[发明专利]用于开发自动化系统模型的系统和方法

说明书

公开了用于开发自动化系统模型的系统和方法。工业CAD系统补充有如下特征，这些特征允许开发者容易地将自动化系统的机械CAD模型转换成能够在模拟平台内进行模拟的动态数字孪生。这些特征允许用户利用CAD环境中的“方面”来标记机械CAD绘图的所选择的元件。这些方面标记将所选择的机械元件标记为特定类型的工业资产或控制元件。基于这些标记，CAD平台基于用来标记每个元件的方面的类型，将机电元数据与所选择的元件相关联。该机电元数据限定了所选择的元件在虚拟模拟环境内的行为(例如，移动、速度、力等)，从而将机械CAD模型变换成动态数字孪生，可以将该动态数字孪生导出至模拟和测试平台。

技术领域

本文公开的主题总体上涉及工业自动化系统，并且更特别地，涉及与设计自动化系统有关的机械工程和控制工程工作流程。

背景技术

在高层级，设计新的工业自动化系统通常涉及两个单独但相互关联的工程工作，以在一方面开发机械方面并且在另一方面开发控制方面。机械工程可以涉及：选择或设计将组成新系统的机器(例如，工业机器人、加工站、传送机、操作者工作站、运动设备、马达、气动致动器等)；确定这些机器的合适位置和取向；选择和定位用于将状态和操作数据馈送至控制设备的传感器等。基于该机械设计，控制工程师设计用于电力连接和数据连接两者的电气系统，开发要由一个或更多个工业控制器执行以控制自动化系统的行为的控制代码(例如，梯形逻辑、顺序功能图、功能框图、结构化文本等)，设置设备配置(例如，马达驱动器参数设置)并且开发用于可视化机器状态和警报的人机接口(HMI)。作为开发处理的一部分，控制工程师还可以执行数字模拟，该数字模拟针对机械系统的虚拟化(例如，数字孪生)测试控制编程。

考虑到这两个工程线程，用于设计、编程和测试工业自动化系统的常规工程工作流程通常需要使用用于机械工程和控制工程的单独的设计工具。图1是示出用于与设计工业自动化系统有关的机械工程和控制工程的单独的设计平台的使用的图。机械工程师可以在计算机辅助设计(CAD)平台104中开发如数字三维(3D)机械模型102的机械设计。基于该机械模型102和期望的操作序列的知识，控制工程师可以在一个或更多个控制设计平台106中设计控制系统(包括电气设计、I/O限定和控制编程)，该一个或更多个控制设计平台106可以包括工业控制器编程应用、电气绘图应用、设备配置应用、HMI开发应用或其他这样平台。例如，控制工程师可以参考相关的机械设计，基于系统中存在的马达、驱动器、致动器、安全设备或其他工业资产来确定控制新的自动化系统所需的I/O点的列表、以及将工业控制器标签映射到这些I/O点并生成用于执行期望的自动化序列的控制编程。

控制设计平台106还可以包括数字模拟平台，该数字模拟平台针对自动化系统的虚拟模型来仿真控制程序的执行，以测试控制编程和机械设计，即，被称为虚拟调试的处理。这样的模拟平台可以响应于所仿真的工业控制器上控制程序的执行而模仿自动化系统的机械资产的行为，使得可以验证正确的操作。在物理系统的调试期间，已完成的控制代码、设备配置和HMI应用将被下载到自动化系统的适当现场设备108。

由于机械设计平台与控制设计平台之间通常不存在直接链接，因此必须将CAD侧对机械设计所做的改变传送给控制工程师，使得在必要时可以相应地更新控制设计。因此，如果两个工程团队并行工作并且修改其各自的设计，则可能难以保持机械设计与控制设计之间的同步。此外，因为在CAD平台104上开发的机械模型102不能进行仿真，并且因此不能用于虚拟调试，因此如果要经由模拟来测试系统设计，则必须与机械CAD模型102分开地开发自动化系统的能够虚拟模拟的模型(例如，数字孪生)，以在调试之前在虚拟域中测试控制编程。

发明内容

以下呈现简化的概述，以提供对本文中所描述的一些方面的基本理解。该概述既不是广泛综述，也不旨在标识关键/重要元件或者描绘本文中描述的各个方面的范围。该概述的唯一目的是以简要的形式给出一些概念作为随后要给出的更详细的描述的序言。