关键词：达索系统3DEXPERIENCE平台，虚拟调试，Virtual Commissioning，DELMIA，ControlBuild
摘要：本文主要介绍基于达索系统3DEXPERIENCE平台的虚拟调试解决方案，借助平台DELMIA相关模块和CATIA ControlBuild，用户可以对产线及设备的运动过程和控制逻辑进行虚拟仿真和验证。
为什么需要虚拟调试
传统模式下，产线建设按照串行的方式完成设计、制造和现场安装调试，其中包括厂房、机械、电气等各个专业领域施工的交叉和协作。因此，企业往往面临现场安装调试阶段大量的返工问题，最终可能影响交付工期和项目成本。随着数字化工厂软件技术不断成熟，企业可以在产线方案设计阶段引入虚拟调试技术，进行产线虚拟仿真和验证，从而提前消除潜在的问题，避免调试期间造成重大损坏，减少现场的停机时间，确保项目交付周期、成本和质量。如下图所示，采用达索虚拟调试技术将会对项目产生的价值：
虚拟调试总体方案
在达索系统3DEXPERIENCE平台环境下，用户可以完整定义产线的3D布局和设备参数，与物理世界进行场景映射和连接，进而在计算机虚拟环境下，执行预定义的路径和控制逻辑，发现并消除潜在的故障，实现工业机器人等自动化设备的运动仿真，产线设备运动PLC控制逻辑仿真验证。如下图所示，基于达索系统3DEXPERIENCE平台的虚拟调试系统架构。
达索系统3DEXPERIENCE平台支持以下两种方式实现虚拟模型与外部软件及物理设备的连接：
1.CATIA ControlBuild通过共享内存的方式，实现达索系统3DEXPERIENCE平台与外部世界高实时性的连接；此外，ControlBuild也能实现OPC UA方式的连接。OPC UA（Unified Architecture，统一架构）是下一代的OPC标准，通过提供一个完整的，安全和可靠的跨平台的架构，以获取实时和历史数据和时间。
2.搭建第三方OPC Server，通过OPC DA方式实现达索系统3DEXPERIENCE平台与外部软件的连接，适用于一些简单的应用场景。
虚拟调试应用场景
本文使用第一种CATIA ControlBuild方式进行虚拟调试场景的说明。
达索系统3DEXPERIENCE平台虚拟调试解决方案根据实际用户需求，可以分为如下图所示三个应用层次，模型在环、软件在环和硬件在环。
模型在环：通过达索系统3DEXPERIENCE平台和ControlBuild构建虚拟模型进行仿真。
软件在环：在达索系统3DEXPERIENCE平台和ControlBuild的基础上，将ControlBuild的控制逻辑下载到与之连接的PLC模拟器进行虚拟验证。
硬件在环：在达索系统3DEXPERIENCE平台和ControlBuild的基础上，将ControlBuild的控制逻辑下载到与之连接的PLC硬件控制器进行虚拟验证。
虚拟调试过程展示
本节将以模型在环为例进行虚拟调试过程详细说明。
1. 在DELMIA中创建IO
在制造单元和工作站级别上分别创建输入/输出IO信号，以实现制造单元中所有工作站之间的通信。
2.在ControlBuild中创建控制软件
ControlBuild的功能窗口展示了已经定义好的梯形图程序和简单的用户界面。梯形图程序控制逻辑操作，与PLC程序保持同步；用户界面则可以看到虚拟场景中的执行进度，完成某些任务的指示灯等。
3. 从ControlBuild生成FMU连接器
控制软件开发完成后，可以创建一个FMU（Functional Mock-Up）连接器，允许ControlBuild和达索系统3DEXPERIENCE平台在共享内存中读取和写入信息。
4. 在DELMIA中映射FMU IO
在DELMIA制造单元中创建一个逻辑控制器把FMU联系起来，以便它可以使用FMU写入共享内存。
5. 运行协同仿真
打开用户界面和和梯形图程序窗口，从界面上触发设置一个IO启动信号，就可以开始模拟ControlBuild和达索系统3DEXPERIENCE平台的虚拟调试过程了。
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