Използване на Factory I/O с виртуален PLC Siemens S7-1200

Виртуалната симулация на PLC доближава индустриалното обучение до реалността

Достъпът до физически PLC хардуер остава предизвикателство за много студенти по инженерни науки, дистанционни интегратори и екипи по автоматизация. Виртуалните симулационни платформи вече преодоляват тази пречка, като позволяват на потребителите да създават и валидират логика за индустриално управление изцяло в софтуерна среда.

Factory I/O, комбиниран със Siemens TIA Portal и S7-PLCSIM, създава реалистична среда, в която инженерите могат да тестват последователности за автоматизация, преди да ги внедрят в производствени системи. Този подход наподобява реалното въвеждане в експлоатация, като същевременно значително намалява зависимостта от хардуер.

Factory I/O предоставя реалистични 3D среди на процеси за разработване и тестване на PLC логика.

Изграждане на виртуална среда със Siemens S7-1200

Проектът започва в Siemens TIA Portal с помощта на средата S7-PLCSIM. Инженерите могат да симулират цял контролер S7-1200, без да свързват физически CPU хардуер. Този подход става все по-ценен за дистанционни екипи за разработка и учебни лаборатории.

Шаблонът на Factory I/O вече включва функционалните блокове за комуникация, необходими за обмен на данни с PLC. Запазването на тези комуникационни блокове е от решаващо значение, тъй като те установяват връзката за обмен на данни в реално време между симулационния двигател и средата за изпълнение на PLC.

Конфигурацията на симулацията осигурява стабилна комуникация между TIA Portal и виртуалната среда за изпълнение на PLC.

Много интегратори, работещи със съвременни разпределени архитектури за управление, вече използват методи за виртуално валидиране, преди да внедрят системите във физическия хардуер на обекта. Подобни инженерни работни процеси се прилагат широко при платформите Siemens SIMATIC S7, както и при по-широк спектър от системи за управление PLC/PAC.

Свързване на Factory I/O със симулацията на PLC

След като PLCSIM заработи, Factory I/O може да се свърже директно с виртуалния контролер чрез драйвера Siemens S7-PLCSIM. За разлика от реалното въвеждане в експлоатация, при базово тестване не са необходими Ethernet адресиране на хардуера или индустриални комутатори.

Урокът използва обикновено приложение с конвейер, два фотоелектрични сензора и изход за двигател. Въпреки простотата си примерът демонстрира няколко основополагащи концепции в автоматизацията, включително логика със самозадържане, наблюдение на сензори и синхронизация на изходите.

Успешната връзка с драйвера позволява обмен на данни в реално време между виртуалната фабрика и PLC логиката.

Защо картографирането на I/O е важно

Точното картографиране на I/O остава една от най-важните задачи във всеки проект за автоматизация. Дори във виртуална среда несъответстващите адреси създават същите експлоатационни проблеми, които се наблюдават при реалното въвеждане в експлоатация.

Всеки сензор и изпълнителен механизъм във Factory I/O трябва да съответства точно на PLC таговете в TIA Portal. Тази практика обучава инженерите на същата структурирана дисциплина, необходима при инсталации на място.

Правилното картографиране на PLC таговете осигурява надеждна синхронизация между виртуалните сензори и стълбовидната логика.

Реализиране на логика за конвейер в TIA Portal

Стратегията за управление използва проста схема със самозадържане тип старт-стоп. Когато сензор A засече контейнер, двигателят на конвейера се включва и остава самозадържан. След като продуктът достигне сензор B, самозадържането се освобождава и конвейерът спира.

Макар и базова, тази последователност отразява широко разпространена логика за обработка на материали, използвана в опаковането, складовата дейност и монтажните операции.

Стълбовидната програма демонстрира практическа логика със самозадържане за управление на движението на конвейера.

Разбиране на поведението на сензорната логика

Урокът подчертава и една често пренебрегвана подробност в инженерната практика: поведението на сигналите от сензорите. Ретрорефлекторните сензори могат да работят с логика с нормално затворен контакт в зависимост от състоянието на лъча и изискванията за безопасност при повреда.

Разбирането на тези сигнални състояния е от съществено значение при преминаването от симулационни проекти към реален индустриален хардуер. Неправилните предположения относно логиката на сензорите продължават да бъдат честа причина за забавяния при въвеждането в експлоатация.

Производителността на симулацията също изисква инженерна дисциплина

Виртуалните среди премахват физическите ограничения на хардуера, но не елиминират ограниченията по отношение на производителността. Времето за цикъл на PLC и честотата на обновяване на симулацията продължават да влияят върху реакцията на системата.

Ако цикълът на обновяване на симулацията и цикълът на изпълнение на PLC се разминават, могат да се появят забавени реакции на изпълнителните механизми. При приложения с конвейери дори малки проблеми с времето могат да доведат до нестабилно придвижване на продуктите или пропуснати събития за засичане.

Инструментите за наблюдение в реално време помагат на инженерите да валидират поведението във времето и ефективно да отстраняват неизправности в логиката за управление.

Защо виртуалните лаборатории за автоматизация се разрастват толкова бързо

Методите за индустриално обучение се променят бързо. Виртуалните PLC лаборатории вече позволяват на инженерните екипи да развиват умения, без да заемат производствено оборудване или да закупуват големи количества хардуер.

За глобалните производители, изправени пред недостиг на работна сила, симулационните платформи предоставят мащабируем метод за обучение по PLC програмиране, диагностика и процедури за въвеждане в експлоатация.

Нарастващото използване на цифрови двойници и платформи за виртуално въвеждане в експлоатация също съответства на по-широките стратегии на Индустрия 4.0. Водещите производители на системи за автоматизация все по-често поддържат инженерни работни процеси, при които симулацията е на първо място, за да намалят риска при стартиране и да съкратят сроковете за внедряване.

Мнение на автора

Най-важният извод от този работен процес не е удобството, а повторяемостта на инженерните дейности. Виртуалните PLC среди позволяват валидиране на логиката много преди началото на физическото стартиране, което значително намалява времето за отстраняване на неизправности по време на въвеждането в експлоатация.

За съвременните екипи по автоматизация симулацията вече не е просто инструмент за обучение. Тя се превръща в стандартна инженерна практика. Инженерите, които се научат да комбинират виртуални PLC, цифрови модели на процеси и структурирана диагностика, ще имат значително предимство, тъй като фабриките продължават да преминават към операции, дефинирани чрез софтуер.

Даниел Мърсър | Старши репортер по системи за автоматизация

Даниел Мърсър има 14 години опит в индустриалната автоматизация и интеграцията на системи за управление, включително със Siemens SIMATIC архитектури, платформи за управление на движението Beckhoff и базирани на Rockwell системи за опаковане. Подпомагал е проекти за въвеждане в експлоатация в производствени, логистични и съоръжения за автоматизация на процеси в Азия и Европа.