使用仿真軟件可縮短設(shè)計(jì)周期、啟動(dòng)時(shí)間以及暴露于危險(xiǎn)環(huán)境的時(shí)間。
仿真機(jī)、機(jī)器人和軟件的過程滑移操作是測(cè)試控制器代碼、裝置設(shè)定和HMI配置的最佳方法—缺少與完成系統(tǒng)的實(shí)際連接。在許多情況下仿真是一個(gè)測(cè)試實(shí)際系統(tǒng)的更為實(shí)際的選擇，這其中有各種原因，包括開發(fā)原型的能力以及通過先測(cè)試軟件來保持安全環(huán)境的意愿。
當(dāng)完整的機(jī)器、機(jī)器人、滑移或系統(tǒng)不可用作測(cè)試時(shí)，甚至有時(shí)當(dāng)它們可以用作測(cè)試時(shí)，仿真能縮短設(shè)計(jì)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(jī)器或機(jī)器人上測(cè)試更快
2. 可以作為一個(gè)逼真的訓(xùn)練工具
3. 可以快速成型
4. 當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)不可用時(shí)可以使用它
5. 當(dāng)應(yīng)用程序不可行時(shí)它會(huì)顯示出來
6. 可以仿真其他廠商的設(shè)備
7. 可以測(cè)試每一個(gè)可能的故障
8. 揭露不可預(yù)見的問題
9. 不會(huì)擾亂當(dāng)前的過程和系統(tǒng)
10. 可以直接生成控制器代碼
為什么要仿真？
位于南達(dá)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(jī)。Accurpress America機(jī)器控制開發(fā)專家Allen Guernsey稱機(jī)器可以是很復(fù)雜的。“目前我們針對(duì)制動(dòng)器的PLC版本可以應(yīng)付28個(gè)軸，我們可以把機(jī)器前后連接起來工作，”他說。“有時(shí)制動(dòng)器和剪切機(jī)是系統(tǒng)的一部分，在這種情況下其他機(jī)器從不同工廠送往客戶，所以仿真是啟動(dòng)前運(yùn)行所有機(jī)器的唯一方法。”
仿真減少了研發(fā)時(shí)間。“能夠在仿真環(huán)境中觀察機(jī)器運(yùn)行有助于生成更好的PLC代碼，因?yàn)樵诜抡嬷袩o需冒著機(jī)器崩潰的風(fēng)險(xiǎn)就能測(cè)試更多的失效保護(hù)措施，”Guernsey解釋說。“例如我可以仿真液壓缸的特性，引入像卡缸這樣的錯(cuò)誤。到目前為止我還沒遇到過無法仿真的東西。”
Accurpress America采用Beckhoff自動(dòng)化控制器和TwinCAT自動(dòng)化軟件。“使用TwinCAT對(duì)機(jī)器控制進(jìn)行仿真是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，”Guernsey說。內(nèi)置的仿真節(jié)省了時(shí)間并降低了成本，因?yàn)闆]必要購買單獨(dú)的軟件仿真包，然后學(xué)習(xí)如何使用它來集成控制器及其軟件。
位于亞利桑那州錢德勒市的機(jī)器制造商AeroSpec高級(jí)技術(shù)副總裁Dave Perkon也使用來自機(jī)器人供應(yīng)商的仿真軟件。“大多數(shù)頂級(jí)機(jī)器人供應(yīng)商都有仿真軟件，”他說。AeroSpec公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)各種離散的制造設(shè)備，從精益裝配站到高速機(jī)器人裝配與操作系統(tǒng)。
“在概念和報(bào)價(jià)階段，仿真軟件幫助項(xiàng)目朝正確方向發(fā)展，并讓客戶參與進(jìn)來實(shí)現(xiàn)他們的要求，”Perkon說。“如果實(shí)際設(shè)備無法達(dá)到仿真的結(jié)果就表明該方案需要改進(jìn)。”
而且一旦系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)，一些仿真器就可以創(chuàng)建代碼。“雖然有配置差異，但許多仿真軟件包的最終產(chǎn)品是可以直接下載的、針對(duì)機(jī)器人編程的軟件，”Perkon解釋說。
針對(duì)安全性的軟件仿真
Phoenix Contact公司提供SafeConf安全配置軟件，它可以直接通過編程軟件進(jìn)行硬件仿真。“在設(shè)計(jì)自動(dòng)化時(shí)確保安全系統(tǒng)的功能是很重要的，特別對(duì)于機(jī)器的啟動(dòng)和驗(yàn)證階段，”產(chǎn)品營銷專家Zachary Stank說。“仿真讓你在使用硬件之前一步一步審查啟動(dòng)過程，以確保所有的安全邏輯性都是正確的。”
InduSoft公司的第三方產(chǎn)品支持工程師Richard Clark解釋其客戶如何使用HMI軟件的仿真功能。“機(jī)器制造商使用InduSoft Web Studio來創(chuàng)建近似實(shí)際過程或機(jī)械的仿真環(huán)境是很常見的做法。創(chuàng)造過程控制或機(jī)器仿真的優(yōu)點(diǎn)是它能在安全的環(huán)境中實(shí)施，而無需將工人暴露在安全問題中。它也不會(huì)在引入新技術(shù)時(shí)給生產(chǎn)線帶來潛在破壞或污染。”
挑戰(zhàn)與問題
雖然仿真提供了很多好處，但也不是沒有挑戰(zhàn)（表2）。仿真軟件包并不完美。“我見得最多的挑戰(zhàn)就是如果遇到任何錯(cuò)誤仿真就會(huì)停止，”位于圣路易斯的系統(tǒng)集成商Malisko工程公司的運(yùn)營主管Tim Malyszko說，“換句話說，如果仿真設(shè)備指向了一個(gè)在物理或仿真控制器中不存在的標(biāo)簽，整個(gè)仿真就結(jié)束了，”你還必須了解你的工具。“仿真軟件使用起來不是很直觀，需要大量時(shí)間來學(xué)習(xí)，”他補(bǔ)充說。
表2：仿真的挑戰(zhàn)
1. 往往難以精確的仿真操作
2. 安全系統(tǒng)必須在現(xiàn)場設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試
3. 仿真可能不完全準(zhǔn)確
4. 仿真可能會(huì)出乎意料地失敗
5. 需要學(xué)習(xí)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(zhǔn)確的。“有時(shí)我們的實(shí)際機(jī)器人設(shè)備無法達(dá)到仿真機(jī)器人的時(shí)間周期，” AeroSpec公司的Perkon指出。“在現(xiàn)實(shí)世界中通常需要調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且調(diào)整方法與偏離運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。仿真并不能完全復(fù)制真實(shí)的世界。”
InduSoft公司的Clark同意這一說法。“創(chuàng)建或使用仿真環(huán)境面臨的主要挑戰(zhàn)是準(zhǔn)確建模以及再現(xiàn)那些最終集成了過程、機(jī)器或機(jī)器人的操作條件。”
Delta Computer Systems市場總監(jiān)Bill Savela總結(jié)：“仿真器必須為實(shí)際硬件提供正確的結(jié)果，”他說，“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(tǒng)。最終調(diào)整，驗(yàn)證序列操作以及測(cè)試布線等任務(wù)仍然是必需的。”
結(jié)論
仿真正在成為控制系統(tǒng)開發(fā)的重要組成部分。機(jī)器人和控制軟件供應(yīng)商等眾多供應(yīng)商正在為其系統(tǒng)增加仿真功能，因?yàn)樗麄円庾R(shí)到它所提供的價(jià)值。正如Beckhoff公司的TwinCAT產(chǎn)品專家Daymon Thompson所說，“在自動(dòng)化行業(yè)的軟件和硬件供應(yīng)商都意識(shí)到仿真的優(yōu)勢(shì)與能力，并將其視為機(jī)器設(shè)計(jì)的核心。”
仿真并不像在公園散步那樣輕松。設(shè)置系統(tǒng)可能是很困難的。如果仿真不能與真實(shí)系統(tǒng)非常接近，它就沒有多大用處。
盡管存在這些困難，仿真的好處仍然超過了在許多應(yīng)用中遇到的挑戰(zhàn)，特別對(duì)于那些現(xiàn)場設(shè)備測(cè)試不可行、不安全或不方便的情況。
