安全、快速的仿真

使用仿真软件可缩短设计周期、启动时间以及暴露于危险环境的时间。

仿真机、机器人和软件的过程滑移操作是测试控制器代码、装置设定和HMI配置的最佳方法—缺少与完成系统的实际连接。在许多情况下仿真是一个测试实际系统的更为实际的选择,这其中有各种原因,包括开发原型的能力以及通过先测试软件来保持安全环境的意愿。

当完整的机器、机器人、滑移或系统不可用作测试时,甚至有时当它们可以用作测试时,仿真能缩短设计周期,提高性能并且大大减少启动时间。表1列出了仿真的一些具体优点。

表1:仿真的优点
1. 比在实际机器或机器人上测试更快
2. 可以作为一个逼真的训练工具
3. 可以快速成型
4. 当实际系统不可用时可以使用它
5. 当应用程序不可行时它会显示出来
6. 可以仿真其他厂商的设备
7. 可以测试每一个可能的故障
8. 揭露不可预见的问题
9. 不会扰乱当前的过程和系统
10. 可以直接生成控制器代码

为什么要仿真?

位于南达科他州拉皮德市的Accurpress America公司生产液压制动器和用于制造金属板的剪切机。Accurpress America机器控制开发专家Allen Guernsey称机器可以是很复杂的。“目前我们针对制动器的PLC版本可以应付28个轴,我们可以把机器前后连接起来工作,”他说。“有时制动器和剪切机是系统的一部分,在这种情况下其他机器从不同工厂送往客户,所以仿真是启动前运行所有机器的唯一方法。”

仿真减少了研发时间。“能够在仿真环境中观察机器运行有助于生成更好的PLC代码,因为在仿真中无需冒着机器崩溃的风险就能测试更多的失效保护措施,”Guernsey解释说。“例如我可以仿真液压缸的特性,引入像卡缸这样的错误。到目前为止我还没遇到过无法仿真的东西。”

Accurpress America采用Beckhoff自动化控制器和TwinCAT自动化软件。“使用TwinCAT对机器控制进行仿真是软件设计的基础,”Guernsey说。内置的仿真节省了时间并降低了成本,因为没必要购买单独的软件仿真包,然后学习如何使用它来集成控制器及其软件。

位于亚利桑那州钱德勒市的机器制造商AeroSpec高级技术副总裁Dave Perkon也使用来自机器人供应商的仿真软件。“大多数顶级机器人供应商都有仿真软件,”他说。AeroSpec公司设计和生产各种离散的制造设备,从精益装配站到高速机器人装配与操作系统。

 “在概念和报价阶段,仿真软件帮助项目朝正确方向发展,并让客户参与进来实现他们的要求,”Perkon说。“如果实际设备无法达到仿真的结果就表明该方案需要改进。”

而且一旦系统完成设计,一些仿真器就可以创建代码。“虽然有配置差异,但许多仿真软件包的最终产品是可以直接下载的、针对机器人编程的软件,”Perkon解释说。

针对安全性的软件仿真

Phoenix Contact公司提供SafeConf安全配置软件,它可以直接通过编程软件进行硬件仿真。“在设计自动化时确保安全系统的功能是很重要的,特别对于机器的启动和验证阶段,”产品营销专家Zachary Stank说。“仿真让你在使用硬件之前一步一步审查启动过程,以确保所有的安全逻辑性都是正确的。”

InduSoft公司的第三方产品支持工程师Richard Clark解释其客户如何使用HMI软件的仿真功能。“机器制造商使用InduSoft Web Studio来创建近似实际过程或机械的仿真环境是很常见的做法。创造过程控制或机器仿真的优点是它能在安全的环境中实施,而无需将工人暴露在安全问题中。它也不会在引入新技术时给生产线带来潜在破坏或污染。”

挑战与问题

虽然仿真提供了很多好处,但也不是没有挑战(表2)。仿真软件包并不完美。“我见得最多的挑战就是如果遇到任何错误仿真就会停止,”位于圣路易斯的系统集成商Malisko工程公司的运营主管Tim Malyszko说,“换句话说,如果仿真设备指向了一个在物理或仿真控制器中不存在的标签,整个仿真就结束了,”你还必须了解你的工具。“仿真软件使用起来不是很直观,需要大量时间来学习,”他补充说。

表2:仿真的挑战
1. 往往难以精确的仿真操作
2. 安全系统必须在现场设备上进行测试
3. 仿真可能不完全准确
4. 仿真可能会出乎意料地失败
5. 需要学习仿真软件程序
6. 仿真软件必须与控制器集成


仿真并不总是准确的。“有时我们的实际机器人设备无法达到仿真机器人的时间周期,” AeroSpec公司的Perkon指出。“在现实世界中通常需要调整机器人的运动规律,并且调整方法与偏离运动的规律。仿真并不能完全复制真实的世界。”

InduSoft公司的Clark同意这一说法。“创建或使用仿真环境面临的主要挑战是准确建模以及再现那些最终集成了过程、机器或机器人的操作条件。”

Delta Computer Systems市场总监Bill Savela总结:“仿真器必须为实际硬件提供正确的结果,”他说,“虽然仿真可以在安装前提供有价值的信息,但它并不是真正的系统。最终调整,验证序列操作以及测试布线等任务仍然是必需的。”

结论

仿真正在成为控制系统开发的重要组成部分。机器人和控制软件供应商等众多供应商正在为其系统增加仿真功能,因为他们意识到它所提供的价值。正如Beckhoff公司的TwinCAT产品专家Daymon Thompson所说,“在自动化行业的软件和硬件供应商都意识到仿真的优势与能力,并将其视为机器设计的核心。”

仿真并不像在公园散步那样轻松。设置系统可能是很困难的。如果仿真不能与真实系统非常接近,它就没有多大用处。

尽管存在这些困难,仿真的好处仍然超过了在许多应用中遇到的挑战,特别对于那些现场设备测试不可行、不安全或不方便的情况。

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