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Causa y solución de la discrepancia de velocidad en Digital Twins con PLCSIM Advanced, SIMIT y NX MCD

Para resolver la discrepancia de velocidad donde un eje virtual se mueve al doble o a la mitad de la velocidad esperada en Siemens NX Mechatronics Concept Designer (MCD) bajo una co-simulación Software-in-the-Loop (SiL) con PLCSIM Advanced y SIMIT, corrija la sincronización del ciclo de bus (Time Slice) en SIMIT para que coincida exactamente con el Send Clock del PROFINET Sync Domain en TIA Portal, utilice el acoplamiento nativo NXOpen y valide los valores de velocidad de referencia (Reference Speed) en el bloque ProfiDrive de SIMIT.

Tabla de contenido

Causa técnica: desincronización de tiempos y escalado en la co-simulación SiL

En un entorno de puesta en marcha virtual basado en PLCSIM Advanced, SIMIT y NX MCD, la transferencia de valores de consigna de velocidad desde un objeto tecnológico de TIA Portal hacia la cinemática de CAD puede degradarse por tres factores principales:

  1. Incompatibilidad del tiempo de ciclo (Time Slice): Si el intervalo de envío (Send Clock) del dominio de sincronización PROFINET configurado en TIA Portal no coincide con la rebanada de tiempo (Time Slice) asignada al acoplamiento de PLCSIM Advanced en SIMIT, la integración temporal del solucionador de física en MCD procesa las consignas a una frecuencia incorrecta. Esto provoca que el eje cinemático se mueva a la mitad o al doble de la velocidad real, a pesar de que el panel de mando de TIA Portal indique el valor correcto (p. ej., 100 mm/s).
  2. Modo de transferencia no sincrónico: Transferir consignas de velocidad a MCD sin utilizar la interfaz nativa NXOpen Coupling (MCD Coupling) impide la sincronización determinista del reloj entre el simulador de PLC y la física cinemática de NX.
  3. Incoherencia en los valores de referencia del telegrama ProfiDrive: El bloque de interpretación del telegrama ProfiDrive en los gráficos de SIMIT (p. ej., bloque ProfiDrive2) escala los valores HEX del bus utilizando los parámetros Reference Speed o Max Speed. Si estos parámetros difieren de la configuración del objeto tecnológico (TO_PositioningAxis) en TIA Portal, la velocidad física aplicada en la simulación resulta alterada.

Requisitos previos

  • Software de ingeniería: TIA Portal con SIMATIC S7-PLCSIM Advanced configurado para ejecución SiL.
  • Plataforma de simulación: SIMIT Simulation Platform con acoplamientos para PLCSIM Advanced y NX MCD.
  • Modelo CAD/Cinemático: Siemens NX Mechatronics Concept Designer (MCD) con articulaciones y cuerpos rígidos definidos.
  • Proyecto de control: Proyecto en TIA Portal con un objeto tecnológico de eje de posicionamiento (TO_PositioningAxis) asignado a un accionamiento mediante telegrama ProfiDrive estándar.

Procedimiento de verificación y corrección de la co-simulación

Se utiliza mejor cuando: El eje controlado desde el panel de mando de TIA Portal muestra una velocidad correcta en los valores de observación del PLC, pero la representación cinemática en NX MCD se desplaza a una velocidad visiblemente diferente (doble o mitad) en comparación con el control directo dentro de MCD.

Procedimiento

  1. Configurar el acoplamiento nativo NXOpen:

    • En el proyecto de SIMIT, asegúrese de integrar el modelo de NX utilizando el acoplamiento nativo NXOpen (representado como MCD coupling).

    • Verifique que la comunicación transfiera valores de consigna de velocidad en modo sincrónico con el bus.
      2. Ajustar la rebanada de tiempo (Time Slice) en SIMIT:

    • Abra TIA Portal y consulte el valor exacto del Send Clock en las propiedades del dominio de sincronización PROFINET (Sync Domain Properties).

    • Abra el proyecto en SIMIT e ingrese a la configuración del acoplamiento de PLCSIM Advanced.

    • Asigne el valor del Send Clock del PLC a la rebanada de tiempo activa en SIMIT (se recomienda utilizar Time Slice 2 por ser la opción predeterminada para el procesamiento determinista).
      3. Sincronizar parámetros de escalado ProfiDrive:

    • Localice el gráfico (chart) de SIMIT donde se interpreta el telegrama ProfiDrive (bloque ProfiDrive2 o equivalente).

    • Abra las propiedades del objeto tecnológico en TIA Portal y consulte los valores configurados para Reference Speed (Nref​) y Maximum Speed (Nmax​).
    • Ingrese exactamente los mismos valores numéricos en los parámetros de entrada del bloque de escalado ProfiDrive dentro de SIMIT.

Plaintext

Alineación de parámetros entre TIA Portal y SIMIT:

[TIA Portal: TO_PositioningAxis] ──────> [SIMIT: Bloque ProfiDrive]
  ├── Send Clock (e.g., 1.0 ms)   ──────>   ├── Time Slice 2 (1.0 ms)
  ├── Reference Speed (RPM/mm/s)  ──────>   ├── Reference Speed
  └── Max Speed (RPM/mm/s)        ──────>   └── Max Speed

Resultado esperado: Las frecuencias de actualización de PLCSIM Advanced, SIMIT y el solucionador físico de NX MCD quedan sincronizadas en tiempo real.

Verificación: Ejecute una consigna de velocidad fija (p. ej., 100 mm/s) desde el panel de mando de TIA Portal y confirme que la velocidad medida en la articulación de NX MCD coincida con la consigna sin desviaciones escaladas.

Limitación: Si el equipo de cómputo no cuenta con los recursos de procesamiento necesarios para mantener el ciclo determinista en tiempo real, SIMIT y PLCSIM Advanced pueden pausar o ralentizar la simulación (bus-synchronous mode relaxation), afectando la fluidez visual en MCD.

Precaución: Cambiar el Send Clock en TIA Portal requiere recompilar la configuración de hardware del PLC y volver a exportar/importar el acoplamiento en SIMIT.

Verificación

El procedimiento de sincronización y escalado se considera exitoso cuando:

  • La velocidad observada en el panel de mando de TIA Portal coincide exactamente con la velocidad de desplazamiento medida en los componentes cinemáticos de NX MCD.
  • El acoplamiento de PLCSIM Advanced en SIMIT no reporta errores de sobrepaso de tiempo de ciclo (time slice overflow).
  • El control directo de la articulación en MCD y el control ejecutado a través de la cadena PLC-SIMIT producen exactamente la misma respuesta de velocidad.

Limitaciones y precauciones operativas

  • Rendimiento de la estación de trabajo: Ejecutar PLCSIM Advanced, SIMIT y NX MCD en la misma máquina física exige un alto rendimiento de CPU. Si la carga del procesador alcanza el 100%, la co-simulación puede desincronizarse visualmente aunque la lógica matemática interna sea correcta.
  • Unidades de medida: Asegúrese de que las unidades de velocidad configuradas en el objeto tecnológico de TIA Portal (p. ej., mm/s o rpm) coincidan con las unidades definidas en la articulación cinemática dentro de NX MCD para evitar errores adicionales de conversión de unidades.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el eje en NX MCD se mueve exactamente al doble de la velocidad configurada en TIA Portal?

Este comportamiento ocurre típicamente cuando la rebanada de tiempo (Time Slice) en SIMIT está configurada con un valor equivalente a la mitad o al doble del reloj de envío (Send Clock) del PLC, o cuando el parámetro Reference Speed en el bloque de SIMIT no coincide con el valor ingresado en el objeto tecnológico de TIA Portal.

¿Qué ocurre si no se utiliza el acoplamiento nativo NXOpen entre SIMIT y MCD?

Si se utiliza una interfaz de comunicación genérica no sincrónica en lugar de NXOpen, las consignas de velocidad no se transfieren de forma determinista frame a frame, lo que genera saltos en la velocidad del modelo CAD e imprecisiones en el solucionador de física de NX.

¿Qué Time Slice se recomienda utilizar en SIMIT para acoplamientos con PLCSIM Advanced?

Se recomienda utilizar Time Slice 2, ya que es la rebanada de tiempo predeterminada asignada en SIMIT para la ejecución de eventos cíclicos sincronizados con el bus de comunicación del simulador de PLC.

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