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西門(mén)子代理|PLC模塊總代理商
1 概述
SIMIT Simulation Framework，簡(jiǎn)稱(chēng)SIMIT。它是西門(mén)子推出的一個(gè)仿真平臺(tái)，主要有兩個(gè)應(yīng)用方向：虛擬調(diào)試和操作員培訓(xùn)。
在流程行業(yè)的虛擬調(diào)試方面，SIMIT不僅可以做信號(hào)級(jí)仿真（即我們平時(shí)說(shuō)的DI、DO、AI、AO），也支持設(shè)備級(jí)仿真(如:電機(jī)、閥門(mén)和控制器等)，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)一些簡(jiǎn)單的過(guò)程級(jí)仿真(如：反應(yīng)釜及一些工藝反應(yīng)過(guò)程等)。如下圖所示：
2 信號(hào)級(jí)仿真
Couplings是自動(dòng)化系統(tǒng)與仿真模型之間的接口。SIMIT包含所有必要的Couplings以適應(yīng)不同的通信仿真和自動(dòng)化環(huán)境的要求。支持與自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際硬件的通信（硬件在環(huán)）和仿真控制器的通信（軟件在環(huán)）。SIMIT支持的Couplings如下圖所示。
具體應(yīng)用中可分為組態(tài)PLCSIM仿真、組態(tài)Virtual Controller仿真和模擬信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化三類(lèi)。下面是實(shí)現(xiàn)方法的詳細(xì)介紹。
2.1 組態(tài)PLCSIM仿真
首先是實(shí)現(xiàn)SIMIT和PLCSIM仿真軟件的耦合，這部分僅需三步即可實(shí)現(xiàn)：
將AS程序中地址相關(guān)的符號(hào)表導(dǎo)出(按地址排序后，選擇地址相關(guān)的符號(hào)，執(zhí)行導(dǎo)出操作。此時(shí)僅導(dǎo)出選中部分的符號(hào))。如下圖所示。
2. SIMIT項(xiàng)目中新建Couplings，選擇PLCSIM，然后在SIMIT中打開(kāi)該Couplings，按照下圖中的步驟導(dǎo)入第一步中導(dǎo)出的符號(hào)表。
3. 最后，先運(yùn)行PLCSIM，然后點(diǎn)擊SIMIT工具欄的運(yùn)行按鈕開(kāi)始仿真。仿真結(jié)果如下圖所示。
2.2 組態(tài)Virtual Controller仿真
與Virtual Controller的耦合只需在新建耦合時(shí)，選擇Virtual Controller，然后在彈出對(duì)話(huà)框中選擇對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目及所需的AS站即可。如下圖所示。
啟動(dòng)Virtual Controller仿真，就可以像使用真實(shí)CPU一樣下載硬件組態(tài)和程序。仿真界面如下圖所示。
match2.3 模擬信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化
對(duì)于模擬量，PCS 7與SIMIT之間通過(guò)編程接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，即原始值仍以16位（2Byte）讀取或?qū)懭?，SIMIT中提供兩種方式將原始值轉(zhuǎn)換位對(duì)應(yīng)的物理值。
1. 標(biāo)準(zhǔn)控件比例（如下圖所示）
2. Coupling編輯器比例（如下圖所示）
3 設(shè)備級(jí)的仿真
3.1 設(shè)備級(jí)的仿真
在實(shí)際的工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)，AS系統(tǒng)負(fù)責(zé)發(fā)送控制信號(hào)到設(shè)備層級(jí)的執(zhí)行設(shè)備(如電機(jī)、閥門(mén)等)，同時(shí)這些執(zhí)行設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)反饋回AS。在SIMIT仿真系統(tǒng)中，使用圖形化的編程方式，將上述設(shè)備的仿真模型程序以Component（組件）的形式呈現(xiàn)。在SIMIT Basic Components中涵蓋了用于設(shè)備層仿真的大部分Components，如閥門(mén)、泵、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)、Simocode等。參考下圖。
此外如果基本組件無(wú)法滿(mǎn)足要求，也支持用戶(hù)自定義Component實(shí)現(xiàn)定制化的功能，還可以使用CTE進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
下面就以電磁閥為例說(shuō)明SIMIT中如何手動(dòng)搭建仿真模型。在SIMIT中可以按照PCS 7項(xiàng)目中的層級(jí)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建相同層級(jí)結(jié)構(gòu)的Chart文件夾。如下圖所示。
在SIMIT對(duì)應(yīng)圖表文件夾下新建Chart。此處以NK111電磁閥為例。在SIMIT Basic Components中拖拽如下組件到圖表：DriveV1（閥門(mén)仿真模型）、Connector（全局連接）、Input（輸入信號(hào)）、OutPut（輸出信號(hào)）、MUL（模擬量乘法）、XOR（異或運(yùn)算）。然后為輸入和輸出信號(hào)分配對(duì)應(yīng)的AS中的I/O符號(hào)地址。參考下圖的布局進(jìn)行各個(gè)組件之間的互連。
在該仿真模型中，閥門(mén)可以理解為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所以開(kāi)命令DO信號(hào)給到DriveV1的輸入即Open開(kāi)命令，DriveV1的輸出即實(shí)際位置信號(hào)反饋給AS，所以開(kāi)到位和關(guān)到位信號(hào)分別連接到DriveV1的100和0的輸出管腳。對(duì)于DriveV1的反饋時(shí)間是指仿真模型收到命令后多久開(kāi)或關(guān)到位，并不是修改PCS 7 中Valve的監(jiān)視時(shí)間。
完成仿真模型搭建后，下載程序至Virtual Controller或PLCSIM，激活SIMIT和OS，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試。NK111的仿真過(guò)程如下圖所示。
同理，其他設(shè)備的仿真也可以參考上述步驟進(jìn)行模型搭建。
3.2 使用Template和CMT批量導(dǎo)入
實(shí)際應(yīng)用中為了提高模型搭建的效率。SIMIT提供多種批量導(dǎo)入的方式來(lái)簡(jiǎn)化工作。比如：Table導(dǎo)入、CMT導(dǎo)入、IEA導(dǎo)入以及Automated導(dǎo)入等。如果上述例子中有多個(gè)和NK111相同類(lèi)型的閥門(mén)，我們就可以通過(guò)批量的方式創(chuàng)建設(shè)備。以提高工作效率。
此處為大家介紹如何通過(guò)CMT批量導(dǎo)入來(lái)創(chuàng)建NK113和NK114的仿真模型。前面已經(jīng)創(chuàng)建了NK111的仿真模型，NK113與NK114模型結(jié)構(gòu)與之一致，只是所連接的信號(hào)或參數(shù)不同。因此，我們首先使用NK111仿真模型創(chuàng)建Templates。如下圖所示。
打開(kāi)所創(chuàng)建的GS_ValveLean的模板，因?yàn)門(mén)emplates中并非實(shí)際仿真模型，所以在實(shí)際的參數(shù)位置需使用占位符+固定書(shū)寫(xiě)格式。這樣在導(dǎo)入XML時(shí)，占位符位置會(huì)被PCS7 CMT導(dǎo)出的XML信息進(jìn)行替代。如下圖所示。
接著便可以將PCS 7的當(dāng)前項(xiàng)目導(dǎo)出成XML。支持完整導(dǎo)出也可以選擇部分導(dǎo)出。如下圖所示。
最后參考下圖，在SIMIT側(cè)導(dǎo)入PCS 7項(xiàng)目中導(dǎo)出的XML文件即可批量創(chuàng)建CM示例對(duì)應(yīng)的仿真模型。
SIMIT導(dǎo)入XML后的結(jié)果如下圖所示。已經(jīng)自動(dòng)生成了NK113和NK114的仿真模型，而且占位符也已經(jīng)替換為對(duì)應(yīng)CM實(shí)例的實(shí)際參數(shù)。
4 過(guò)程級(jí)的仿真
對(duì)于過(guò)程級(jí)仿真需要工程師對(duì)工業(yè)過(guò)程有一定的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上能夠使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言把模型建立出來(lái)，并通過(guò)SIMIT來(lái)創(chuàng)建和仿真該模型，從而與自動(dòng)化系統(tǒng)形成閉環(huán)。
一些簡(jiǎn)單的模型可以直接通過(guò)預(yù)置的組件完成創(chuàng)建和仿真工作，但是過(guò)程級(jí)的仿真可能會(huì)很復(fù)雜，預(yù)置的組件不一定能完成所有的過(guò)程建模和仿真。SIMIT還提供了用于不同行業(yè)的擴(kuò)展庫(kù)，如下表所示。
以前面章節(jié)的項(xiàng)目為例，此處介紹如何創(chuàng)建該項(xiàng)目物料傳輸模型和原料罐的液位模型。在創(chuàng)建過(guò)程級(jí)仿真模型之前需要具備如下條件：
必須清楚要模擬過(guò)程的物理關(guān)系或簡(jiǎn)化模型
已在SIMIT中完成設(shè)備級(jí)仿真的搭建
在該項(xiàng)目中仿真如下過(guò)程：
原料罐進(jìn)料（原料罐液位范圍為：0-500L）
反應(yīng)釜進(jìn)料（兩個(gè)反應(yīng)釜的液位均為：0-1000L）
原料罐到兩個(gè)反應(yīng)釜的流量模擬（流量范圍為：0-3L/s）
根據(jù)要仿真過(guò)程中原料罐到兩個(gè)反應(yīng)斧的流量范圍均為0-3L/s，可以創(chuàng)建如下圖所示的物料傳輸模型：
此處設(shè)計(jì)原料罐液位低于80L時(shí)自動(dòng)以15L/s的流量補(bǔ)料，當(dāng)液位高于420L時(shí)停止補(bǔ)料（防止只出不進(jìn)，原料罐match排空后無(wú)法仿真液位變化）。結(jié)合前面物料傳輸模型換算出的出口流量可以創(chuàng)建原料罐液位控制的模型。如下圖所示。
過(guò)程級(jí)的仿真在PCS 7項(xiàng)目中的體現(xiàn)如下圖所示，原料罐和反應(yīng)釜的液位可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
5 總結(jié)
借助于SIMIT在信號(hào)級(jí)、設(shè)備級(jí)以及工藝級(jí)的仿真實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)虛擬調(diào)試，能夠在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)顯著降低調(diào)試的風(fēng)險(xiǎn)；能夠在提高項(xiàng)目靈活性的同時(shí)保證很高的安全性。