Интегрированное программное обеспечение для моделирования автоматизации и управления движением обеспечивает простой и быстрый виртуальный ввод в эксплуатацию для машиностроителей.
Авторы: Кевин Ву и Колм Гэвин | Сименс Диджитал Индастриз
При разработке любой новой машины или установки неисправности почти неизбежны. Сбой во время ввода в эксплуатацию особенно проблематичен, поскольку это, вероятно, значительно увеличит затраты и задержит сроки проектирования. Что еще хуже, выход из строя физических компонентов машины может нанести вред оборудованию или даже людям-операторам.
Поэтому, чтобы снизить эти риски и улучшить работу по проектированию, производители оригинального оборудования (OEM-производители) обращаются к цифровым двойникам и виртуальному вводу в эксплуатацию. Эти методы проектирования, основанные на программном обеспечении, позволяют производителям оборудования выявлять недостатки и неэффективность конструкций до начала работы с реальными компонентами и сборки.
Виртуальный ввод в эксплуатацию включает в себя моделирование и имитацию работы машины, как правило, до физического создания чего-либо. Такой ввод в эксплуатацию помогает усовершенствовать функциональность на более ранних стадиях разработки, когда затраты на изменения и их последствия гораздо скромнее, чем на более поздних стадиях проектирования.
Цифровой двойник машины состоит из трех частей:
• Модель автоматизации
• Электрическая модель и модель поведения
• Физическая или кинематическая модель.
В идеале все они рассматриваются одновременно для наиболее точного представления машины. Тем не менее, не для всех приложений требуются все три модели.
Физические или кинематические модели в первую очередь необходимы для ранней проверки концепций машины, поскольку они обеспечивают визуализацию машины в 3D—модели и прогнозируют помехи, а также проверяют, как продукт будет проходить через машину. Но для инженеров по автоматизации может оказаться достаточным использовать только автоматические и электрические модели.
В этой статье мы подробно рассмотрим виртуальный ввод в эксплуатацию, используя только автоматические и электрические модели. Внедрение этих двух компонентов цифрового двойника позволяет производителям машин малого и среднего размера получить большинство существенных преимуществ виртуального ввода в эксплуатацию.
Виртуальный ввод в эксплуатацию полезен для машиностроителей, поскольку сводит к минимуму догадки при первом запуске станка и позволяет решать проблемы до физического ввода в эксплуатацию. Неудивительно, что это становится все более распространенным явлением по мере того, как механика машин становится все более изощренной.
Виртуальный ввод в эксплуатацию необходим для современных жизненных циклов разработки машин, поскольку он позволяет программистам визуализировать и тестировать сложные действия, которые в противном случае трудно спланировать.
Цифровой двойник — оцифрованная копия машины или другого автоматизированного устройства — является типичным эталоном для моделирования. Как уже упоминалось, он состоит из трех моделей:
Модели автоматизации связывают графическую визуализацию с кодом ПЛК машины, который, в свою очередь, выполняется “под капотом” в виртуальной модели. Таким образом, модели автоматизации дают программистам возможность использовать предварительно проверенные блоки предварительно написанного программного кода (представляющие движение или механический компонент машины) в своем коде для управления движением. В конечном счете, это снижает требования к предварительному тестированию.
Лучшие предварительно проверенные программные блоки предоставляют удобные пошаговые руководства по настройке с помощью графического интерфейса пользователя (GUI) и представляют перемещения или механические компоненты машины. С этим предварительно написанным кодом связаны блоки данных, и они легко доступны в среде программирования ПЛК. Это позволяет просто просматривать часть программы автоматизации, связанную с управлением движением.
Как правило, модель автоматизации включает в себя предварительно проверенные программные блоки для управления скоростью, положением, синхронными осями и кулачками. Более того, эти программные блоки могут использоваться для обработки данных с внешних энкодеров и датчиков. Обычное устройство, такое как электропривод, назначается одному программному блоку, и последний включает в себя все данные о конфигурации и состоянии.
Пользователи могут включать предварительно написанные программные блоки и связанные с ними блоки программирования движения из предварительно созданной библиотеки, а затем повторно использовать их в рамках проекта. Все предварительно записанные блоки могут быть разделены между проектами, при этом настроенные в проекте приводы двигателей переназначаются на повторно используемые блоки.
Электрическая модель и модель поведения цифрового двойника машины могут имитировать работу активных компонентов и их периферийных устройств в реальном мире в зависимости от программирования системы автоматизации и условий окружающей среды, таких как температура и давление. Передовое программное обеспечение обеспечивает гибкость для запуска электрического моделирования и моделирования поведения с использованием физического или виртуального контроллера.
Как и в случае с моделью автоматизации, программисты могут использовать библиотеку стандартных компонентов для создания электрических моделей и моделей поведения приводов, исполнительных механизмов, двигателей, клапанов и других устройств. Это повышает первоначальную точность моделей, избегая при этом необходимости программирования симуляций с нуля.
Поскольку электрическая модель и модель поведения функционируют согласованно с моделью автоматизации, инженеры могут тестировать код автоматизации, изменяя условия окружающей среды — имитируя условия сбоя для проверки реакции программы ПЛК и выполняя другие действия.
Цифровые двойники также могут включать в себя физические и кинематические модели. Созданные с использованием данных САПР, такие модели характеризуют механические свойства в виртуализированном пространстве, что позволяет визуализировать поведение машины.
Связь между тремя моделями цифрового двойника облегчает идентификацию машинных ошибок перед любым физическим или рабочим прототипированием.
Для приложений, состоящих в основном из ПЛК и электроприводов, базовое программное обеспечение для моделирования управления движением (с программным обеспечением автоматизации) позволяет машиностроителям использовать большинство преимуществ использования цифровых двойников при проектировании. Автоматическая генерация виртуальных моделей осуществляется непосредственно из предварительно написанных программных блоков в программе автоматизации, создавая автоматические, электрические и поведенческие модели для моделирования.
Используя программное или аппаратное обеспечение в цикле, разработчики могут визуализировать взаимодействие между контроллерами автоматизации и сигналы, поступающие на периферийные объекты, такие как приводы, и от них.
Настройка такого моделирования требует от разработчиков минимальных усилий, поскольку базовые модели генерируются в виде стандартизированных функциональных макетных блоков или FMU. Каждый модуль FMU постоянно обновляется производителем по мере выпуска обновлений программного обеспечения и встроенного ПО для соответствующего физического устройства, что обеспечивает точное поведение моделирования и последовательную разработку на основе модели. Подобно заранее написанным программным блокам от поставщиков, FMU предварительно проверяются на соответствие физическим компонентам, что сокращает время, необходимое для настройки моделирования, и предоставляет больше возможностей для оптимизации производительности машины.
Рассмотрим сценарий применения соединения ПЛК и модели привода, в котором интегрированное программное обеспечение для автоматизации и моделирования управления движением повышает эффективность разработки:
Использование моделирования в качестве инструмента разработки и производства также улучшает коммуникацию между командами и ускоряет проверку, особенно когда работники находятся удаленно. Это обеспечивает более гибкую разработку программного обеспечения, поскольку изменения, направленные на улучшение работы, становятся очевидными задолго до того, как заработают реальные двигатели.
Мировой лидер в области теплопередачи и обработки жидкостей недавно интегрировал пакет программного обеспечения для моделирования one motion control в свои стандартные рабочие процессы для облегчения виртуального тестирования. Наблюдение и обновление моделей управления приводами на протяжении всей разработки позволяет компании выявлять ошибки на ранней стадии для безотказной интеграции во время реального ввода в эксплуатацию. Программное обеспечение также расширило возможности инженеров компании проводить тестирование из любого места, поскольку им больше не нужен физический привод и двигатель для настройки и оптимизации последовательности движений. Они также не тратят время на физическое подключение тестовых компонентов и датчиков.
Недавно производитель подшипников также использовал программное обеспечение для моделирования управления движением, чтобы расширить свои возможности тестирования. Планировалось, что шлифовальный станок пройдет обновление программного обеспечения и переезд, но тестирование его на новом месте обошлось бы примерно в 20 дней простоя, поскольку станок использовался на производстве в другом месте. Создав виртуальную модель станка и проведя тестирование аппаратного обеспечения в режиме реального времени в новой ячейке, команда инженеров собрала подходящую конфигурацию для шлифовального станка всего за четыре дня виртуальной отладки. Когда они подключили реальную машину к новой ячейке, никаких ошибок интерфейса не произошло, и производство было восстановлено без проблем.
Виртуальный ввод в эксплуатацию — бесценный инструмент для машиностроителей, а для тех, кто хочет провести моделирование до создания прототипа, программное обеспечение для моделирования управления движением является достижимой отправной точкой. Благодаря автоматической генерации средств автоматизации, электрических моделей и моделей поведения он обеспечивает простые и точные средства для тестирования как аппаратного, так и программного обеспечения в режиме реального времени.
Это позволяет инженерам оптимизировать процедуры тестирования и работать более слаженно. Это также помогает машиностроителям сократить затраты на разработку, поскольку они могут выявить множество ошибок практически до начала работы с реальными деталями, и снижает риски для безопасности при фактическом вводе в эксплуатацию, одновременно способствуя непрерывной и эффективной эксплуатации.
Сименс | industry.siemens.com
Кевин Ву — менеджер по маркетингу продуктов SIMATIC motion controller для Siemens Industry в Соединенных Штатах. Он имеет более чем 15-летний опыт работы с автоматикой и приводами Siemens, а также опыт технического проектирования производственных машин.
Кевин — консультант по безопасности движения при проектировании машинных систем.
Колм Гэвин является менеджером по развитию портфолио программного обеспечения Siemens Digital Industries и отвечает за продвижение тем цифровизации для производителей станков и поточных линий в Соединенных Штатах. Проработав в Siemens более 20 лет, он использует свой опыт в дискретном производстве, чтобы помочь компаниям воспользоваться преимуществами инноваций, появляющихся в индустрии 4.0. До своей нынешней должности Колм отвечал за маркетинг программного обеспечения Siemens Totally Integrated Automation Portal в США и работал над разработкой программного обеспечения в Siemens в Германии.
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии