机器人单元的虚拟调试

用于调试的机器人工作单元的数字双胞胎。在过去的几年里，数字孪生兄弟技术已经引起了广泛的关注。虽然这项技术的潜力很广，从详细的远程维护和维修到人工智能化的流程优化，但围绕虚拟调试这项技术，橡胶已经初见端倪。

自动化的世界最近在一篇文章中详细介绍了用于虚拟调试的digital twin应用程序Burr Oak工具对该技术的使用缩短设备上市时间，培训工具操作员。最近，我们了解到，智能自动化制造和分销技术供应商JR Automation正在使用digital twin技术虚拟委托为材料处理应用开发的机器人单元。

在2019年西门子自动化峰会上，JR自动化的工程经理Matt Cagle和高级控制工程师Marc Walters描述了他们使用数字孪生技术开发的机器人柔性分选系统(RFSS)原型，该原型正在申请专利。RFSS集成了一个发那科R2000-iC/165F机器人，以及接近传感器、簧片传感器和光电传感器(其中超过25个在数字双胞胎中模拟)。它还包括西门子S7-1515F可编程逻辑控制器(PLC)和西门子TP1200 Comfort人机界面(HMI)。用于开发和模拟RFSS的软件包括西门子TIA Portal v15.1、西门子Simatic PLCSim Advanced和西门子过程模拟解决方案。

每小时多达1500种
Cagle说，RFSS的目标应用基本上是对产品进行分类的任何操作。潜在客户包括亚马逊(Amazon)和沃尔玛(Walmart)等电子商务公司，以及汽车、国防和航空航天行业的用户，他们需要进行装备、排序和装备组装操作。

RFSS中的机器人将物品放入托盘。Cagle指出，RFSS的设计易于扩展，适用于紧凑的占地面积，并能够与几乎任何交付系统(从输送机、自动车辆到叉车)连接。他说，RFSS可以分类的物品的大小仅限于系统中使用的工业机器人的有效载荷。原型系统中的机器人有165公斤的提升能力，但有些机器人可以达到1350公斤(2975磅)。

Cagle指出，RFSS中的每个机器人每小时可处理500种分拣，RFSS的设计允许最多三个机器人串联放置，并由一个PLC控制，每小时可处理1500种分拣。“普通分拣系统每小时可分拣10500次，通常占地约25000平方英尺，”他说，“但RFSS系统在仅占12500平方英尺的情况下，也能进行相同数量的分拣。”

“RFSS的设计也限制了由于维护活动而停机的时间，”Cagle补充道。在多机器人RFSS的维护过程中，当其他机器人继续运行时，单个机器人可以被绕过。”

现实世界的发现
“在开发过程中，我们很快发现了虚拟调试过程的价值，因为我们发现了机械干扰和编程问题，在构建没有虚拟调试的系统之前，我们不会看到这些问题，”Cagle说。

Cagle表示，这种机器人单元的典型开发过程涉及编程和机械设计团队的合作。但是，只有当这些团队在车间实际构建系统时，这种协作才会发生。他说：“通过早期的虚拟调试，您可以看到您希望安装设备的位置是否错误，或者这些设备所需的空间是否缺失。”。“虚拟调试为机械人员提供早期反馈，因此他们以后不必放弃真实世界的设计。”

他补充说，拥有在构建之前可视化整个系统的能力意味着客户还可以获得改进设计和帮助突出潜在安全问题的输入。

应用技术
JR Automation使用西门子Simatic S7 PLCSim Advanced在TIA门户中构建了机器人单元的模拟，以整合现实世界的PLC和HMI数据。沃尔特斯说，通过这种软件组合，“我们不仅仅是在模拟机器人，我们还将系统中的所有真实设备带入3D世界。”。这允许对设备进行完整的虚拟调试。“机器人制造商为他们的机器人提供了模拟工具，但周围什么都没有，”他说，“PLCSim Advanced将所有这些结合在一起。”

Walters解释说，使用TIA Portal和PLCSim Advanced，您可以与模拟环境和地面上的硬件进行通信。“这种软件将机器人、plc和人机界面结合在一起，这样你就可以看到所有的连锁和握手信号，以确定是否缺少什么。对我们来说，数字孪生意味着我们可以在个人电脑上运行整个虚拟物料处理系统。PLC指示机器人如何处理材料，我们可以在PLCSim Advanced验证它。然后使用PLCSim Advanced远程模拟人机界面进行调试和调试。

Walters补充说，JR自动化还使用西门子过程模拟技术来创建多台机器、机器人、传送带和传感器的数字场景。使用Process simulation，您可以验证到达时间和周期时间，并进行基于事件的模拟。能够在一个环境中做到这一点意味着不需要知道多个软件或机器人包。沃尔特斯说:“这是一款机器人不可知论的产品，它拥有多个机器人。”

与上面提到的Burr Oak Tools虚拟调试应用程序一样，JR自动化项目的一个关键方面是高速PLC与仿真连接。

“OPC通信速度太慢，无法连接虚拟PLC和模拟，”Walters说，因为它们在300-500毫秒范围内。但是，PLCSim Advanced中连接虚拟模型和虚拟PLC的通信管道允许在15-20毫秒范围内进行同步通信。

投资回报
Cagle说，他们知道使用这种软件组合可以节省数周的调试时间，但总投资回报率（ROI）仍有待确定。“这是我们完成的第一个项目，我们刚刚在四月份完成，”他说。

除了最初的ROI，Cagle强调的另一个好处是JR Automation能够使用该软件对用户进行系统使用培训。他说：“在这个虚拟世界中，人们可以按下按钮，尝试一些事情，看看会发生什么。”。“此外，我们还可以让故障在虚拟世界中发生，以培训用户如何有效地从故障中恢复。”