机器设计概念改善自动化和控制模拟

虚拟设计工具和自动化软件相交，以节省机器调试中的时间和成本，因此工程师可以在实施前发现潜在的缺陷。

Daymon汤普森 2019年4月8日

快速移动的产品开发工作需求快速改进控制工程和制造过程。企业倡议经常对控制工程师的责任加速到市场，使这种动态变得复杂。许多设计工具可用于帮助速度工程工作。这些包括一些技术里程碑，例如在控制侧的机械侧和可编程逻辑控制器（PLC）上引入计算机辅助牵伸（CAD）。虽然这些增加了机器设计的速度和性能，但各个系统必须与其他技术集成，以实现新的制造产品或功能机器。

工程和设计中使用的系统和工具也需要在数字空间中测试新项目的方法。工程和设计的下一个重大改进是自动化和控制模拟，它提供了在过程中很早开始测试和调试机器的能力，例如在交付之前或期间，或在初始机械部件制造期间。

软件开发是现代控制系统仿真开发的第一步。这些工程环境允许在工程PC上模拟可伸缩的控制代码，在设计阶段不需要硬件控制器。该代码也应该实时运行，这意味着如果PLC代码有一个1毫秒的更新周期，它应该在1毫秒模拟。运行不同的更新速率可能会阻止程序员识别多个任务的潜在计时或“竞争”条件。模拟能力超出了PLC，纳入运动系统设计，以及。虽然所有的程序员都可以受益于过程中较早的清晰代码，但在运动学、传动装置和高级凸轮表上工作的高级运动程序员可以在购买任何电机或驱动器之前编写、测试和调试代码。

有效模拟的CAD注意事项

一旦PLC和运动控制模拟就在工程和编程环境中，下一个集成测试就会使用允许三维机器和系统仿真的工厂/设施模型和CAD工具运行。创建连接控件工程环境，仿真软件和三维CAD或仿真系统的数字链路执行此操作。这种连接的目的是一种软件 - 环路（SIL）模拟机器或系统上的预期序列，以支持虚拟调试。

在进行虚拟调试时，机器和系统部件的三维仿真是关键。在仿真中，所有单独安装组件的运动和相互作用被组合表示，以便提前预测碰撞和系统的关键状态。模拟还可以在机器完成之前使用，以培训操作人员和维护人员进行常规操作，并学习基于模拟的关键机器状态的故障排除说明。

当流程以真实的流程更新速度在基于pc的自动化软件上实时运行时，MathWorks的Simulink通过将机器或系统连接到控制工程环境和3-D CAD或仿真系统的数字链接，继续监控机器或系统的性能。礼貌:Beckhoff自动化(/标题)

现代仿真工具具有方便的拖放功能，用于配置和参数化链接。可以在软件工具之间映射复杂的关系。即使使用未来的系统扩展，机器，系统和安装组件的SIL仿真也是简单方便的。

现场简和网络的因素

任何虚拟调试模拟的目标是用准确的模型代表机器或过程。但是，许多虚拟调试系统不考虑应用程序中的现场总线或网络技术。在不检查功能现场总线的情况下，实际系统的测试和调试永远不会完整。也应包括模拟或虚拟调试。

通过EtherCAT工业以太网技术，完整的虚拟机调试成为可能，通过以太网电缆将机器控制器连接到运行模拟的计算机，而不需要重新配置机器控制器。借助基于pc的控制软件和标准网卡提供的EtherCAT模拟功能，仿真计算机可以模拟连接的EtherCAT从机。

出于配置目的，EtherCAT从机的架构与原来的机器配置是相反的。机器模拟所需的所有EtherCAT功能都已建模，包括用于高度精确设备同步的分布式时钟。由于实现了基于EtherCAT的CAN应用协议(CoE)和基于EtherCAT的伺服驱动配置文件(SoE)，因此也可以在仿真环境中处理非循环命令。

在机器设计过程中，也可以实时模拟整个现场总线网络。这种方法提供实际的网络更新速率，以准确确定应用程序所需的控制器CPU的大小。这确保了工程师在实际调试机器时需要切换到更大的处理器。这也保持适当的机器控制性能水平，并保持整体设备成本在控制之下。

实时HIL, SIL仿真

工程师可以利用仿真软件环境创建高级算法，并利用基于pc的控制软件实时运行算法。在基于pc的控制平台上模拟的机床控制项目也可以用于SIL实时仿真。通过与仿真软件的软件连接器，可以读取和写入真实世界的传感器和执行器数据。这允许仿真软件模型对真实信息进行操作，并实现软件模型的半实物仿真。

虚拟调试，实际工程效率

控制系统仿真和虚拟调试可以在所有机器和工厂设计阶段节省大量节省。使用仿真软件来识别和解决机械师，控制和编程的缺陷帮助工程师工作“更聪明，而不是更难”。