โรงงานเสมือนกำลังเปลี่ยนแปลงการฝึกอบรม PLC

การขาดแคลนโปรแกรมเมอร์ PLC และช่างเทคนิคระบบอัตโนมัติที่มีทักษะทั่วโลกยังคงสร้างแรงกดดันต่อผู้ผลิต ผู้รวมระบบ และสถาบันการศึกษาด้านเทคนิค ขณะเดียวกัน โรงงานผลิตสมัยใหม่ก็พึ่งพาระบบอัตโนมัติแบบดิจิทัล ระบบควบคุมแบบกระจาย และกลยุทธ์การผลิตอัจฉริยะมากขึ้นเรื่อย ๆ

อย่างไรก็ตาม สำหรับศูนย์ฝึกอบรมหลายแห่ง การสร้างห้องปฏิบัติการ PLC ที่มีอุปกรณ์ครบครันยังคงมีค่าใช้จ่ายสูงและขยายรองรับผู้เรียนได้ยาก การจัดซื้อฮาร์ดแวร์ ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และการเข้าถึงอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่จำกัด มักทำให้การเรียนรู้เชิงปฏิบัติล่าช้า Factory I/O พยายามแก้ไขความท้าทายนี้ด้วยการนำการจำลองกระบวนการอุตสาหกรรมมาไว้ในสภาพแวดล้อม 3 มิติแบบเสมือนจริง

แทนที่จะพึ่งพาสายพานลำเลียง มอเตอร์ เซนเซอร์ และแอคชูเอเตอร์จริงทั้งหมด ผู้เรียนสามารถสร้างและทดสอบตรรกะระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมได้โดยตรงบนคอมพิวเตอร์ พร้อมรักษาลำดับการทำงานของกระบวนการอุตสาหกรรมที่สมจริง

รูปที่ 1. Factory I/O มอบสภาพแวดล้อมการจำลองสายการผลิตที่สมจริงสำหรับการฝึกอบรม PLC และการศึกษาระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม

เหตุใดการจำลองจึงมีความสำคัญต่อการศึกษาระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

การฝึกอบรมระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมมักต้องอาศัยการเข้าถึงแร็ก PLC โมดูล I/O, HMI, ไดรฟ์ และเครือข่ายอุตสาหกรรมจริง แม้แนวทางนี้ยังคงมีคุณค่า แต่ก็สร้างอุปสรรคให้โรงเรียนและบริษัทที่ต้องการสภาพแวดล้อมการฝึกอบรมซึ่งขยายรองรับผู้เรียนได้

Factory I/O นำเสนอทางเลือกเชิงปฏิบัติด้วยการผสานการแสดงภาพกระบวนการอุตสาหกรรมเข้ากับการสื่อสารกับ PLC จริง ผู้ใช้สามารถพัฒนาแลดเดอร์ลอจิก ตรวจสอบอินพุตและเอาต์พุตดิจิทัล และตรวจสอบลำดับการทำงานของระบบอัตโนมัติได้โดยไม่เสี่ยงทำให้อุปกรณ์ราคาแพงเสียหาย

แนวทางนี้มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อผู้ผลิตเร่งการเปลี่ยนผ่านสู่ดิจิทัลและการทำงานด้านวิศวกรรมจากระยะไกล ปัจจุบันทีมวิศวกรรมจำนวนมากตรวจสอบตรรกะของกระบวนการในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงก่อนเริ่มติดตั้งและเดินระบบอุปกรณ์ที่หน้างาน

สำหรับผู้เรียนที่กำลังศึกษาแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โครงการเสมือนจริงยังสามารถเสริมการฝึกปฏิบัติกับระบบต่าง ๆ เช่น Siemens SIMATIC S7 หรือสถาปัตยกรรม Allen-Bradley ControlLogix ที่มักนำไปใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรม

ภายในสภาพแวดล้อม Factory I/O

การสร้างฉากด้วยส่วนประกอบอุตสาหกรรม

Factory I/O ช่วยให้ผู้ใช้สร้างฉากโรงงานได้โดยใช้ชิ้นส่วนอุตสาหกรรมแบบลากแล้ววาง ทั้งสายพานลำเลียง เซนเซอร์โฟโตอิเล็กทริก ปุ่มกด แอคชูเอเตอร์นิวแมติก ไฟสัญญาณแบบเสา และระบบหุ่นยนต์ สามารถจัดวางรวมกันเป็นกระบวนการอัตโนมัติที่ทำงานได้จริง

ซอฟต์แวร์นี้มีฉากฝึกอบรมสำเร็จรูปที่เพิ่มความซับซ้อนขึ้นทีละขั้น ผู้เริ่มต้นสามารถเริ่มจากแบบฝึกหัดควบคุมมอเตอร์พื้นฐาน ขณะที่ผู้ใช้ขั้นสูงสามารถสร้างคลังสินค้าอัตโนมัติ ระบบหยิบและวาง หรือแอปพลิเคชันควบคุมกระบวนการได้

รูปที่ 2 ฉากที่กำหนดค่าไว้ล่วงหน้าช่วยให้ผู้เรียนพัฒนาจากลอจิก PLC พื้นฐานไปสู่ลำดับงานระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมที่ก้าวหน้ายิ่งขึ้น

ต่างจากซอฟต์แวร์เพื่อการศึกษาที่ไม่มีการโต้ตอบ Factory I/O นำเสนอการเคลื่อนไหว จังหวะเวลา การทำงานตามลำดับ และผลตอบกลับจากการปฏิบัติงาน ซึ่งใกล้เคียงกับระบบการผลิตจริงมากกว่า

การสร้างโครงการระบบอัตโนมัติแบบกำหนดเอง

ความสามารถที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งของซอฟต์แวร์คือการปรับแต่งฉาก ผู้ใช้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงตัวอย่างที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และสามารถออกแบบผังอุตสาหกรรมใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้นได้

ความยืดหยุ่นนี้ทำให้แพลตฟอร์มมีประโยชน์สำหรับโรงเรียนเทคนิค ผู้รวมระบบอัตโนมัติ และแผนกฝึกอบรมของผู้ผลิตเครื่องจักร ซึ่งต้องการแบบฝึกหัดเฉพาะด้าน วิศวกรสามารถจำลองคอขวดในการผลิต แก้ไขปัญหาลอจิกของเครื่องจักร หรือตรวจสอบการทำงานตามลำดับก่อนนำไปใช้งานจริงที่หน้างาน

รูปที่ 3 วิศวกรสามารถประกอบระบบสายพานลำเลียงแบบกำหนดเองและลำดับงานระบบอัตโนมัติภายในสภาพแวดล้อมโรงงานเสมือนที่ปรับแต่งได้

การเชื่อมต่อระบบเสมือนเข้ากับแพลตฟอร์ม PLC จริง

Factory I/O มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเชื่อมต่อกับแพลตฟอร์มควบคุมอุตสาหกรรม ซอฟต์แวร์นี้รองรับไดรเวอร์การสื่อสารและโปรโตคอลอุตสาหกรรมหลายรูปแบบที่ใช้งานในโรงงานผลิตทั่วโลก

วิศวกรสามารถผสานรวมสภาพแวดล้อมการจำลองเข้ากับ PLC เสมือน คอนโทรลเลอร์จริง เซิร์ฟเวอร์ OPC และซอฟต์แวร์สื่อสารอุตสาหกรรมได้ ทำให้สามารถทดสอบลอจิกแบบแลดเดอร์จริงพร้อมรับผลตอบกลับแบบสดจากโรงงานเสมือน

การรองรับระบบนิเวศ PLC รายใหญ่

แพลตฟอร์มนี้รองรับการสื่อสารกับระบบนิเวศด้านระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมรายใหญ่ รวมถึงแพลตฟอร์มของ Siemens, Allen-Bradley และ Mitsubishi Electric

ผู้ใช้ Siemens มักผสานรวม Factory I/O เข้ากับ TIA Portal และ S7-PLCSIM เพื่อจำลอง PLC ได้อย่างสมจริง ส่วนระบบ Allen-Bradley สามารถสื่อสารโดยใช้การกำหนดค่า EtherNet/IP ผ่านสภาพแวดล้อม Studio 5000

ระบบ Mitsubishi Electric มักใช้การสื่อสาร OPC DA หรือ OPC UA ผ่านการผสานรวมกับ MX OPC Server สถาปัตยกรรมนี้สอดคล้องกับการติดตั้งระบบสื่อสารอุตสาหกรรมจริงจำนวนมากที่ใช้ในโรงงานสมัยใหม่

รูปที่ 4 Factory I/O รองรับไดรเวอร์การสื่อสารในภาคอุตสาหกรรมหลายรูปแบบ เพื่อเชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ PLC และระบบควบคุมเสมือน

Factory I/O เหมาะกับการใช้งานในอุตสาหกรรมอย่างไร

นอกเหนือจากด้านการศึกษาแล้ว Factory I/O ยังสอดคล้องกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นของการทดสอบเดินระบบเสมือนจริงและกระบวนการทำงานด้านวิศวกรรมดิจิทัล ผู้ผลิตต้องการลดความล่าช้าในการทดสอบเดินระบบ ย่นระยะเวลาการเริ่มต้นการผลิต และตรวจพบข้อผิดพลาดในการเขียนโปรแกรมก่อนนำระบบไปใช้งาน

ปัจจุบันซอฟต์แวร์จำลองรองรับภาคอุตสาหกรรมหลายประเภท รวมถึงการประกอบยานยนต์ ระบบบรรจุภัณฑ์ โลจิสติกส์คลังสินค้า การขนถ่ายวัสดุ และการผลิตแบบกระบวนการ

แผนกฝึกอบรมยังสามารถใช้ Factory I/O เพื่อสร้างแบบฝึกหัดมาตรฐานสำหรับบุคลากรซ่อมบำรุง พนักงานปฏิบัติการ และวิศวกรระบบควบคุม โดยไม่รบกวนอุปกรณ์การผลิตที่กำลังทำงานอยู่

โครงการฝึกอบรมด้านอุตสาหกรรมทั่วไป

โครงการการเรียนรู้ทั่วไปประกอบด้วย:

• การจัดลำดับการทำงานของสายพานลำเลียงอัตโนมัติ
• ระบบลิฟต์และที่จอดรถ
• การทำงานหยิบและวางด้วยหุ่นยนต์
• แอปพลิเคชันคัดแยกบาร์โค้ด
• การจำลองระบบอัตโนมัติในคลังสินค้า
• ระบบควบคุมแอกชูเอเตอร์นิวแมติก

แบบฝึกหัดเหล่านี้ช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจการแมปดิจิทัล I/O การควบคุมลำดับการทำงาน ไทเมอร์ เคาน์เตอร์ ลอจิกความปลอดภัย และการวินิจฉัยการสื่อสารในระบบอุตสาหกรรม

ข้อจำกัดของการฝึกอบรมระบบอัตโนมัติแบบเสมือนจริง

แม้การจำลองจะมีข้อดี แต่ก็ไม่สามารถทดแทนประสบการณ์การใช้งานฮาร์ดแวร์อุตสาหกรรมจริงได้ทั้งหมด ผู้เรียนยังคงต้องมีประสบการณ์จริงเกี่ยวกับแนวทางการเดินสาย การแก้ไขปัญหาระบบไฟฟ้า การติดตั้งฟิลด์บัส และการออกแบบตู้ควบคุม

ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งจะปรากฏขึ้นเมื่อการจำลองต้องใช้ทรัพยากรในการประมวลผลสูง สภาพแวดล้อมเสมือนขนาดใหญ่อาจทำให้เกิดความหน่วง ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของพีซีและความสามารถด้านกราฟิก

ต้นทุนใบอนุญาตอาจเป็นอีกปัจจัยที่ต้องพิจารณาสำหรับสถาบันที่ติดตั้งใช้งานหลายสิทธิ์ในห้องเรียนหรือศูนย์ฝึกอบรมระดับองค์กร

อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดเหล่านี้มักถูกชดเชยด้วยความยืดหยุ่น ความปลอดภัย และการเข้าถึงที่แพลตฟอร์มการจำลองมอบให้

การฝึกอบรมด้านอุตสาหกรรมกำลังก้าวสู่การเรียนรู้แบบผสมผสาน

อนาคตของการฝึกอบรมด้านระบบอัตโนมัติมีแนวโน้มที่จะผสานฮาร์ดแวร์ PLC จริงเข้ากับสภาพแวดล้อมการจำลองแบบดิจิทัล ระบบเสมือนช่วยเร่งการเรียนรู้ ลดต้นทุนโครงสร้างพื้นฐาน และเปิดโอกาสให้วิศวกรทดลองได้โดยไม่เสี่ยงต่อการปฏิบัติงานจริง

เมื่อโรงงานอุตสาหกรรมนำดิจิทัลทวิน การทดสอบเดินระบบเสมือนจริง และการวินิจฉัยระยะไกลมาใช้ เครื่องมืออย่าง Factory I/O จึงไม่ได้เป็นเพียงซอฟต์แวร์เพื่อการศึกษาอีกต่อไป แต่กำลังพัฒนาเป็นแพลตฟอร์มวิศวกรรมพื้นฐานสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านระบบอัตโนมัติรุ่นใหม่

ในทางปฏิบัติ การจำลองไม่ใช่สิ่งที่เลือกทำหรือไม่ทำได้อีกต่อไปสำหรับทีมวิศวกรรมจำนวนมาก แต่กำลังกลายเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการทำงานมาตรฐานสำหรับการพัฒนาระบบอัตโนมัติ การแก้ไขปัญหา และการฝึกอบรมบุคลากร

ผู้เขียน: Daniel Mercer — ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอุตสาหกรรม มีประสบการณ์ 14 ปีในการรายงานข่าวเกี่ยวกับสถาปัตยกรรม PLC การทดสอบเดินระบบดิจิทัล และการบูรณาการระบบควบคุมอุตสาหกรรม เขาให้การสนับสนุนโครงการปรับปรุงระบบอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับระบบของ Siemens, Emerson, Beckhoff Automation และ Rockwell Automation ในโรงงานการผลิตและสถานประกอบการด้านพลังงาน