Что такое моделирование
Моделирование – это процесс создания образа реальности или предстоящей реальности. Модель создается таким образом, чтобы перед началом реализации заданной темы проверялось, может ли она работать или ищется оптимальное решение.
Цель моделирования состоит в том, чтобы сократить расходы и сделать работу более эффективной даже при более поздних изменениях.
Моделирование служит основой для симуляций. Когда в модели подготовлены желаемые или ожидаемые состояния. Превентивно выявляются возможные ошибки, риски, неисправности и т.п.
Моделирование позволяет получить более полное представление об изучаемой проблеме. Это связано, в том числе, с его способностью имитировать и отслеживать стохастические и динамические свойства отдельных процессов и тем самым прогнозировать их поведение.
С помощью моделирования можно создавать и проверять разные варианты решения. В рамках экспериментов можно сравнить различные сценарии и решения ситуаций «Что, если...?».
Уже опыт создания модели может привести к предложениям по улучшению. Моделирование также можно использовать для проверки результатов, полученных с помощью других методов. Возможность использования созданной модели и в других областях человеческой деятельности.
Компьютерное моделирование
Использование компьютерного моделирования
Компьютерное моделирование становится необходимым вспомогательным инструментом в области управления проектами, проверки инвестиций в области проектирования производственных систем, а также оптимизации их эксплуатации.
С его помощью минимизируется риск принятия неверного решения, прогнозируется использование капитальных вложений, проверяются аварийные сценарии, повышается эффективность работы существующих производственных систем.
При экспериментировании с реальной системой это невозможно или слишком дорого. Когда задача не может быть решена аналитически. Чтобы открыть совершенно новые свойства. Проверить существующее решение, полученное другими методами.
Компьютерное моделирование осуществляется в полностью цифровой среде с использованием моделей и систем управления в соответствии с конкретными потребностями.
Основной необходимой функцией программного обеспечения для моделирования является поддержка импорта моделей в как можно большем количестве форматов.
Следующая необходимость — связать поведение модели с идеально идентичной системой управления, используемой в реальном мире. Этого можно добиться с помощью прямого подключения или через эмулятор.
Под термином «математическая модель» понимается записанная в форме математических соотношений совокупность знаний, представлений и гипотез об объекте моделирования. Современные среды компьютерного моделирования позволяют создать цифровую модель проектируемого устройства и в цифровом пространстве посмотреть, как оно себя поведёт. Далее, по результатам этих виртуальных испытаний, можно исследовать различные режимы работы элементов системы, искать ошибки в предлагаемой к реализации структуре, оптимизировать алгоритмы управления и даже автоматически создавать из этих алгоритмов программы управляющих цифровых контроллеров.
Моделирование и симуляция в автоматизации
Автоматизация и компьютерное управление – неотъемлемая часть производства. Мы медленно переходим от эпохи автоматизированных машин, управляемых операторами, к Индустрии 4.0 и связанному с ней частично или полностью автономному производству.
В связи с этим возникает потребность в симуляциях, позволяющих проводить симуляции на целых производственных единицах, а не на отдельных рабочих местах.
Тестирование изменений в существующем производстве на реальной системе является дорогостоящим, трудоемким, организационно сложным, ограничивает нормальное производство и не может повторяться часто.
Решение состоит в том, чтобы создать цифровую модель (цифровой двойник) производства еще до введения новой производственной программы, изменения технологического процесса, установки нового оборудования и т. д. и с помощью компьютерного моделирования проверить поведение производственной системы.
Возможность использования данных 3D-проектирования облегчает виртуальную проверку, оптимизацию и ввод в эксплуатацию сложных производственных систем, что приводит к более быстрому запуску производства и более высокому качеству.
Программируемый логический контроллер
При создании автоматизированных машин и систем управляющая программа часто должна быть написана задолго до того, как будет установлено реальное тестируемое оборудование.
Инженеры по управлению используют различные типы моделирования для проверки синтаксиса, правильного связывания или адресации тегов, а также функциональности кода.
Если программист работает с другими техниками, они часто используют общую таблицу для имен и адресов программных меток (тегов). Если таблица обновляется, то для внесения изменений можно координировать несколько программистов.
Спектр использования симуляторов чрезвычайно широк. Обработка моделирования также различается в зависимости от конкретных потребностей. В то же время их объем может варьироваться и даже изменяться непрерывно.
Для достижения долгосрочной полезной и эффективной выгоды необходимо использовать комплексное решение, позволяющее работать с внутренними и внешними входами — буквально платформу разработки.
Тестирование ошибок
Программируемый контроллер (ПЛК) и другое программное обеспечение для программирования используют инструменты, которые проверяют программу на наличие синтаксических ошибок. Если выполняются незаконные операции, программное обеспечение должно их отловить.
К сожалению, существует множество ошибок программирования, которые не являются ошибками синтаксиса или формата. Например, операторы могут вводить недопустимые числа в регистры данных через HMI, вызывая переполнение или доступ к несуществующим регистрам.
Значения ввода данных должны быть ограничены или защищены либо в элементе управления, либо в пользовательском интерфейсе.
В большинстве программ HMI используется тот или иной метод взаимодействия приложения с программой ПЛК перед ее загрузкой в аппаратное обеспечение. Это позволяет вам проверять адресацию тегов и выявлять опечатки и ошибки форматирования.
Симуляция автоматизированного технологического процесса в программе для программирования ПЛК
Программное обеспечение ПЛК обычно имеет доступные пакеты моделирования, которые могут запускать код без реального ПЛК. При использовании физические входы и выходы не подключаются, поэтому вместо реальных адресов необходимо использовать виртуальные адреса.
На некоторых платформах можно «связать» теги с другими адресами или также можно написать процедуры, которые сопоставляют один адрес с другим. Эти подпрограммы могут быть отключены или удалены после завершения моделирования.
Даже когда это сделано, трудно заставить смоделированные значения ввода/вывода (I/O) реагировать так же, как и реальные устройства, просто вручную переключая биты и изменяя числа. По этой причине подпрограммы моделирования часто пишутся так, чтобы обеспечить обратную связь, подобную «реальному» вводу-выводу.
Симуляторы компьютерного зрения
Для компьютерного зрения уже давно существуют программные симуляторы, которые обрабатывают сохраненные изображения без физической камеры. Программисты могут использовать это для настройки датчиков инструментов перед внедрением системы. Фотографии должны быть сделаны при разном освещении и в разных положениях.
Компании создают программные модули моделирования, которые запускаются на компьютере для имитации реальных объектов, но большинство из них предназначены только для обработки материалов.
Для сложных сборочных операций существует слишком много возможных комбинаций инструментов и исполнительных механизмов, и такая процедура не может быть использована.
Программное обеспечение для твердотельного моделирования позволяет перемещать объекты, но нет возможности связать объекты с управляющим программным обеспечением.
Написание процедуры моделирования может быть столь же сложным, как и написание исходной программы, поэтому эта процедура не часто используется в приложениях реального машиностроения. Но это полезно для того, чтобы показать программистам, как работает последовательность, поскольку индикаторы и объекты на HMI реагируют на симулированный ввод-вывод.
Другой метод моделирования заключается в создании небольших моделей, представляющих машину с датчиками и приводами (такими как конвейеры и пневматические приводы). Симулятор умеет сортировать цветные блоки по корзинам.
Моделирование может быть важным инструментом в арсенале специалиста по автоматизации, но оно не может заменить процесс отладки на реальном оборудовании.
Смотрите также: ПЛК остаются важным элементом всех областей современной автоматизации