Розробка імітаційної моделі WEB-орієнтованої системи частотного керування сервоприводом на базі технології «Digital Twins»

Автор(и)

  • Леонід Михайлович Заміховський Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна https://orcid.org/0000-0002-6374-8580
  • Микола Ярославович Николайчук Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна https://orcid.org/0000-0001-6185-2272
  • Іван Теодорович Левицький Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна https://orcid.org/0000-0001-6538-7734

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.345825

Ключові слова:

WEB система керування, TIA Portal, Digital Twin, імітаційна модель, PLC, частотний перетворювач

Анотація

Об’єктом дослідження є інформаційні процеси взаємодії між віртуальними компонентами імітаційної моделі WEB-орієнтованої системи частотного керування синхронним сервоприводом. Проблематика дослідження полягає у необхідності комплексного розв'язання задач при створенні імітаційних моделей систем керування технологічними об’єктами на базі удосконалених алгоритмів, процедур і уніфікованих апаратно-програмних засобів.

Розроблено проєкт системи частотного керування синхронним сервоприводом SIMOTICS S-1FK2 на базі PLC Simatic S7-1500 та FC Sinamics S210 у середовищі TIA Portal. Виконано конфігурування, параметрування та налагодження комунікаційного середовища апаратних засобів проєкту. Розроблено прикладне програмне забезпечення системи частотного керування мовою FBD стандарту IEC 61131-3 з інтегрованим спеціалізованим технологічним об’єктом «SpeedAxis».

У ході розроблення імітаційної моделі системи застосовано віртуальний PLC і згенеровано «Digital Twins» для FC з інтегрованим синхронним сервоприводом. Для взаємодії між віртуальними компонентами імітаційної моделі реалізовано процедури базового параметрування та завантаження в режимі «on-line» компонентів проєкту TIA Portal у відповідні «Digital Twins».

Виконано тестування та дослідження інформаційних процесів взаємодії між віртуальними компонентами імітаційної моделі в режимі «on-line» і засобами вбудованого WEB-сервера.

Тестування проведено на швидкостях 2000 і 4000 об/хв комутованих з періодом 12 сек. Визначено параметри заданої та актуальної швидкостей, поточні напругу, струм, крутний момент і потужність на виході віртуального частотного перетворювача.

За результатами тестування підтверджено можливість і коректність сумісного функціонування компонентів імітаційної моделі в ізохронному режимі реального часу з синхронізацією циклу в 1 мс на базі технології «Digital Twins».

Біографії авторів

Леонід Михайлович Заміховський, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра інформаційно-телекомунікаційних технологій та систем

Микола Ярославович Николайчук, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інформаційно-телекомунікаційних технологій та систем

Іван Теодорович Левицький, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інформаційно-телекомунікаційних технологій та систем

Посилання

  1. Luo, X., Liu, Q., Madathil, A. P., Xie, W. (2024). Predictive digital twin-driven dynamic error control for slow-tool-servo ultraprecision diamond turning. CIRP Annals, 73 (1), 377–380. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2024.04.080
  2. Vered, Y., Elliott, S. J. (2023). The use of digital twins to remotely update feedback controllers for the motion control of nonlinear dynamic systems. Mechanical Systems and Signal Processing, 185, 109770. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2022.109770
  3. Wang, H., Yang, Z., Zhang, Q., Sun, Q., Lim, E. (2024). A Digital Twin Platform Integrating Process Parameter Simulation Solution for Intelligent Manufacturing. Electronics, 13 (4), 802. https://doi.org/10.3390/electronics13040802
  4. Ebadpour, M., Jamshidi, M. (Behdad), Talla, J., Hashemi-Dezaki, H., Peroutka, Z. (2023). Digital Twin Model of Electric Drives Empowered by EKF. Sensors, 23 (4), 2006. https://doi.org/10.3390/s23042006
  5. de Oliveira Hansen, J. P., da Silva, E. R., Bilberg, A., Bro, C. (2021). Design and development of Automation Equipment based on Digital Twins and Virtual Commissioning. Procedia CIRP, 104, 1167–1172. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.11.196
  6. Guerra-Zubiaga, D., Kuts, V., Mahmood, K., Bondar, A., Nasajpour-Esfahani, N., Otto, T. (2021). An approach to develop a digital twin for industry 4.0 systems: manufacturing automation case studies. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 34 (9), 933–949. https://doi.org/10.1080/0951192x.2021.1946857
  7. Balla, M., Haffner, O., Kučera, E., Cigánek, J. (2023). Educational Case Studies: Creating a Digital Twin of the Production Line in TIA Portal, Unity, and Game4Automation Framework. Sensors, 23 (10), 4977. https://doi.org/10.3390/s23104977
  8. Horvath, D., Klauco, M., Stremy, M. (2024). Virtual Commissioning with TIA Step7 and Simulink without S‐Functions. Journal of Engineering, 2024 (1). https://doi.org/10.1155/2024/2822711
  9. Uddin, M. M. (2021). Development of advanced process control for controlling a digital twin as a part of virtual commissioning. [Master’s thesis; University of Gävle]. Available at: https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1599802/FULLTEXT01.pdf
  10. Catalog ST 70: Products for Totally Integrated Automation – SIMATIC (E86060-K4770-A101-C2-7600) (2025). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109744167/simatic-st70-complete-english-2025_1.pdf
  11. S7-1500 / S7-1500T Motion Control overview: Function Manual (Version 7.0, A5E03879256-AH) (2022). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109812056/s71500_s71500t_motion_control_overview_function_manual_en-US_en-US.pdf?utm_source
  12. Motion Control Drives D32: SINAMICS S210 servo drive system (Update 04/2025) (Catalog D32) (2025). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109754381/motion-control-drives-D32-complete-English-2025-01_Update-04-2025.pdf
  13. S210/S-1FK2/S-1FT2: Operating Instructions (A5E52380168B AF) (2025). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109982746/S210_S-1FK2_S-1FT2_op_instr_0525_en-US.pdf
  14. Totally Integrated Automation (TIA) documentation (2024). Siemens. Available at: https://docs.tia.siemens.cloud/
  15. TIA Openness – Automated Engineering: Application examples for production machine building (DI FA PMA APC) (2025). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/document/109821826
  16. S7-PLCSIM Advanced: Function Manual (V7 Upd1) (A5E37039512-AJ) (2025). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109826194/s7-plcsim_advanced_function_manual_en-US.pdf
  17. DriveSim Engineer: Function Manual (A5E52754110B AD) (2024). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109986376/DriveSim_Engineer_fct_man_1224_en-US.pdf
  18. Nazarenko, I. V., Nikolaychuk, M. Ya., Ferenets, V. D., Sukhanov, D. Ye. (2014). Construction and modeling of unified control systems of actuating mechanisms for objects of gas-transport system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (2 (67)), 41–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.21204
  19. Zamikhovskіy, L., Levytskyi, I., Nykolaychuk, M. (2021). Designing a system that removes metallic inclusions from bulk raw materials on the belt conveyor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (2 (111)), 79–87. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234235
  20. SIMATIC NET: Industrial Ethernet/PROFINET Industrial Ethernet (SYH_IE Net_76). Siemens Industry Online Support (2019). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/27069465/SYH_IE Net_76.pdf
  21. Application Example. Configuring technology objects with the SIMATIC S7-1500 and SINAMICS S210 (New) in TIA Portal. SINAMICS S210. (2024). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/document/109749795/configuring-technology-objects-with-simatic-s7-1500-and-sinamics-s210-in-tia-portal?dti=0&lc=en-MK
  22. Application example: Simulating HMI projects in connection with SIMATIC controllers and PLCSIM / PLCSIM Advanced (WinCC Unified V20, PLCSIM V20, PLCSIM Advanced V7) (2025). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109748099/109748099_Simulation_of_WinCC_Unified_and_Controllers_V2.pdf
  23. DriveSim Engineer (2024). Siemens. Available at: https://www.siemens.com/global/en/products/drives/digital-drivetrain/simulate/drivesim-engineer.html
  24. Application example: All about motion control with SIMATIC S7-1500 (Entry ID 109803969) (2025). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/ww/en/view/109803969
  25. SINAMICS S – Drive optimization guide (2023). Siemens. Available at: https://support.industry.siemens.com/cs/document/60593549/sinamics-s-drive-optimization-guide?dti=0&lc=en-UA
  26. Zamikhovskyi, L., Nykolaychuk, M., Levytskyi, I. (2024). Organizing the automated system of dispatch control over pump units at water pumping stations. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (2 (131)), 61–75. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313531
  27. Zamikhovskyi, L., Zamikhovska, O., Ivanyuk, N., Mirzoieva, O., Nykolaychuk, M. (2025). Development of an anti-surge protection system for gas pumping units based on hardware and software vibration monitoring tools. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (2 (136)), 117–132. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.337736
Development of a simulation model of a WEB-oriented servo drive frequency control system based on “Digital Twins” technology

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-29

Як цитувати

Заміховський, Л. М., Николайчук, М. Я., & Левицький, І. Т. (2025). Розробка імітаційної моделі WEB-орієнтованої системи частотного керування сервоприводом на базі технології «Digital Twins». Technology Audit and Production Reserves, 6(2(86), 76–90. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.345825

Номер

Том 6 № 2(86) (2025): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Системи та процеси керування

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Leonid Zamikhovskyі, Mykola Nykolaychuk, Ivan Levytskyi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.