在构建新机器之前对其进行虚拟化和优化:这是否听起来很抽象?是。但这是所谓数字孪生概念的核心。KEB Automation使用dSPACE SCALEXIO实时系统实现了这一点,大大缩短了新型机器的开发时间。

仿真在工业设备开发中发挥着重要作用。虚拟调试(VD/VDE指南3693中有相关介绍)在该领域已经日渐成熟,它在机器的虚拟副本即数字孪生的帮助下进行。打造实机之前(图1),在虚拟实施中通过实时HIL仿真(其中包括仿真现场总线或实时以太网接口和真实的可编程逻辑控制器(PLC)),对机器及其传感器和执行器进行虚拟调试。这样,就可以在实机投入使用之前,检测和纠正PLC控制代码中的编程错误。虚拟调试的结果很大程度上取决于装置模型的详细程度。

传统方法:行为模型

如今,人们依然经常用行为模型来驱动控制器,其中部分原因是由于重新设计或实际组件中使用独立的固件代码。然而,这些行为模型通常只考虑到实际驱动器控制器的某些方面,最终可能导致错误,实机投入使用时才会显现。这意味着,行为模型越出色,机器开发中的迭代循环次数越少。

更好的方法:固件仿真模型

在仿真模型中使用驱动控制器(而非行为模型)的综合固件代码,有两大优点:首先,固件仿真模型的行为更加详实,比如在诊断、检测配置错误和测试参数等方面。其次,其功能范围随着每次固件更新自动扩展。

引擎仿真模型需要强有力的工具

常用的虚拟调试仿真工具主要用于机械和物流元素的仿真,其中包括通过仿真现场总线连接真实的PLC及实时以太网连接。这对机械和物流元素仿真来说足够了,但对引擎仿真模型而言是不够的。因而,驱动控制器是抽象的,即使有的话,也只是以理想化的方式仿真电机。

简介:EtherCAT网络仿真

dSPACE EtherCAT网络仿真用来仿真EtherCAT网络,控制器不会注意到通信中的差异。

功能

EtherCAT网络仿真接收来自控制器的EtherCAT帧,并加以修改,让它们的响应看起来像已经通过了EtherCAT参与者。从外表看来,只有两个参与者进行通信:控制器和dSPACE系统。

详细程度可扩展

dSPACE SCALEXIO系统包括FPGA,可用来以不同质量等级仿真网络参与者和与之相连的受控系统。有各种FPGA板卡可用来仿真非常快速的过程。

实时虚拟调试

这为数字孪生提供了一个平台和一个通信接口,其计时行为与实机相对应,可以对PLC代码进行真实的测试。详细程度可变,您还可以仿真能量流,检查馈入的利用率等。另外一个优势:还可以在网络参与者参数化甚至软件更新应用于实际设备之前以及推出实际设备之前,对其进行测试。

利用dSPACE SCALEXIO进行固件仿真

相比之下,由驱动控制器和电机模型组成的整个动力驱动系统(PDS)可以在dSPACE SCALEXIO实时系统上执行,由于有高性能处理器和FPGA单元(图2),开关频率可达16 kHz。由此,实时仿真通常达到功率输出级。增加了仿真现场总线和实时以太网接口,还可以支持考虑到电力潮流的虚拟调试。该仿真还可以优化装置设计。为此,扩展了dSPACE现场总线解决方案,将EtherCAT网络仿真(信息框)包含在内。有了这些扩展,也可以通过现场总线和具备真实PLC的实时以太网,在SCALEXIO系统上操作包含所有细节的固件仿真模型。总结与展望:SCALEXIO系统性能出众加上虚拟EtherCAT从站现场总线解决方案的扩展(信息框),为KEB Automation开辟了新的应用领域:如今,通过HIL仿真进行的KEB驱动控制器测试可以进行扩展,囊括KEB固件的SIL仿真。这样,即使在HIL仿真开始之前,也可以发现固件代码中的编程错误并加以纠正。因此,KEB计划为今后的KEB传动变频器扩展固件仿真模型产品组合;将来,固件仿真模型也会作为功能模型单元(FMU)提供。

总结与展望

SCALEXIO系统性能出众加上虚拟EtherCAT从站现场总线解决方案的扩展(信息框),为KEB Automation开辟了新的应用领域:如今,通过HIL仿真进行的KEB驱动控制器测试可以进行扩展,囊括KEB固件的SIL仿真。这样,即使在HIL仿真开始之前,也可以发现固件代码中的编程错误并加以纠正。因此,KEB计划为今后的KEB传动变频器扩展固件仿真模型产品组合;将来,固件仿真模型也会作为功能模型单元(FMU)提供。

Manuel Brose,KEB Automation ​​​​​​​

KEB Automation公司概况

KEB Automation公司概况

KEB Automation是知名的驱动技术供应商,为实现自动化提供全套解决方案。塑料机械、木材加工、工艺技术、内部物流,甚至风能和电动出行:KEB提供全方位的解决方案,包括HMI、控件、驱动装置,以及电机、齿轮和制动器等。KEB Automation Group于1972年成立,是一家家族企业,总部位于巴恩特鲁普(北威州),经营范围遍及全球,拥有近1,500名员工、12家子公司和50多家合作伙伴。

《dSPACE杂志》,2022年6月出版

  • 产品信息

  • SCALEXIO

    RCP和仿真应用的模块化实时系统

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