使用仿真軟件可縮短設計周期、啟動(dòng)時(shí)間以及暴露于危險環(huán)境的時(shí)間。

仿真機、機器人和軟件的過(guò)程滑移操作是測試控制器代碼、裝置設定和HMI配置的最佳方法—缺少與完成系統的實(shí)際連接。在許多情況下仿真是一個(gè)測試實(shí)際系統的更為實(shí)際的選擇，這其中有各種原因，包括開(kāi)發(fā)原型的能力以及通過(guò)先測試軟件來(lái)保持安全環(huán)境的意愿。

當完整的機器、機器人、滑移或系統不可用作測試時(shí)，甚至有時(shí)當它們可以用作測試時(shí)，仿真能縮短設計周期，提高性能并且大大減少啟動(dòng)時(shí)間。表1列出了仿真的一些具體優(yōu)點(diǎn)。

表1：仿真的優(yōu)點(diǎn)

1. 比在實(shí)際機器或機器人上測試更快

2. 可以作為一個(gè)逼真的訓練工具

3. 可以快速成型

4. 當實(shí)際系統不可用時(shí)可以使用它

5. 當應用程序不可行時(shí)它會(huì )顯示出來(lái)

6. 可以仿真其他廠(chǎng)商的設備

7. 可以測試每一個(gè)可能的故障

8. 揭露不可預見(jiàn)的問(wèn)題

9. 不會(huì )擾亂當前的過(guò)程和系統

10. 可以直接生成控制器代碼

為什么要仿真？

位于南達科他州拉皮德市的Accurpress America公司生產(chǎn)液壓制動(dòng)器和用于制造金屬板的剪切機。Accurpress America機器控制開(kāi)發(fā)專(zhuān)家Allen Guernsey稱(chēng)機器可以是很復雜的?！澳壳拔覀冡槍χ苿?dòng)器的PLC版本可以應付28個(gè)軸，我們可以把機器前后連接起來(lái)工作，”他說(shuō)?！坝袝r(shí)制動(dòng)器和剪切機是系統的一部分，在這種情況下其他機器從不同工廠(chǎng)送往客戶(hù)，所以仿真是啟動(dòng)前運行所有機器的唯一方法?！?/p>

仿真減少了研發(fā)時(shí)間?！澳軌蛟诜抡姝h(huán)境中觀(guān)察機器運行有助于生成更好的PLC代碼，因為在仿真中無(wú)需冒著(zhù)機器崩潰的風(fēng)險就能測試更多的失效保護措施，”Guernsey解釋說(shuō)?！袄缥铱梢苑抡嬉簤焊椎奶匦?，引入像卡缸這樣的錯誤。到目前為止我還沒(méi)遇到過(guò)無(wú)法仿真的東西?！?/p>

Accurpress America采用Beckhoff自動(dòng)化控制器和TwinCAT自動(dòng)化軟件?！笆褂肨winCAT對機器控制進(jìn)行仿真是軟件設計的基礎，”Guernsey說(shuō)。內置的仿真節省了時(shí)間并降低了成本，因為沒(méi)必要購買(mǎi)單獨的軟件仿真包，然后學(xué)習如何使用它來(lái)集成控制器及其軟件。

位于亞利桑那州錢(qián)德勒市的機器制造商AeroSpec高級技術(shù)副總裁Dave Perkon也使用來(lái)自機器人供應商的仿真軟件?！按蠖鄶淀敿墮C器人供應商都有仿真軟件，”他說(shuō)。AeroSpec公司設計和生產(chǎn)各種離散的制造設備，從精益裝配站到高速機器人裝配與操作系統。

 “在概念和報價(jià)階段，仿真軟件幫助項目朝正確方向發(fā)展，并讓客戶(hù)參與進(jìn)來(lái)實(shí)現他們的要求，”P(pán)erkon說(shuō)?！叭绻麑?shí)際設備無(wú)法達到仿真的結果就表明該方案需要改進(jìn)?！?/p>

而且一旦系統完成設計，一些仿真器就可以創(chuàng )建代碼?！半m然有配置差異，但許多仿真軟件包的最終產(chǎn)品是可以直接下載的、針對機器人編程的軟件，”P(pán)erkon解釋說(shuō)。

針對安全性的軟件仿真

Phoenix Contact公司提供SafeConf安全配置軟件，它可以直接通過(guò)編程軟件進(jìn)行硬件仿真?！霸谠O計自動(dòng)化時(shí)確保安全系統的功能是很重要的，特別對于機器的啟動(dòng)和驗證階段，”產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)家Zachary Stank說(shuō)?！胺抡孀屇阍谑褂糜布耙徊揭徊綄彶閱?dòng)過(guò)程，以確保所有的安全邏輯性都是正確的?！?/p>

InduSoft公司的第三方產(chǎn)品支持工程師Richard Clark解釋其客戶(hù)如何使用HMI軟件的仿真功能?！皺C器制造商使用InduSoft Web Studio來(lái)創(chuàng )建近似實(shí)際過(guò)程或機械的仿真環(huán)境是很常見(jiàn)的做法。創(chuàng )造過(guò)程控制或機器仿真的優(yōu)點(diǎn)是它能在安全的環(huán)境中實(shí)施，而無(wú)需將工人暴露在安全問(wèn)題中。它也不會(huì )在引入新技術(shù)時(shí)給生產(chǎn)線(xiàn)帶來(lái)潛在破壞或污染?！?/p>

挑戰與問(wèn)題

雖然仿真提供了很多好處，但也不是沒(méi)有挑戰（表2）。仿真軟件包并不完美?！拔乙?jiàn)得最多的挑戰就是如果遇到任何錯誤仿真就會(huì )停止，”位于圣路易斯的系統集成商Malisko工程公司的運營(yíng)主管Tim Malyszko說(shuō)，“換句話(huà)說(shuō)，如果仿真設備指向了一個(gè)在物理或仿真控制器中不存在的標簽，整個(gè)仿真就結束了，”你還必須了解你的工具?！胺抡孳浖褂闷饋?lái)不是很直觀(guān)，需要大量時(shí)間來(lái)學(xué)習，”他補充說(shuō)。

表2：仿真的挑戰

1. 往往難以精確的仿真操作

2. 安全系統必須在現場(chǎng)設備上進(jìn)行測試

3. 仿真可能不完全準確

4. 仿真可能會(huì )出乎意料地失敗

5. 需要學(xué)習仿真軟件程序

6. 仿真軟件必須與控制器集成

仿真并不總是準確的?！坝袝r(shí)我們的實(shí)際機器人設備無(wú)法達到仿真機器人的時(shí)間周期，” AeroSpec公司的Perkon指出?！霸诂F實(shí)世界中通常需要調整機器人的運動(dòng)規律，并且調整方法與偏離運動(dòng)的規律。仿真并不能完全復制真實(shí)的世界?！?/p>

InduSoft公司的Clark同意這一說(shuō)法?！皠?chuàng )建或使用仿真環(huán)境面臨的主要挑戰是準確建模以及再現那些最終集成了過(guò)程、機器或機器人的操作條件?！?/p>

Delta Computer Systems市場(chǎng)總監Bill Savela總結：“仿真器必須為實(shí)際硬件提供正確的結果，”他說(shuō)，“雖然仿真可以在安裝前提供有價(jià)值的信息，但它并不是真正的系統。最終調整，驗證序列操作以及測試布線(xiàn)等任務(wù)仍然是必需的?！?/p>

結論

仿真正在成為控制系統開(kāi)發(fā)的重要組成部分。機器人和控制軟件供應商等眾多供應商正在為其系統增加仿真功能，因為他們意識到它所提供的價(jià)值。正如Beckhoff公司的TwinCAT產(chǎn)品專(zhuān)家Daymon Thompson所說(shuō)，“在自動(dòng)化行業(yè)的軟件和硬件供應商都意識到仿真的優(yōu)勢與能力，并將其視為機器設計的核心?！?/p>

仿真并不像在公園散步那樣輕松。設置系統可能是很困難的。如果仿真不能與真實(shí)系統非常接近，它就沒(méi)有多大用處。

盡管存在這些困難，仿真的好處仍然超過(guò)了在許多應用中遇到的挑戰，特別對于那些現場(chǎng)設備測試不可行、不安全或不方便的情況。