集成自动化和运动控制仿真软件为机器建造者提供简单快捷的虚拟调试。
由凯文吴和科尔姆·帕林|西门子数码产业
在任何新机器或新工厂的开发中，故障几乎是不可避免的。调试期间的故障尤其成问题，因为它可能会显著增加成本并推迟设计进度。更糟糕的是，机器物理部件的故障可能会对设备甚至人造成伤害。
因此，为了降低这些风险并改善设计工作，原始设备制造商(oem)正在转向数字双胞胎和虚拟调试。这些基于软件的设计技术使原始设备制造商能够在使用真实组件和组装之前识别设计中的缺陷和低效。
虚拟调试涉及建模和模拟机器的操作...通常在物理上建造任何东西之前。这种调试有助于在更早的发展阶段进行细化功能，当更改成本和后果比在以后的设计阶段所做的那些更为温和时。
一台机器的数字双胞胎由三部分组成:
•自动化模式
•电气和行为模型
•物理或运动学模型。
理想情况下，为了最准确地表示机器，所有这些都要同时考虑。也就是说，并不是所有的应用程序都需要所有三种模型。
物理或运动学模型是早期验证机器概念的主要需要，因为它们以3D模型提供机器的可视化，并预测干扰，并验证产品将如何在机器中移动。但是对于自动化工程师来说，仅仅使用自动化和电气模型就足够了。
在本文中，我们使用自动化和电气模型详细说明虚拟调试。部署这两部分数字双胞胎可让厂商小到中型机器获得大部分虚拟调试的实质性利益。
机器自动化调试虚拟
虚拟调试对机器建设者有益，因为它首次旋转机器时最小化猜测......它提供了一种方法来在物理调试之前解决挑战。难怪它变得越来越普遍，因为机械力学变得更加复杂。
虚拟调试对于今天的机器开发生命周期是至关重要的，因为它让程序员能够可视化和测试那些很难计划的复杂动作。
数字双胞胎 - 一种机器或其他自动化设备的数字化副本 - 是建模和仿真的典型基准。如上所述，它包括三种模型：
- 自动化模型，由PLC程序和可视化组成。
- 电气和行为模型，由主动组件(如电机驱动器、执行器和传感器)以及外围组件(如电机和阀门)的行为组成。
- 由机械部件组成的物理或运动模型。
自动化模型链接图形可视化与机器的PLC代码又在虚拟模型中执行“在引擎盖下”。通过这种方式，自动化模型为程序员提供一种方法，以便在其代码中使用预先验证的预先验证的软件代码（代表移动或机械组件）进行运动控制。最终降低了提升测试要求。
最佳预验证的软件块通过图形用户界面（GUI）提供用户友好的逐步设置指南，并在机器上表示移动或机械组件。有与此预先指定的数据块相关联，这些数据块可以在PLC编程环境中轻松访问。允许简单地查看自动化程序的运动控制部分。
通常，自动化模型包括用于控制速度、位置、同步轴和凸轮的预验证软件块。此外，这些软件模块还可以用于处理来自外部编码器和传感器的数据。一个常见的设备，如电机驱动器，被分配给一个软件块，后者包括所有配置和状态数据。
用户可以从预构建的库中包含预先编写的软件块和它们相关的动作编程块，然后在项目中重用它们。所有预写的块可以在项目之间共享，项目配置的电机驱动器可以重新分配给重用的块。
数字双电器系统的第二部分
机器数码双胞胎的电气和行为模型可以响应于自动化系统编程和环境条件 - 如温度和压力，模拟活动组件及其外设的真实世界性能。高级软件提供使用物理或虚拟控制器运行电气和行为仿真的灵活性。
与自动化模式一样，程序员可以从标准组件库中拉动，以创建驱动器，执行器，电机，阀门和其他设备的电气和行为型号。这提高了模型的初始准确性，同时避免了从头开始编程模拟。
由于电气和行为模型与自动化模型中的音乐会函数，因此工程师可以通过不同的环境条件来测试自动化代码 - 模拟故障条件以验证PLC程序响应并执行其他操作。
第三部分是数字孪生的运动学
数字双胞胎还可以包括物理和运动学模型。这种模型使用CAD数据创建，在虚拟空间中描述机械特性，以实现机器行为的可视化。
数字双胞胎三种模型之间的连接有助于在任何物理或工作原型之前的机器错误和错误的识别。
访问虚拟调试
对于主要由PLC和电机驱动器组成的应用，基本运动控制仿真软件（带自动化软件）让机器建设者在设计工作中获得使用数字双胞胎的大部分优势。自动生成虚拟模型直接来自自动化程序中的预先公开软件块，创建自动化和电气和行为模型进行仿真。
使用软件或硬件循环，开发人员可以可视化自动化控制器之间的相互作用，以及从外围对象（如驱动器）的信号。
配置这种模拟需要最小的开发人员的努力，因为基线模型被生成为标准化的功能模型单元或FMU。制造商不断更新每个FMU，因为它们发布到相应的物理设备的软件和固件更新......确保了准确的模拟行为和基于模型的模型的开发。与来自供应商的预期软件块一样，FMUS预先验证到物理组件 - 减少配置模拟所需的时间，同时提供更优化机器效率的机会。
考虑PLC和Drive Model耦合应用方案，其中集成自动化和运动控制仿真软件为开发增加了值：
- 计算的负载配置文件加载到集成选择或Sizer工具中，用户可以从拟合应用要求的驱动器列表中进行选择。
- 必要的驱动参数和已知接口可用于模拟。
- 用户必须只配置模拟目的所需的驱动器部分。不需要对驱动器进行耗时、完整的虚拟调试，节省时间和金钱。
- 使用相同的测试向量对驱动仿真模型预先验证。
使用模拟作为开发和生产的工具，还可以提高团队之间的沟通，并加速验证，特别是当工人偏远时。这使得能够更加灵活的软件开发，因为在真正的电机旋转之前，对操作改进的修改变得显而易见。
使用中的模拟软件的两个例子
传热和流体的全球领导者最近将一个运动控制仿真软件包集成到其标准工作流程中，以便于虚拟测试。在整个开发中观察和更新驱动控制模型让公司在真正调试期间提前识别出于无故障集成的错误。该软件还增强了公司工程师的能力，从任何地方测试，因为它们不再需要物理驱动器和电机来调整和优化运动序列。他们也没有浪费时间物理连接测试组件和传感器。
最近，轴承制造商还使用了运动控制仿真软件来增强其测试能力。磨床预定通过软件升级和重定位进行，但在新位置测试它将花费估计20天的停机时间 - 因为机器在其他地方生产使用。通过创建机器的虚拟模型并在新的单元格上执行硬件循环测试，工程团队为磨床组装了合适的配置，只需四天的虚拟调试。当它们将真机连接到新单元格时，不会发生界面错误......并且生产速度无缝升高。
仿真增强了实际调试和生产
虚拟调试是机器构建器的宝贵工具......对于在原型设计之前寻求模拟的人来说，运动控制仿真软件是可实现的入口点。通过自动生成自动化和电气和行为模型，它为硬件和软件循环测试提供了简单准确的方法。
这让工程师优化测试程序并更加合作。它还可以帮助机器建设者降低开发成本，因为它们可以在使用实际部分之前识别许多误差，并且在实际调试期间降低了安全风险，同时促进了连续和高效的操作。
Kevin Wu是美国西门子行业的SIMATIC Motions Controller产品营销经理。他拥有超过15年的西门子自动化和驱动器经验，以及生产机器的技术工程经验。
凯文是机械系统设计的运动安全顾问。
Colm Gavin是西门子数字行业软件的投资组合发展经理，负责推广美国机器和线路建设者的数字化主题。在西门子，20多年来，他正在利用他在离散制造业的经验，以帮助公司利用行业4.0的新创新。在目前的作用之前，COLM负责营销西门子的西门子在美国的综合自动化门户软件，并致力于使用西门子德国的软件的发展。
了下:运动控制提示
