A Factory I/O használata virtuális Siemens S7-1200 PLC-vel

A virtuális PLC-szimuláció közelebb hozza az ipari képzést a valósághoz

A fizikai PLC-hardverekhez való hozzáférés sok mérnökhallgató, távolról dolgozó rendszerintegrátor és automatizálási csapat számára továbbra is kihívást jelent. A virtuális szimulációs platformok most áthidalják ezt a szakadékot, mivel lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy az ipari vezérlési logikát teljes egészében szoftverben építsék fel és ellenőrizzék.

A Factory I/O a Siemens TIA Portallal és az S7-PLCSIM-mel együtt olyan valósághű környezetet hoz létre, amelyben a mérnökök a gyártási rendszerekbe történő telepítés előtt tesztelhetik az automatizálási szekvenciákat. Ez a megközelítés a valós üzembe helyezést modellezi, miközben jelentősen csökkenti a hardverfüggőséget.

A Factory I/O valósághű, háromdimenziós folyamatkörnyezeteket biztosít a PLC-logika fejlesztéséhez és teszteléséhez.

A virtuális Siemens S7-1200 környezet felépítése

A projekt a Siemens TIA Portalban, az S7-PLCSIM környezet használatával kezdődik. A mérnökök teljes S7-1200 vezérlőt szimulálhatnak anélkül, hogy fizikai CPU-hardvert csatlakoztatnának. Ez a megközelítés egyre értékesebbé vált a távolról dolgozó fejlesztőcsapatok és az oktatási laboratóriumok számára.

A Factory I/O-sablon már tartalmazza a PLC-adatcseréhez szükséges kommunikációs funkcióblokkokat. Ezeknek a kommunikációs blokkoknak a megtartása kritikus fontosságú, mivel ezek hozzák létre az élő adatkapcsolatot a szimulációs motor és a PLC-futtatókörnyezet között.

A szimulációs konfiguráció stabil kommunikációt biztosít a TIA Portal és a virtuális PLC-futtatókörnyezet között.

Számos modern elosztott vezérlési architektúrákkal dolgozó rendszerintegrátor már a rendszerek terepi hardverre történő telepítése előtt virtuális validálási módszereket alkalmaz. Hasonló mérnöki munkafolyamatokat használnak a Siemens SIMATIC S7-platformokon és a szélesebb körű PLC/PAC-vezérlőrendszerekben is.

A Factory I/O csatlakoztatása a PLC-szimulációhoz

Amint a PLCSIM működőképes, a Factory I/O közvetlenül csatlakozhat a virtuális vezérlőhöz a Siemens S7-PLCSIM-illesztőprogramon keresztül. A fizikai üzembe helyezéssel ellentétben az alapvető teszteléshez nincs szükség Ethernet-hardveres címzésre vagy ipari kapcsolókra.

Az oktatóanyag egy egyszerű szállítópályás alkalmazást használ két fotoelektromos érzékelővel és egy motor-kimenettel. Egyszerűsége ellenére a példa számos alapvető automatizálási koncepciót mutat be, köztük a reteszelési logikát, az érzékelők felügyeletét és a kimenetek szinkronizálását.

A sikeres illesztőprogram-kapcsolat valós idejű adatcserét tesz lehetővé a virtuális gyár és a PLC-logika között.

Miért fontos az I/O-leképezés?

A pontos I/O-leképezés továbbra is az egyik legfontosabb feladat minden automatizálási projektben. Még virtuális környezetben is ugyanazokat a működési problémákat okozzák a nem egyező címek, mint az éles üzembe helyezés során.

A Factory I/O minden érzékelőjének és beavatkozó szervének pontosan meg kell felelnie a TIA Portalban létrehozott PLC-címkéknek. Ez a gyakorlat ugyanazt a strukturált fegyelmet tanítja meg a mérnököknek, amely a terepi telepítésekhez is szükséges.

A megfelelő PLC-címkeleképezés megbízható szinkronizálást biztosít a virtuális érzékelők és a létradiagram-logika között.

A szállítópálya-logika megvalósítása a TIA Portalban

A vezérlési stratégia egy egyszerű indítási-leállítási reteszelési elrendezést használ. Amikor az A érzékelő érzékel egy ládát, a szállítópálya motorja bekapcsol, és reteszelt állapotban marad. Amint a termék eléri a B érzékelőt, a retesz kiold, és a szállítópálya leáll.

Bár ez a szekvencia alapvető, a csomagolásban, raktározásban és összeszerelési műveletekben széles körben alkalmazott anyagmozgatási logikát tükröz.

A létradiagram-rutin a szállítópálya mozgásvezérléséhez használt gyakorlati reteszelési logikát mutatja be.

Az érzékelőlogika működésének megértése

Az oktatóanyag egy gyakran figyelmen kívül hagyott mérnöki részletre, az érzékelőjelek működésére is felhívja a figyelmet. A retroreflexiós érzékelők a sugár állapotától és a hibabiztos működéssel kapcsolatos követelményektől függően nyugalmi állapotban zárt logikával is működhetnek.

Ezen jelállapotok megértése alapvető fontosságú, amikor a szimulációs projektekről valódi ipari hardverre térünk át. Az érzékelőlogikával kapcsolatos helytelen feltételezések továbbra is gyakori okai az üzembe helyezési késedelmeknek.

A szimuláció teljesítménye továbbra is mérnöki fegyelmet igényel

A virtuális környezetek megszüntetik a fizikai hardver korlátait, de nem szüntetik meg a teljesítménykorlátokat. A PLC-ciklusidők és a szimuláció frissítési gyakorisága továbbra is befolyásolja a rendszer reakcióképességét.

Ha a szimuláció frissítési ciklusa és a PLC végrehajtási ciklusa nincs összhangban, késleltetett beavatkozószerv-válaszok jelenhetnek meg. Szállítópályás alkalmazásokban már kisebb időzítési problémák is instabil termékmozgatást vagy elmaradt érzékelési eseményeket okozhatnak.

Az élő felügyeleti eszközök segítenek a mérnököknek az időzítési viselkedés validálásában és a vezérlési logika hatékony hibakeresésében.

Miért terjednek gyorsan a virtuális automatizálási laboratóriumok?

Az ipari képzési módszerek gyorsan változnak. A virtuális PLC-laboratóriumok most lehetővé teszik a mérnöki csapatok számára, hogy a termelőberendezések lekötése vagy kiterjedt hardverkészletek beszerzése nélkül fejlesszék készségeiket.

A munkaerőhiánnyal küzdő globális gyártók számára a szimulációs platformok skálázható módszert kínálnak a PLC-programozás, a diagnosztika és az üzembe helyezési eljárások oktatására.

A digitális ikrek és a virtuális üzembe helyezési platformok növekvő elterjedése szintén összhangban áll a szélesebb körű Ipar 4.0-stratégiákkal. A vezető automatizálási gyártók egyre inkább támogatják a szimulációközpontú mérnöki munkafolyamatokat az indulási kockázat csökkentése és a telepítési ütemezések lerövidítése érdekében.

A szerző véleménye

Ennek a munkafolyamatnak a legfontosabb tanulsága nem a kényelem, hanem a mérnöki megismételhetőség. A virtuális PLC-környezetek lehetővé teszik a logika validálását jóval a fizikai indítás előtt, ami jelentősen csökkenti az üzembe helyezés során szükséges hibakeresési időt.

A modern automatizálási csapatok számára a szimuláció már nem csupán oktatási eszköz. Standard mérnöki gyakorlattá válik. Azok a mérnökök, akik megtanulják egyesíteni a virtuális PLC-ket, a digitális folyamatmodelleket és a strukturált diagnosztikát, jelentős előnyre tesznek szert, ahogy a gyárak tovább haladnak a szoftveresen definiált működés felé.

Daniel Mercer | vezető automatizálási rendszerek szakújságírója

Daniel Mercer 14 éves tapasztalattal rendelkezik az ipari automatizálás és a vezérlőrendszer-integráció terén, beleértve a Siemens SIMATIC-architektúrákat, a Beckhoff mozgásvezérlési platformokat és a Rockwell-alapú csomagolórendszereket. Ázsiában és Európában a gyártás, a logisztika és a folyamat-automatizálás területén működő létesítmények üzembe helyezési projektjeit támogatta.