO地址才会被导入到SIMIT中。

·       如果在TIA项目中我们组态的是虚轴，但是需要把这个轴的位置设定值传递给MCD，我们则需要组态一个PN/PN Coupling或添加IO模块方式虚拟出IO地址，使用此虚拟IO地址传递虚轴的信息。

(2)、Coupling MCD 项目

       SIMIT耦合MCD有两种方式，导入或链接。采用导入方式时，MCD项目会被拷贝到SIMIT项目中，修改MCD源项目无效。采用链接方式时只是将MCD项目中的信号与SIMIT建立了耦合，MCD文件并未被拷贝到SIMIT项目中，修改MCD源项目有效。导入MCD信号时我们需要确保MCD信号的单位选择正确，需要与PLC中组态的信号单位相同。



  导入完成后，我们还需要将MCD Coupling的相关属性进行修改，时间片为“2”，同步方式为“Bus synchronous”：



(3)、创建Chart

       双击“New chart”，将新建一个 Chart ;双击新建的“Chart”,将打开 Chart 编辑工作区;我们需要在工作区中编写被控对象,本例需要编写报文105的行为模型。



  我们需要为行为模型中各个引脚连接前两步Coupling的PLC信号和MCD信号，最终的行为模型如下图所示：



(4)、修改项目属性

  最后我们需要修改项目属性，双击打开“Project manager”；在“Project manager”属性设置中选择“Times& operating mode”；将“Timeslice 2”修改为 2 ms ，该数值需要与 V90 驱动器Profinet IO 更新时间相同；将“Operating mode”选择为“bus synchronous”。



六、运行仿真

以上步骤都完成后，我们就可以启动 SIMIT 仿真了；MCD项目将被自动启动，并自动切换到“播放”模式；PLCSIMAdvanced自动创建一个“PLC”实例。



  打开TIA 项目，将PLC程序下载到PLCSIM Advanced中，然后使用运动控制的调试面板测试运行控制功能，我们可以发现使用SIMATIC MachineSimulator仿真的V90驱动器行为与实际V90 PN项目。





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