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使用仿真軟件可縮短設計周期、啟動時間以及暴露于危險環境的時間。

仿真機、機器人和軟件的過程滑移操作是測試控制器代碼、裝置設定和HMI配置的最佳方法—缺少與完成系統的實際連接。在許多情況下仿真是一個測試實際系統的更為實際的選擇，這其中有各種原因，包括開發原型的能力以及通過先測試軟件來保持安全環境的意愿。

當完整的機器、機器人、滑移或系統不可用作測試時，甚至有時當它們可以用作測試時，仿真能縮短設計周期，提高性能并且大大減少啟動時間。表1列出了仿真的一些具體優點。

表1：仿真的優點

1. 比在實際機器或機器人上測試更快

2. 可以作為一個逼真的訓練工具

3. 可以快速成型

4. 當實際系統不可用時可以使用它

5. 當應用程序不可行時它會顯示出來

6. 可以仿真其他廠商的設備

7. 可以測試每一個可能的故障

8. 揭露不可預見的問題

9. 不會擾亂當前的過程和系統

10. 可以直接生成控制器代碼

為什么要仿真？

位于南達科他州拉皮德市的Accurpress America公司生產液壓制動器和用于制造金屬板的剪切機。Accurpress America機器控制開發專家Allen Guernsey稱機器可以是很復雜的。“目前我們針對制動器的PLC版本可以應付28個軸，我們可以把機器前后連接起來工作，”他說。“有時制動器和剪切機是系統的一部分，在這種情況下其他機器從不同工廠送往客戶，所以仿真是啟動前運行所有機器的唯一方法。”

仿真減少了研發時間。“能夠在仿真環境中觀察機器運行有助于生成更好的PLC代碼，因為在仿真中無需冒著機器崩潰的風險就能測試更多的失效保護措施，”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自動化控制器和TwinCAT自動化軟件。“使用TwinCAT對機器控制進行仿真是軟件設計的基礎，”Guernsey說。內置的仿真節省了時間并降低了成本，因為沒必要購買單獨的軟件仿真包，然后學習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器制造商AeroSpec高級技術副總裁Dave Perkon也使用來自機器人供應商的仿真軟件。“大多數頂級機器人供應商都有仿真軟件，”他說。AeroSpec公司設計和生產各種離散的制造設備，從精益裝配站到高速機器人裝配與操作系統。

 “在概念和報價階段，仿真軟件幫助項目朝正確方向發展，并讓客戶參與進來實現他們的要求，”Perkon說。“如果實際設備無法達到仿真的結果就表明該方案需要改進。”

而且一旦系統完成設計，一些仿真器就可以創建代碼。“雖然有配置差異，但許多仿真軟件包的最終產品是可以直接下載的、針對機器人編程的軟件，”Perkon解釋說。

針對安全性的軟件仿真

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行硬件仿真。“在設計自動化時確保安全系統的功能是很重要的，特別對于機器的啟動和驗證階段，”產品營銷專家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。“機器制造商使用InduSoft Web Studio來創建近似實際過程或機械的仿真環境是很常見的做法。創造過程控制或機器仿真的優點是它能在安全的環境中實施，而無需將工人暴露在安全問題中。它也不會在引入新技術時給生產線帶來潛在破壞或污染。”

挑戰與問題

雖然仿真提供了很多好處，但也不是沒有挑戰（表2）。仿真軟件包并不完美。“我見得最多的挑戰就是如果遇到任何錯誤仿真就會停止，”位于圣路易斯的系統集成商Malisko工程公司的運營主管Tim Malyszko說，“換句話說，如果仿真設備指向了一個在物理或仿真控制器中不存在的標簽，整個仿真就結束了，”你還必須了解你的工具。“仿真軟件使用起來不是很直觀，需要大量時間來學習，”他補充說。

表2：仿真的挑戰

1. 往往難以精確的仿真操作

2. 安全系統必須在現場設備上進行測試

3. 仿真可能不完全準確

4. 仿真可能會出乎意料地失敗

5. 需要學習仿真軟件程序

6. 仿真軟件必須與控制器集成

仿真并不總是準確的。“有時我們的實際機器人設備無法達到仿真機器人的時間周期，” AeroSpec公司的Perkon指出。“在現實世界中通常需要調整機器人的運動規律，并且調整方法與偏離運動的規律。仿真并不能完全復制真實的世界。”

InduSoft公司的Clark同意這一說法。“創建或使用仿真環境面臨的主要挑戰是準確建模以及再現那些最終集成了過程、機器或機器人的操作條件。”

Delta Computer Systems市場總監Bill Savela總結：“仿真器必須為實際硬件提供正確的結果，”他說，“雖然仿真可以在安裝前提供有價值的信息，但它并不是真正的系統。最終調整，驗證序列操作以及測試布線等任務仍然是必需的。”

結論

仿真正在成為控制系統開發的重要組成部分。機器人和控制軟件供應商等眾多供應商正在為其系統增加仿真功能，因為他們意識到它所提供的價值。正如Beckhoff公司的TwinCAT產品專家Daymon Thompson所說，“在自動化行業的軟件和硬件供應商都意識到仿真的優勢與能力，并將其視為機器設計的核心。”

仿真并不像在公園散步那樣輕松。設置系統可能是很困難的。如果仿真不能與真實系統非常接近，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用中遇到的挑戰，特別對于那些現場設備測試不可行、不安全或不方便的情況。