Виртуалната PLC симулация доближава индустриалното обучение до реалността

Достъпът до физически PLC хардуер продължава да бъде предизвикателство за много студенти по инженерни науки, отдалечени интегратори и екипи по автоматизация. Платформите за виртуална симулация 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 за разработване и тестване на PLC логика.

Изграждане на виртуална среда за Siemens S7-1200

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

Шаблонът на Factory I/O вече включва функционалните блокове за комуникация, необходими за обмена 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 механизъм 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 виртуална валидация, преди да внедрят системите във физически обекти. Подобни инженерни работни процеси се прилагат широко при платформите Siemens SIMATIC S7, както и при по-общите системи за управление PLC/PAC.

Свързване на Factory I/O към PLC симулацията

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

Урокът използва прост пример с конвейер, два фотоелектрични сензора и изход за двигател. Въпреки своята простота примерът демонстрира няколко основни 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 входовете и изходите е важно

Точното картографиране на входовете и изходите остава една от най-важните задачи във всеки проект по автоматизация. Дори във виртуална среда несъответстващите адреси създават същите оперативни 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, която е необходима при инсталации на място.

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

Реализиране на логика за конвейер в TIA Portal

Стратегията за управление използва стандартна схема със самозадържане за стартиране и спиране. Когато Сензор A засече контейнер, двигателят на конвейера се включва и остава самозадържан. Когато продуктът достигне Сензор B, самозадържането се освобождава и конвейерът спира.

Въпреки че е базова, тази последователност отразява широко разпространената логика за обработка на материали, използвана в опаковането, складовите операции и монтажните производства.

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

Разбиране на поведението на сензорната логика

Урокът също така подчертава често пренебрегван инженерeн детайл: поведението на сензорните сигнали. Ретрорефлекторните сензори могат да работят с логика с нормално затворен контакт в зависимост от състоянието на лъча и изискванията за безопасност при отказ.

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

Производителността на симулацията също изисква инженерна дисциплина

Виртуалните среди премахват ограниченията, свързани с физическия хардуер, но не елиминират ограниченията в производителността. Времената за PLC цикъла и честотите 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, може да се появят забавяния в реакциите на изпълнителните механизми. При приложения с конвейери дори малки проблеми със синхронизацията могат да доведат до нестабилно боравене с продуктите или пропуснати събития от сензорите.

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

Защо виртуалните лаборатории по автоматизация се разрастват 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 програмиране на PLC, 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, базирани първоначално на симулация, 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. Това е 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, определяни от софтуер.

Daniel Mercer | Старши репортер за системи за автоматизация

Daniel Mercer има 14 години опит в индустриалната автоматизация и интеграцията на системи за управление, включително със Siemens SIMATIC архитектура, платформи за управление на движението Beckhoff и базирани на Rockwell системи за опаковане. Той е подпомагал проекти по въвеждане в експлоатация в производствени, логистични и съоръжения за автоматизация на процеси в Азия и Европа.