[發明專利]基于iOpenWorks的虛擬調試系統

有效

• 申請號: 201910031434.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109814478B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 禹鑫燚;陸文祥;柏繼華;歐林林;徐佗成;殷慧武
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

基于iOpenWorks的虛擬調試系統，主要由工控設備、PC客戶端、Redis數據庫模塊和仿真模塊組成，工控設備包括工業機器人系統、PLC和工業嵌入式觸摸屏，PC客戶端包括數據采集模塊和交互界面模塊。PC客戶端集成于iOpenWorks平臺，實時采集工控設備的信號和數據，并將數據存入Redis數據庫中，仿真模塊通過Python程序讀取數據庫數據來驅動機器人模型進行生產制造，同時仿真模塊中的機器人狀態信息也存入Redis數據庫，PC客戶端實時讀取Redis數據庫中機器人模型狀態信息并且寫入PLC，使PLC中條件滿足并發信號給工業機器人系統執行進一步的機器人程序，實現了虛實交互，能夠驗證工業程序設計和產品的可行性。

技術領域

本發明涉及一種工控設備的虛擬調試系統。

背景技術

信息技術正給傳統制造業帶來前所未有的變革，以工業4.0為代表新一輪產業升級正在展開。融合物聯網、大數據、云計算、人工智能、虛擬現實、機器人、3D打印等多項技術，工廠的生產效率得到大幅提升。企業可以開展全新商業模式，為客戶提供定制化服務等，同時工業4.0模式為制造業開創了新的機遇。

然而，在當前自動化車間的調試過程中，很多問題不斷暴露出來。由于自動化車間設備多而且整個生產過程是一個動態變化的過程，造成控制策略更加復雜，很難去驗證其合理可靠性，在現場調試不但會有調試風險而且還會增加現場調試的時間，造成整個項目投產時間過長。由于數字化工廠技術的發展，可以實現對整個生產過程進行模擬、評估和優化，但是在進行生產過程模擬的過程中，整個控制策略與過程模擬的耦合度很高不利于人員的分工合作；另外，當驗證控制策略合理后，需要將此控制策略重新編寫到應用程序中，工作效率較低。

如今，激烈的競爭和快速變化的市場需求給制造業提出了更多苛刻的要求，而新一代信息技術正是有助于提高制造的靈活性，使得制造商能夠以更快的速度和更低成本制造出市場所需的產品。工業4.0是多項技術共同融合的結果，其中一項關鍵的技術叫做虛擬調試。

虛擬調試其實就是虛擬現實技術在工業領域的應用，通過虛擬技術創建出物理制造環境的數字復制品，以用于測試和驗證產品設計的合理性。例如，在計算機上模擬整個生產過程，包括機器人和自動化設備、PLC、變頻器、電機等單元。像機器人單元模型創建完成就可以在虛擬世界中進行測試和驗證。

產品設計過程很難預測到生產和使用過程會不會出現問題，而虛擬調試帶來許多好處之一就是驗證產品的可行性。虛擬調試允許設計者在產品生產之前進行任何修改和優化，而不會造成硬件資源的浪費。而且這樣可以節省時間，因為用戶在測試過程中可以修復錯誤，及時對自動化系統進行編程改進。數字模型的使用可以降低工廠更改流程的風險，使企業在生產方面取得了顯著的改進。例如汽車制造工廠在制造與裝配產品時，可以使用虛擬調試重新編程數百臺機器人，而不需要花費大量時間在現場停機進行調試。

目前，針對工業虛擬調試系統的設計主要集中在純數字化工廠調試和單方向傳送數據方面，針對PC客戶端控制、數據交互和虛實融合方面研究較少。譚勝龍、丁亮、趙福臣等提出了一種基于數字化工廠的自動化車間虛擬調試方法(譚勝龍、丁亮、趙福臣等.一種基于數字化工廠的自動化車間虛擬調試方法：中國，108121216A[P].2018-06-05)，給出了一種純數字化的虛擬調試，未采集真實工控設備數據進行虛實融合，現場的一些真實情況難以模擬和測試；季益龍提出一種PLC虛擬調試方法(季益龍.一種PLC虛擬調試方法:中國，103163816A[P].2013-06-19),使PLC程序在實際生產前的實驗室即可充分調試,但未結合仿真軟件，不具備虛擬仿真模型運動的效果；廖勝波、李穎晴、丘平榮等提出了一種基于虛擬仿真調試機的自動化生產線的仿真調試方法(廖勝波、李穎晴、丘平榮等.基于虛擬仿真調試機的自動化生產線的仿真調試方法:中國，107490982A[P].2017-12-19)，該系統采集PLC和機器人數據并傳送到仿真軟件中驅動模型來虛擬調試，但是并沒有沒有設計良好交互性能的PC客戶端，操作繁瑣不便，也沒有仿真軟件向設備的反饋，不具有交互性。

發明內容