驅(qū)動(dòng)數(shù)字化仿真的四種方法

今天我們分享數(shù)字化工廠仿真之驅(qū)動(dòng)數(shù)字化仿真的四種方法

驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化仿真

無論是縮短上市時(shí)間，加快生產(chǎn)速度，降低成本，提高質(zhì)量還是提高靈活性–大多數(shù)工業(yè)公司都必須應(yīng)對(duì)不斷變化的挑戰(zhàn)，以適應(yīng)市場(chǎng)的不斷變化。仿真為這些挑戰(zhàn)提供了關(guān)鍵的答案。仿真中的關(guān)鍵要素是數(shù)字模型，生產(chǎn)機(jī)?以虛擬的方式進(jìn)行構(gòu)建?；谲浖梢愿槙车貥?gòu)建機(jī)?，更快地建立生產(chǎn)線，并最大程度地利用軟件的優(yōu)勢(shì)。不僅在調(diào)試階段，在從設(shè)計(jì)到安裝，操作和維修的整個(gè)生命周期中提供附加值?？梢酝ㄟ^多種不同方式使用虛擬模型：例如，評(píng)估不同的機(jī)?設(shè)計(jì)，培訓(xùn)操作員以確保順利開始生產(chǎn)，或在虛擬展示中用作演示模型。

數(shù)字化模擬仿真的最主要目的是盡可能復(fù)制機(jī)器，設(shè)備或工廠。為此，對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界中涉及的每個(gè)組件，必須盡可能的存在虛擬世界中的等效對(duì)象。

對(duì)于真實(shí)的PLC控制器可以使用PLCSIM、PLCSIM Advanced進(jìn)行模擬仿真，而真實(shí)的HMI也可以在博途提供的虛擬功能中進(jìn)行仿真。對(duì)于機(jī)械部件，可以使用NX Mechatronics概念設(shè)計(jì)器（NX MCD）創(chuàng)建真實(shí)機(jī)器的虛擬3D圖像并進(jìn)行交互。

而對(duì)于本文針對(duì)的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品而言，當(dāng)前的一種仿真解決方案是基于SIMIT仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。此平臺(tái)可以對(duì)包含驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的自動(dòng)化項(xiàng)目進(jìn)行全面測(cè)試，并可以對(duì)系統(tǒng)，機(jī)器和過程進(jìn)行虛擬調(diào)試或者培訓(xùn)。

驅(qū)動(dòng)仿真的四種方法

當(dāng)前基于SIMIT實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)仿真主要有四種方法，介紹如下。

1基于軟件標(biāo)準(zhǔn)功能模塊

方法1：基于SIMIT的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)模型來實(shí)現(xiàn)。這種方法是利用SIMIT軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)模塊構(gòu)建驅(qū)動(dòng)通信數(shù)據(jù)級(jí)的仿真。此種方法的好處是可以非常靈活的構(gòu)建需要的驅(qū)動(dòng)功能和數(shù)據(jù)，但是對(duì)于工程師的準(zhǔn)備工作負(fù)荷會(huì)有所增加。只要安裝了SIMIT軟件，就可以進(jìn)行相關(guān)的仿真工作。

如果PLC使用運(yùn)動(dòng)控制工藝對(duì)象來與驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信，那么可采用方法1來實(shí)現(xiàn)。

（自行構(gòu)建驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)）

2基于SIMIT的擴(kuò)展行為庫(kù)

為了解決或者減輕工程師在方法1中的工作量，并且為了涵蓋更多的驅(qū)動(dòng)器的功能，可以使用SIMIT的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)行為庫(kù)。該庫(kù)提供額外的驅(qū)動(dòng)仿真組件，作為SIMIT的標(biāo)準(zhǔn)DRIVES行為庫(kù)的擴(kuò)展，可以仿真驅(qū)動(dòng)的安全數(shù)據(jù)、扭矩?cái)?shù)據(jù)、特別是可以仿真EPOS基本定位數(shù)據(jù)。仿真塊基于詳細(xì)的PROFINET數(shù)據(jù)而提供驅(qū)動(dòng)器仿真。從控制器的視角，控制模型和控制真實(shí)的驅(qū)動(dòng)器是一樣的。這種方法需要在SIMIT軟件之上安裝擴(kuò)展行為庫(kù)。

如果PLC控制驅(qū)動(dòng)使用的是基本定位功能或者安全功能，那么應(yīng)該采用方法2來實(shí)現(xiàn)。

（利用驅(qū)動(dòng)行為庫(kù)進(jìn)行仿真）

3基于工藝的驅(qū)動(dòng)對(duì)象來實(shí)現(xiàn)

方法1和方法2是基于驅(qū)動(dòng)器而沒有對(duì)應(yīng)的被控對(duì)象，而對(duì)于很多設(shè)備調(diào)試，比如通過驅(qū)動(dòng)器控制材料的張力進(jìn)行連續(xù)加工，不僅需要模擬驅(qū)動(dòng)器，而且需要同時(shí)配合模擬機(jī)械和過程單元（如牽引驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)軸，導(dǎo)輥，跳舞輥裝置和材料行為），此時(shí)，可以使用方法3 。對(duì)所描述的模擬組件進(jìn)行統(tǒng)一建模。這使工程師可以在虛擬環(huán)境中測(cè)試和驗(yàn)證收放卷的張力控制。除了張力控制還可以實(shí)現(xiàn)以下的基于工藝的對(duì)象仿真：

?柔版印刷機(jī)的定位

? 智能皮帶控制（多皮帶控制）

? 飛輪壓機(jī)

? 線性電機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)

（應(yīng)用級(jí)別仿真模型）

4SINAMICS DriveSim 軟件解決方案

除了以上的現(xiàn)有方法之外，西門子在2021年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)中，提出了一種新型的SINAMICS DriveSim 軟件解決方案，當(dāng)前提供的為此軟件的basic版本，是基于模型在環(huán)（MiL）的版本。使用DriveSim Basic時(shí)，工程師無需為了仿真需要自行構(gòu)建驅(qū)動(dòng)模型， DriveSim Basic軟件提供封閉且經(jīng)過測(cè)試的驅(qū)動(dòng)模型。與使用仿真程序手動(dòng)搭建仿真驅(qū)動(dòng)器相比，使用DriveSim Basic可以節(jié)省大量的仿真準(zhǔn)備時(shí)間。

通過DriveSim快速簡(jiǎn)單的模擬驅(qū)動(dòng)器，可以搭建橋梁將PLC與機(jī)械模型結(jié)合起來。在設(shè)備設(shè)計(jì)前期，可以將計(jì)算出的負(fù)載曲線加載到TIA選型工具或SIZER中，進(jìn)而完成驅(qū)動(dòng)選型。在設(shè)備調(diào)試階段，可以結(jié)合西門子PLCSIM Advanced或NX MCD，可實(shí)施具有高度一致性的統(tǒng)一的開發(fā)虛擬調(diào)試流程。DriveSim可兼容很多仿真程序，如Simit、Simcenter Amesim、NX Motion或者Matlab Simulink。

審核編輯：湯梓紅