第8章 虛擬調(diào)試協(xié)同連接

第一篇NXMCD基礎(chǔ)篇第8章虛擬調(diào)試協(xié)同連接8.1外部信號(hào)配置8.2信號(hào)映射8.3軟件在環(huán)虛擬調(diào)試8.4硬件在環(huán)虛擬調(diào)試8.1外部信號(hào)配置8.1外部信號(hào)配置任務(wù)目標(biāo)掌握外部信號(hào)配置的性質(zhì)和外部信號(hào)配置命令的使用。1.外部信號(hào)配置的概念

外部信號(hào)配置（ExternalSignalConfiguration）能夠建立不同的協(xié)議類型，以便配置外部信號(hào)實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真。支持的協(xié)議類型：MATLAB、OPCDA、OPCUA、PLCSIMAdv、PROFINET、SHM、TCP、UDP、CreateMyVirtualMachine、FMU。本子任務(wù)主要講述OPCUA和PLCSIMAdv兩種協(xié)議類型的配置方法。(1)OPCUA：OPCUA（UnifiedArchitecture，統(tǒng)一架構(gòu)）是新一代的OPC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)提供一個(gè)完整的，安全和可靠的跨平臺(tái)的架構(gòu)，以獲取實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)和時(shí)間。OPC基金會(huì)負(fù)責(zé)該標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)，作為數(shù)字孿生（DigitalTwin）的核心部分。(2)PLCSIMAdv：即PLCSIMAdvanced，是西門子推出的高級(jí)仿真器，能夠?qū)崿F(xiàn)更多更強(qiáng)的功能，比PLCSIM多了仿真通信的功能，作為虛擬調(diào)試中的核心組成部分。打開(kāi)外部信號(hào)配置對(duì)話框的方式如下圖所示。2.創(chuàng)建外部信號(hào)配置8.1外部信號(hào)配置3.外部信號(hào)配置參數(shù)含義序號(hào)參數(shù)名稱含義1服務(wù)器信息添加新服務(wù)器添加MCD用于訪問(wèn)OPCUA服務(wù)器端點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址，可以使用默認(rèn)端口(opc.tcp://)手動(dòng)指定新端口和節(jié)點(diǎn)名稱注意：首次添加服務(wù)器或更改證書(shū)時(shí)，會(huì)打開(kāi)“新建應(yīng)用程序?qū)嵗C書(shū)”對(duì)話框，如下張幻燈片的圖所示，參數(shù)含義如下張幻燈片的表所示2刷新服務(wù)器狀態(tài)刷新所選OPCUA服務(wù)器的狀態(tài)3打開(kāi)證書(shū)位置瀏覽并選擇安全證書(shū)以啟用與受密碼保護(hù)的外部軟件的接口4服務(wù)器信息表從可用OPCUA服務(wù)器和端點(diǎn)的列表中選擇OPCUA服務(wù)器，該狀態(tài)列顯示連接的用戶的授權(quán)狀態(tài)5訂閱創(chuàng)建訂閱列表創(chuàng)建訂閱并將其添加到訂閱表中6訂閱表控制優(yōu)先處理哪些時(shí)間敏感信號(hào)。使用以下內(nèi)容編輯訂閱：名稱：編輯名稱。間隔時(shí)間：設(shè)置信號(hào)的采樣率。要獲得支持最快發(fā)布間隔，請(qǐng)將其設(shè)置為零。壽命數(shù)：設(shè)置不接收響應(yīng)的最大允許連續(xù)發(fā)布周期數(shù)。如果超過(guò)此數(shù)量，則訂閱將關(guān)閉。必須將此值設(shè)置為至少是持續(xù)活動(dòng)數(shù)的三倍。持續(xù)活動(dòng)數(shù)：設(shè)置沒(méi)有通知要報(bào)告給客戶端的連續(xù)發(fā)布周期所需的最小數(shù)量。如果滿足此數(shù)量，則會(huì)發(fā)送發(fā)布請(qǐng)求以通知客戶端訂閱仍處于活動(dòng)狀態(tài)。優(yōu)先級(jí)：設(shè)置發(fā)送信號(hào)的順序。對(duì)于更重要的信號(hào)，設(shè)置更高的優(yōu)先級(jí)值。7時(shí)間設(shè)置更新時(shí)間指定每次通信傳輸之間的時(shí)間間隔。默認(rèn)值在更新時(shí)間客戶默認(rèn)值中指定。8標(biāo)記查找在框中鍵入的文本搜索標(biāo)記表，可以使用“大小寫(xiě)匹配”和“匹配整詞”選項(xiàng)來(lái)優(yōu)化搜索9顯示訪問(wèn)類型根據(jù)選擇的內(nèi)存訪問(wèn)類型過(guò)濾標(biāo)記表10顯示數(shù)據(jù)類型根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)類型過(guò)濾標(biāo)記表11全選選擇標(biāo)記表中的所有標(biāo)記12標(biāo)記表顯示服務(wù)器中可用的信號(hào)并選擇要映射的信號(hào)。在以下列中顯示標(biāo)簽信息：名稱：顯示標(biāo)記的名稱，包括標(biāo)記的路徑。數(shù)據(jù)類型：顯示數(shù)據(jù)類型，例如Bool、Byte、Word、DWord、Dint、Real和LReal。IO類型：將標(biāo)記標(biāo)識(shí)為輸入或輸出。13從文件導(dǎo)入OPCUA標(biāo)記導(dǎo)入.csv文件中定義的標(biāo)記14將OPCUA標(biāo)記導(dǎo)出文件將選定的標(biāo)記導(dǎo)出到.csv文件8.1外部信號(hào)配置3.外部信號(hào)配置參數(shù)含義序號(hào)參數(shù)名稱含義1主題公用名標(biāo)識(shí)證書(shū)的名稱2組織標(biāo)識(shí)負(fù)責(zé)證書(shū)的組織3組織部門標(biāo)識(shí)負(fù)責(zé)證書(shū)的部門4地點(diǎn)標(biāo)識(shí)證書(shū)使用的位置5省/市/自治區(qū)標(biāo)識(shí)證書(shū)使用的省/市/自治區(qū)6國(guó)家/地區(qū)指定標(biāo)識(shí)證書(shū)使用國(guó)家/地區(qū)的兩字母代碼，中國(guó)的代碼為CN7OPCUA信息域名添加新域名：將域名添加到域名表中。默認(rèn)情況下，添加本地計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)名稱。要編輯域名，請(qǐng)雙擊它并輸入新域名。域名表：顯示證書(shū)允許的域名。8IP地址添加新IP地址：將IP地址添加到IP地址表。IP地址表：顯示證書(shū)允許的IP地址，默認(rèn)為127.0.0.1。10證書(shū)設(shè)置RSA密鑰強(qiáng)度選擇模數(shù)中的位數(shù)以設(shè)置證書(shū)的密鑰強(qiáng)度

簽名算法為證書(shū)選擇安全哈希算法（SHA）變體11證書(shū)有效期設(shè)置服務(wù)器證書(shū)有效期的持續(xù)時(shí)間8.1外部信號(hào)配置3.外部信號(hào)配置參數(shù)含義序號(hào)參數(shù)名稱含義1實(shí)例添加實(shí)例選擇PLCSIMAdvV2.0或更新版本的實(shí)例2刷新實(shí)例狀態(tài)刷新所選實(shí)例的連接狀態(tài)3刪除實(shí)例刪除選定的實(shí)例4實(shí)例表顯示從PLCSIMAdv管理器檢索的所有已注冊(cè)PLC實(shí)例，并選擇要使用的實(shí)例5實(shí)例信息更新選項(xiàng)搜索特定的標(biāo)記區(qū)域：指定要搜索的標(biāo)記類型。僅HMI可見(jiàn)：是否過(guò)濾對(duì)HMI可見(jiàn)標(biāo)記的搜索數(shù)據(jù)塊過(guò)濾器：僅從用戶定義的數(shù)據(jù)塊中搜索標(biāo)記。如果未指定，將搜索所有數(shù)據(jù)塊標(biāo)記。6更新標(biāo)記更新特定實(shí)例并在標(biāo)記表中顯示標(biāo)記信息7標(biāo)記對(duì)標(biāo)記進(jìn)行操作過(guò)濾：根據(jù)選擇的過(guò)濾類型，過(guò)濾標(biāo)記表中顯示的標(biāo)記。查找：在框中鍵入的文本搜索標(biāo)記表，可以使用“大小寫(xiě)匹配”和“匹配整詞”選項(xiàng)來(lái)優(yōu)化搜索。全選：選擇標(biāo)記表中的所有標(biāo)記。標(biāo)記表：顯示屬于在實(shí)例表中選擇的PLC實(shí)例的標(biāo)記。

將已檢查的標(biāo)記導(dǎo)出至文件：將選定標(biāo)記導(dǎo)出到.csv文件。

按選定文件中列出的標(biāo)記名稱自動(dòng)檢查標(biāo)記：將所選標(biāo)記與所選.csv文件中的標(biāo)記進(jìn)行比較。8同步循環(huán)列表設(shè)置用于將MCD信號(hào)與PLCSIMAdv信號(hào)同步以及在凍結(jié)模式下運(yùn)行PLCSIMAdv的屬性。當(dāng)PLCSIMAdv在凍結(jié)模式下運(yùn)行時(shí)，MCD會(huì)比較仿真時(shí)間并在一個(gè)程序的信號(hào)比另一個(gè)程序快時(shí)延遲任一程序。NoSyn：MCD不與PLCSIMAdv同步，而是為每個(gè)MCD模擬步驟交換數(shù)據(jù)。OB1/PIP1~PIP31/Servo：MCD與選定的循環(huán)對(duì)象同步并根據(jù)StepFacto交換數(shù)據(jù)。9步進(jìn)因子指定在刷新信號(hào)之間運(yùn)行的MCD仿真步驟數(shù)8.2信號(hào)映射8.2信號(hào)映射任務(wù)目標(biāo)掌握信號(hào)映射的性質(zhì)和信號(hào)映射的使用。1.信號(hào)映射的概念

信號(hào)映射（SignalMapping）可以映射或取消映射MCD信號(hào)與外部信號(hào)，能夠自由選擇要在MCD中控制的信號(hào)以及要從外部控制的信號(hào)。打開(kāi)信號(hào)映射對(duì)話框的方式如下圖所示。2.創(chuàng)建信號(hào)映射8.2信號(hào)映射3.信號(hào)映射參數(shù)含義序號(hào)參數(shù)名稱含義1外部信號(hào)類型類型選擇要映射的信號(hào)類型2所選類型的實(shí)例選擇列表根據(jù)所選不同的外部信號(hào)類型，出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的名稱和選擇列表3設(shè)置打開(kāi)外部信號(hào)配置對(duì)話框并創(chuàng)建新的配置4信號(hào)范圍根據(jù)所選范圍選擇信號(hào)5查找根據(jù)在查找框中鍵入的文本以及“大小寫(xiě)匹配”和“匹配整詞”選項(xiàng)設(shè)置，搜索MCD信號(hào)或外部信號(hào)6MCD信號(hào)表顯示可用的MCD信號(hào)和以下信息：名稱：在MCD中創(chuàng)建時(shí)指定的信號(hào)名稱。適配器名稱：封裝信號(hào)的信號(hào)適配器的名稱。IO類型：輸入或輸出信號(hào)。數(shù)據(jù)類型：信號(hào)的數(shù)據(jù)類型。映射計(jì)數(shù)：MCD信號(hào)被映射的次數(shù)。所有者組件：保存信號(hào)配置的MCD組件。7外部信號(hào)表顯示可用于信號(hào)類型的外部信號(hào)和以下信息：名稱：外部信號(hào)配置中指定的信號(hào)名稱。IO類型：輸入或輸出信號(hào)。數(shù)據(jù)類型：信號(hào)的數(shù)據(jù)類型。映射計(jì)數(shù)：外部信號(hào)被映射的次數(shù)。8映射信號(hào)選定的MCD信號(hào)映射到選定的外部信號(hào)9執(zhí)行自動(dòng)映射將具有相同名稱的MCD信號(hào)和外部信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)映射10映射的信號(hào)映射信號(hào)表顯示MCD信號(hào)和外部信號(hào)之間建立的連接和以下信息：連接名稱：允許設(shè)置輸入和輸出之間的連接名稱，重命名連接不會(huì)重命名它包含的信號(hào)。方向：識(shí)別映射信號(hào)的輸入和輸出。所有者組件：顯示保存信號(hào)配置的MCD組件。消息：查看驗(yàn)證錯(cuò)誤消息。11斷開(kāi)斷開(kāi)選定的映射信號(hào)連接12檢查N->1映射驗(yàn)證是否只有一個(gè)信號(hào)映射到MCD輸入信號(hào)8.3軟件在環(huán)虛擬調(diào)試8.3軟件在環(huán)虛擬調(diào)試任務(wù)目標(biāo)掌握軟件在環(huán)虛擬調(diào)試的實(shí)現(xiàn)方法。1.軟件在環(huán)虛擬調(diào)試的概念

軟件在環(huán)虛擬調(diào)試（Software-in-the-Loop，SiL）指的是使用MCD軟件完成虛擬設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)及賦予運(yùn)動(dòng)屬性，虛擬PLC與MCD軟件進(jìn)行通信完成對(duì)程序邏輯和設(shè)備的調(diào)試，SiL集成了機(jī)械和自動(dòng)化的仿真環(huán)境。本子任務(wù)采用TIAPortal+PLCSIMAdvanced+NXMCD的解決方案實(shí)現(xiàn)軟件在環(huán)虛擬調(diào)試，此方案是基于嚴(yán)格的PLCSIMAdvanced的同步總線，為虛擬調(diào)試提供穩(wěn)定的模擬，解決方案示意圖如下圖所示。案例所使用的軟件各版本如下：(1)TIAPortalV15.1。(2)PLCSIMAdvancedV2.0SP1。(3)NX1969。2.實(shí)現(xiàn)方法描述8.3軟件在環(huán)虛擬調(diào)試3.實(shí)現(xiàn)步驟使用TIAPortal+PLCSIMAdvanced+NXMCD的解決方案實(shí)現(xiàn)軟件在環(huán)虛擬調(diào)試，分為三部分，分別是NXMCD配置、PLC組態(tài)以及程序編寫(xiě)、PLCSIMAdv信號(hào)連接。8.4硬件在環(huán)虛擬調(diào)試8.4硬件在環(huán)虛擬調(diào)試任務(wù)目標(biāo)掌握硬件在環(huán)虛擬調(diào)試的實(shí)現(xiàn)方法。1.硬件在環(huán)虛擬調(diào)試的概念

硬件在環(huán)虛擬調(diào)試（Hardware-in-the-Loop，HiL）指的是將PLC程序下載到真實(shí)的PLC設(shè)備中，在MCD軟件完成虛擬設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)及賦予運(yùn)動(dòng)屬性，真實(shí)PLC設(shè)備和MCD軟件通過(guò)共有協(xié)議進(jìn)行通信完成對(duì)程序邏輯和設(shè)備的調(diào)試。本子任務(wù)采用S7-1500PLC設(shè)備+OPCUA+NXMCD的解決方案實(shí)現(xiàn)硬件在環(huán)虛擬調(diào)試，此方案是通過(guò)OPCUA協(xié)議作為通信方式，解決方案示意圖如下圖所示。案例所使用的軟硬件各版