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

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

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

A Factory I/O valósághű 3D-folyamatkörnyezeteket biztosít a PLC-logika fejlesztéséhez és teszteléséhez.

A virtuális Siemens S7-1200 környezet létrehozása

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 laborok 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-futási környezet között.

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

Számos, modern elosztott vezérlési architektúrákkal dolgozó rendszerintegrátor már virtuális validálási módszereket alkalmaz, mielőtt a rendszereket terepi hardveren üzembe helyezné. Hasonló mérnöki munkafolyamatokat gyakran alkalmaznak a Siemens SIMATIC S7-platformokon és a szélesebb körű PLC/PAC-vezérlőrendszerekben is.

A Factory I/O csatlakoztatása a PLC-szimulációhoz

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

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

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

Miért fontos a be- és kimenetek leképezése?

A pontos I/O-leképezés minden automatizálási projekt egyik legfontosabb feladata. Még virtuális környezetben is ugyanazokat az üzemeltetési problémákat okozzák a nem egyező címek, amelyek az éles üzembe helyezés során is jelentkeznek.

A Factory I/O minden érzékelőjének és beavatkozó elemének pontosan meg kell felelnie a TIA Portalban szereplő PLC-címkéknek. Ez a gyakorlat ugyanazt a strukturált alaposságot 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 szállítószalag-logika megvalósítása a TIA Portalban

A vezérlési stratégia egyszerű indítás-leállítási reteszelési elrendezést alkalmaz. Amikor az A érzékelő észlel egy ládát, a szállítószalag motorja bekapcsol, és reteszelt állapotban marad. Amint a termék eléri a B érzékelőt, a reteszelés feloldódik, és a szállítószalag leáll.

Ez a sorrend az egyszerűsége ellenére a csomagolásban, a raktározásban és az összeszerelési műveletekben széles körben alkalmazott anyagmozgatási logikát tükrözi.

A létradiagram-rutin a szállítószalag mozgásvezérléséhez alkalmazott gyakorlati reteszelési logikát szemlélteti.

Az érzékelőlogika működésének megértése

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

Ezeknek a jelállapotoknak a megértése alapvető fontosságú a szimulációs projektekről a valódi ipari hardverre való áttéréskor. Az érzékelőlogikával kapcsolatos helytelen feltételezések továbbra is gyakori forrásai az üzembe helyezési késedelmeknek.

A szimuláció teljesítményéhez továbbra is mérnöki fegyelem szükséges

A virtuális környezetek megszüntetik a fizikai hardver korlátait, de nem számolják fel 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 beavatkozóelem-válaszok jelentkezhetnek. Szállítószalag-alkalmazásokban még kisebb időzítési problémák is instabil termékmozgatást vagy elmulasztott 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 laborok?

Az ipari képzési módszerek gyorsan változnak. A virtuális PLC-laborok immár lehetővé teszik a mérnökcsapatok számára a készségek fejlesztését anélkül, hogy termelőberendezéseket foglalnának le vagy jelentős hardverkészletet vásárolnának.

A munkaerőhiánnyal küzdő globális gyártók számára a szimulációs platformok skálázható módszert biztosítanak 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 jelentős automatizálási beszállítók egyre inkább támogatják a szimulációközpontú mérnöki munkafolyamatokat az indítási kockázatok csökkentése és a bevezetési ütemtervek lerövidítése érdekében.

A szerző véleménye

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

A modern automatizálási csapatok számára a szimuláció már nem csupán oktatási eszköz. Egyre inkább szabványos mérnöki gyakorlattá válik. Azok a mérnökök, akik megtanulják kombinálni 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 ipariautomatizálási-rendszerriporter

Daniel Mercer 14 éves tapasztalattal rendelkezik az ipari automatizálás és a vezérlőrendszer-integráció területén, beleértve a Siemens SIMATIC-architektúrákat, a Beckhoff mozgásvezérlési platformokat és a Rockwell-alapú csomagolórendszereket. Ázsia és Európa gyártási, logisztikai és folyamat-automatizálási létesítményeiben támogatott üzembe helyezési projekteket.