[发明专利]基于iOpenWorks的虚拟调试系统

说明书

基于iOpenWorks的虚拟调试系统，主要由工控设备、PC客户端、Redis数据库模块和仿真模块组成，工控设备包括工业机器人系统、PLC和工业嵌入式触摸屏，PC客户端包括数据采集模块和交互界面模块。PC客户端集成于iOpenWorks平台，实时采集工控设备的信号和数据，并将数据存入Redis数据库中，仿真模块通过Python程序读取数据库数据来驱动机器人模型进行生产制造，同时仿真模块中的机器人状态信息也存入Redis数据库，PC客户端实时读取Redis数据库中机器人模型状态信息并且写入PLC，使PLC中条件满足并发信号给工业机器人系统执行进一步的机器人程序，实现了虚实交互，能够验证工业程序设计和产品的可行性。

技术领域

本发明涉及一种工控设备的虚拟调试系统。

背景技术

信息技术正给传统制造业带来前所未有的变革，以工业4.0为代表新一轮产业升级正在展开。融合物联网、大数据、云计算、人工智能、虚拟现实、机器人、3D打印等多项技术，工厂的生产效率得到大幅提升。企业可以开展全新商业模式，为客户提供定制化服务等，同时工业4.0模式为制造业开创了新的机遇。

然而，在当前自动化车间的调试过程中，很多问题不断暴露出来。由于自动化车间设备多而且整个生产过程是一个动态变化的过程，造成控制策略更加复杂，很难去验证其合理可靠性，在现场调试不但会有调试风险而且还会增加现场调试的时间，造成整个项目投产时间过长。由于数字化工厂技术的发展，可以实现对整个生产过程进行模拟、评估和优化，但是在进行生产过程模拟的过程中，整个控制策略与过程模拟的耦合度很高不利于人员的分工合作；另外，当验证控制策略合理后，需要将此控制策略重新编写到应用程序中，工作效率较低。

如今，激烈的竞争和快速变化的市场需求给制造业提出了更多苛刻的要求，而新一代信息技术正是有助于提高制造的灵活性，使得制造商能够以更快的速度和更低成本制造出市场所需的产品。工业4.0是多项技术共同融合的结果，其中一项关键的技术叫做虚拟调试。

虚拟调试其实就是虚拟现实技术在工业领域的应用，通过虚拟技术创建出物理制造环境的数字复制品，以用于测试和验证产品设计的合理性。例如，在计算机上模拟整个生产过程，包括机器人和自动化设备、PLC、变频器、电机等单元。像机器人单元模型创建完成就可以在虚拟世界中进行测试和验证。

产品设计过程很难预测到生产和使用过程会不会出现问题，而虚拟调试带来许多好处之一就是验证产品的可行性。虚拟调试允许设计者在产品生产之前进行任何修改和优化，而不会造成硬件资源的浪费。而且这样可以节省时间，因为用户在测试过程中可以修复错误，及时对自动化系统进行编程改进。数字模型的使用可以降低工厂更改流程的风险，使企业在生产方面取得了显著的改进。例如汽车制造工厂在制造与装配产品时，可以使用虚拟调试重新编程数百台机器人，而不需要花费大量时间在现场停机进行调试。

目前，针对工业虚拟调试系统的设计主要集中在纯数字化工厂调试和单方向传送数据方面，针对PC客户端控制、数据交互和虚实融合方面研究较少。谭胜龙、丁亮、赵福臣等提出了一种基于数字化工厂的自动化车间虚拟调试方法(谭胜龙、丁亮、赵福臣等.一种基于数字化工厂的自动化车间虚拟调试方法：中国，108121216A[P].2018-06-05)，给出了一种纯数字化的虚拟调试，未采集真实工控设备数据进行虚实融合，现场的一些真实情况难以模拟和测试；季益龙提出一种PLC虚拟调试方法(季益龙.一种PLC虚拟调试方法:中国，103163816A[P].2013-06-19),使PLC程序在实际生产前的实验室即可充分调试,但未结合仿真软件，不具备虚拟仿真模型运动的效果；廖胜波、李颖晴、丘平荣等提出了一种基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法(廖胜波、李颖晴、丘平荣等.基于虚拟仿真调试机的自动化生产线的仿真调试方法:中国，107490982A[P].2017-12-19)，该系统采集PLC和机器人数据并传送到仿真软件中驱动模型来虚拟调试，但是并没有没有设计良好交互性能的PC客户端，操作繁琐不便，也没有仿真软件向设备的反馈，不具有交互性。

发明内容