استفاده از Factory I/O با PLC مجازی Siemens S7-1200

شبیه‌سازی مجازی PLC آموزش صنعتی را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند

دسترسی به سخت‌افزار فیزیکی PLC برای بسیاری از دانشجویان مهندسی، یکپارچه‌سازان از راه دور و تیم‌های اتوماسیون همچنان چالشی است. پلتفرم‌های شبیه‌سازی مجازی اکنون این فاصله را با اجازه دادن به کاربران برای ساخت و اعتبارسنجی منطق کنترل صنعتی به‌طور کامل در نرم‌افزار، کاهش می‌دهند.

Factory I/O همراه با Siemens TIA Portal و S7-PLCSIM محیطی واقعی ایجاد می‌کند که مهندسان می‌توانند توالی‌های اتوماسیون را قبل از استقرار در سیستم‌های تولید آزمایش کنند. این رویکرد مشابه راه‌اندازی واقعی است در حالی که وابستگی به سخت‌افزار را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

Factory I/O محیط‌های فرآیندی سه‌بعدی واقعی برای توسعه و تست منطق PLC فراهم می‌کند.

ساخت محیط مجازی Siemens S7-1200

پروژه از داخل Siemens TIA Portal با استفاده از محیط S7-PLCSIM آغاز می‌شود. مهندسان می‌توانند یک کنترلر کامل S7-1200 را بدون اتصال به هیچ سخت‌افزار CPU فیزیکی شبیه‌سازی کنند. این رویکرد برای تیم‌های توسعه از راه دور و آزمایشگاه‌های آموزشی بسیار ارزشمند شده است.

قالب Factory I/O قبلاً بلوک‌های عملکرد ارتباطی مورد نیاز برای تبادل داده PLC را شامل می‌شود. حفظ این بلوک‌های ارتباطی حیاتی است زیرا لینک داده زنده بین موتور شبیه‌سازی و زمان اجرای PLC را برقرار می‌کند.

پیکربندی شبیه‌سازی ارتباط پایدار بین TIA Portal و زمان اجرای مجازی PLC را تضمین می‌کند.

بسیاری از یکپارچه‌سازانی که با معماری‌های کنترل توزیع‌شده مدرن کار می‌کنند، پیش از استقرار سیستم‌ها روی سخت‌افزار میدانی، از روش‌های اعتبارسنجی مجازی استفاده می‌کنند. جریان‌های کاری مهندسی مشابه معمولاً در سراسر پلتفرم‌های Siemens SIMATIC S7 و سیستم‌های کنترل گسترده‌تر PLC/PAC به کار می‌روند.

اتصال Factory I/O به شبیه‌سازی PLC

پس از راه‌اندازی PLCSIM، Factory I/O می‌تواند مستقیماً از طریق درایور Siemens S7-PLCSIM به کنترلر مجازی متصل شود. برخلاف راه‌اندازی فیزیکی، برای تست پایه نیازی به آدرس‌دهی سخت‌افزار اترنت یا سوئیچ‌های صنعتی نیست.

این آموزش از یک برنامه ساده نقاله با دو حسگر فوتوالکتریک و یک خروجی موتور استفاده می‌کند. با وجود سادگی، این مثال چندین مفهوم پایه اتوماسیون از جمله منطق قفل‌شونده، پایش حسگر و همگام‌سازی خروجی را نشان می‌دهد.

اتصال موفق درایور امکان تبادل داده در زمان واقعی بین کارخانه مجازی و منطق PLC را فراهم می‌کند.

چرا نگاشت ورودی/خروجی اهمیت دارد

نگاشت دقیق ورودی/خروجی یکی از مهم‌ترین وظایف در هر پروژه اتوماسیون است. حتی در محیط مجازی، آدرس‌های ناهماهنگ همان مشکلات عملیاتی را ایجاد می‌کنند که در راه‌اندازی زنده دیده می‌شود.

هر حسگر و عملگر در Factory I/O باید دقیقاً با تگ‌های PLC داخل TIA Portal مطابقت داشته باشد. این روش به مهندسان همان انضباط ساختاری لازم برای نصب‌های میدانی را آموزش می‌دهد.

نگاشت صحیح تگ PLC همگام‌سازی قابل اعتماد بین حسگرهای مجازی و منطق نردبانی را تضمین می‌کند.

پیاده‌سازی منطق نقاله در TIA Portal

استراتژی کنترل از یک آرایش ساده قفل شروع-توقف استفاده می‌کند. وقتی حسگر A یک سبد را تشخیص می‌دهد، موتور نقاله فعال شده و قفل می‌شود. وقتی محصول به حسگر B می‌رسد، قفل آزاد شده و نقاله متوقف می‌شود.

اگرچه پایه‌ای است، این توالی منطق رایج جابجایی مواد را که در بسته‌بندی، انبارداری و عملیات مونتاژ استفاده می‌شود، منعکس می‌کند.

روتین نردبانی منطق قفل‌شونده عملی برای کنترل حرکت نقاله را نشان می‌دهد.

درک رفتار منطق حسگر

این آموزش همچنین یک جزئیات مهندسی که اغلب نادیده گرفته می‌شود را برجسته می‌کند: رفتار سیگنال حسگر. حسگرهای بازتابی ممکن است بسته به وضعیت پرتو و نیازهای ایمنی، با منطق معمولاً بسته کار کنند.

درک این وضعیت‌های سیگنال هنگام انتقال از پروژه‌های شبیه‌سازی به سخت‌افزار صنعتی واقعی ضروری است. فرضیات نادرست درباره منطق حسگر منبع رایجی برای تأخیرهای راه‌اندازی است.

عملکرد شبیه‌سازی همچنان نیازمند انضباط مهندسی است

محیط‌های مجازی محدودیت‌های سخت‌افزاری فیزیکی را حذف می‌کنند، اما محدودیت‌های عملکردی را از بین نمی‌برند. زمان اسکن PLC و نرخ تازه‌سازی شبیه‌سازی همچنان بر پاسخگویی سیستم تأثیر می‌گذارند.

اگر چرخه به‌روزرسانی شبیه‌سازی و چرخه اجرای PLC هماهنگ نباشند، پاسخ‌های عملگر ممکن است با تأخیر ظاهر شوند. در برنامه‌های نقاله، حتی مشکلات کوچک زمانی می‌توانند باعث ناپایداری جابجایی محصول یا از دست رفتن رویدادهای تشخیص شوند.

ابزارهای نظارت زنده به مهندسان کمک می‌کنند تا رفتار زمانی را اعتبارسنجی و منطق کنترل را به‌طور مؤثر عیب‌یابی کنند.

چرا آزمایشگاه‌های اتوماسیون مجازی به سرعت در حال گسترش هستند

روش‌های آموزش صنعتی به سرعت در حال تغییرند. آزمایشگاه‌های مجازی PLC اکنون به تیم‌های مهندسی اجازه می‌دهند مهارت‌ها را بدون اشغال تجهیزات تولید یا خرید سخت‌افزار گسترده توسعه دهند.

برای تولیدکنندگان جهانی که با کمبود نیروی کار مواجه‌اند، پلتفرم‌های شبیه‌سازی روشی مقیاس‌پذیر برای آموزش برنامه‌نویسی PLC، تشخیص عیب و روش‌های راه‌اندازی فراهم می‌کنند.

پذیرش رو به رشد دوقلوهای دیجیتال و پلتفرم‌های راه‌اندازی مجازی همچنین با استراتژی‌های گسترده‌تر صنعت ۴.۰ همسو است. فروشندگان بزرگ اتوماسیون به طور فزاینده‌ای از جریان‌های کاری مهندسی مبتنی بر شبیه‌سازی برای کاهش ریسک راه‌اندازی و کوتاه کردن زمان استقرار پشتیبانی می‌کنند.

نظر نویسنده

مهم‌ترین نکته این جریان کاری راحتی نیست، بلکه تکرارپذیری مهندسی است. محیط‌های مجازی PLC اجازه می‌دهند منطق مدت‌ها قبل از شروع فیزیکی اعتبارسنجی شود که به طور قابل توجهی زمان عیب‌یابی در راه‌اندازی را کاهش می‌دهد.

برای تیم‌های اتوماسیون مدرن، شبیه‌سازی دیگر فقط یک ابزار آموزشی نیست. بلکه به یک روش مهندسی استاندارد تبدیل شده است. مهندسانی که یاد بگیرند چگونه PLCهای مجازی، مدل‌های فرآیندی دیجیتال و تشخیص ساختاریافته را ترکیب کنند، در حالی که کارخانه‌ها به سمت عملیات تعریف‌شده توسط نرم‌افزار حرکت می‌کنند، مزیت بزرگی خواهند داشت.

دنیل مرسر | گزارشگر ارشد سیستم‌های اتوماسیون

دنیل مرسر دارای ۱۴ سال تجربه در اتوماسیون صنعتی و یکپارچه‌سازی سیستم‌های کنترل است، از جمله معماری Siemens SIMATIC، پلتفرم‌های حرکت Beckhoff و سیستم‌های بسته‌بندی مبتنی بر Rockwell. او پروژه‌های راه‌اندازی را در سراسر تولید، لجستیک و تأسیسات اتوماسیون فرآیند در آسیا و اروپا پشتیبانی کرده است.