การใช้ Factory I/O ร่วมกับ PLC Siemens S7-1200 เสมือน

การจำลอง PLC เสมือนช่วยให้การฝึกอบรมภาคอุตสาหกรรมใกล้เคียงความเป็นจริงยิ่งขึ้น

การเข้าถึงฮาร์ดแวร์ PLC จริงยังคงเป็นความท้าทายสำหรับนักศึกษาวิศวกรรม ผู้รวมระบบระยะไกล และทีมระบบอัตโนมัติจำนวนมาก ปัจจุบันแพลตฟอร์มการจำลองเสมือนกำลังช่วยแก้ปัญหานี้ โดยเปิดให้ผู้ใช้สร้างและตรวจสอบตรรกะควบคุมภาคอุตสาหกรรมได้ทั้งหมดในซอฟต์แวร์

Factory I/O เมื่อใช้งานร่วมกับ Siemens TIA Portal และ S7-PLCSIM จะสร้างสภาพแวดล้อมเสมือนจริงที่วิศวกรสามารถทดสอบลำดับการทำงานของระบบอัตโนมัติก่อนนำไปใช้งานกับระบบการผลิต แนวทางนี้จำลองกระบวนการทดสอบและเริ่มเดินระบบจริง พร้อมลดการพึ่งพาฮาร์ดแวร์ลงอย่างมาก

Factory I/O นำเสนอสภาพแวดล้อมกระบวนการแบบ 3 มิติที่สมจริงสำหรับการพัฒนาและทดสอบตรรกะ PLC

การสร้างสภาพแวดล้อม Siemens S7-1200 เสมือน

โครงการเริ่มต้นภายใน Siemens TIA Portal โดยใช้สภาพแวดล้อม S7-PLCSIM วิศวกรสามารถจำลองคอนโทรลเลอร์ S7-1200 ได้ครบชุดโดยไม่ต้องเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์ CPU จริง แนวทางนี้มีคุณค่าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องสำหรับทีมพัฒนาระยะไกลและห้องปฏิบัติการการศึกษา

เทมเพลต Factory I/O มีบล็อกฟังก์ชันการสื่อสารที่จำเป็นสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับ PLC มาให้แล้ว การคงบล็อกการสื่อสารเหล่านี้ไว้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากบล็อกเหล่านี้เป็นตัวสร้างลิงก์ข้อมูลแบบเรียลไทม์ระหว่างเอนจินการจำลองกับรันไทม์ของ PLC

การกำหนดค่าการจำลองช่วยให้การสื่อสารระหว่าง TIA Portal กับรันไทม์ PLC เสมือนมีเสถียรภาพ

ผู้รวมระบบจำนวนมากที่ทำงานกับสถาปัตยกรรมควบคุมแบบกระจายสมัยใหม่ใช้วิธีการตรวจสอบระบบเสมือนก่อนนำระบบไปติดตั้งกับฮาร์ดแวร์ภาคสนามอยู่แล้ว ขั้นตอนการทำงานทางวิศวกรรมลักษณะเดียวกันนี้มักใช้กับ แพลตฟอร์ม Siemens SIMATIC S7 และ ระบบควบคุม PLC/PAC ในวงกว้าง

การเชื่อมต่อ Factory I/O กับการจำลอง PLC

เมื่อ PLCSIM ทำงานแล้ว Factory I/O สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับคอนโทรลเลอร์เสมือนผ่านไดรเวอร์ Siemens S7-PLCSIM แตกต่างจากการทดสอบและเริ่มเดินระบบจริง การทดสอบพื้นฐานไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์อีเทอร์เน็ต การกำหนดแอดเดรส หรือสวิตช์อุตสาหกรรม

บทช่วยสอนนี้ใช้แอปพลิเคชันสายพานลำเลียงอย่างง่ายที่มีเซนเซอร์โฟโตอิเล็กทริกสองตัวและเอาต์พุตมอเตอร์ แม้จะเรียบง่าย แต่ตัวอย่างนี้แสดงแนวคิดพื้นฐานหลายประการของระบบอัตโนมัติ ได้แก่ ตรรกะค้างสถานะ การตรวจสอบเซนเซอร์ และการซิงโครไนซ์เอาต์พุต

การเชื่อมต่อไดรเวอร์ที่สำเร็จช่วยให้โรงงานเสมือนแลกเปลี่ยนข้อมูลกับตรรกะ PLC ได้แบบเรียลไทม์

เหตุใดการแมป I/O จึงมีความสำคัญ

การแมป I/O อย่างถูกต้องยังคงเป็นหนึ่งในงานที่สำคัญที่สุดในโครงการระบบอัตโนมัติ แม้ในสภาพแวดล้อมเสมือน แอดเดรสที่ไม่ตรงกันก็ทำให้เกิดปัญหาในการทำงานเช่นเดียวกับที่พบระหว่างการทดสอบและเริ่มเดินระบบจริง

เซนเซอร์และแอคชูเอเตอร์แต่ละตัวใน Factory I/O ต้องสอดคล้องอย่างแม่นยำกับแท็ก PLC ภายใน TIA Portal แนวทางนี้ช่วยฝึกวิศวกรให้มีวินัยเชิงโครงสร้างแบบเดียวกับที่จำเป็นสำหรับการติดตั้งภาคสนาม

การแมปแท็ก PLC อย่างถูกต้องช่วยให้เซนเซอร์เสมือนและตรรกะแบบแลดเดอร์ทำงานประสานกันได้อย่างน่าเชื่อถือ

การนำตรรกะสายพานลำเลียงไปใช้ใน TIA Portal

กลยุทธ์การควบคุมใช้การจัดวางวงจรค้างสถานะแบบเริ่ม-หยุดที่ตรงไปตรงมา เมื่อเซนเซอร์ A ตรวจพบกล่อง มอเตอร์สายพานลำเลียงจะทำงานและคงสถานะค้างไว้ เมื่อผลิตภัณฑ์ไปถึงเซนเซอร์ B วงจรค้างสถานะจะถูกยกเลิกและสายพานลำเลียงจะหยุด

แม้จะเป็นลำดับการทำงานพื้นฐาน แต่สะท้อนตรรกะการลำเลียงวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในงานบรรจุภัณฑ์ คลังสินค้า และการประกอบ

รูทีนแบบแลดเดอร์นี้แสดงตรรกะค้างสถานะที่ใช้งานได้จริงสำหรับควบคุมการเคลื่อนที่ของสายพานลำเลียง

ทำความเข้าใจพฤติกรรมของตรรกะเซนเซอร์

บทช่วยสอนนี้ยังเน้นรายละเอียดทางวิศวกรรมที่มักถูกมองข้าม นั่นคือพฤติกรรมของสัญญาณเซนเซอร์ เซนเซอร์แบบสะท้อนกลับอาจทำงานด้วยตรรกะแบบหน้าสัมผัสปกติปิด ขึ้นอยู่กับสถานะของลำแสงและข้อกำหนดด้านความปลอดภัยเมื่อเกิดความขัดข้อง

การทำความเข้าใจสถานะของสัญญาณเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องเปลี่ยนจากโครงการจำลองไปสู่ฮาร์ดแวร์อุตสาหกรรมจริง การตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับตรรกะของเซนเซอร์ไม่ถูกต้องยังคงเป็นสาเหตุทั่วไปของความล่าช้าในการทดสอบและเริ่มเดินระบบ

ประสิทธิภาพของการจำลองยังคงต้องอาศัยวินัยทางวิศวกรรม

สภาพแวดล้อมเสมือนช่วยขจัดข้อจำกัดด้านฮาร์ดแวร์จริง แต่ไม่ได้ขจัดข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ เวลาในการสแกนของ PLC และอัตราการรีเฟรชของการจำลองยังคงส่งผลต่อการตอบสนองของระบบ

หากรอบการอัปเดตของการจำลองกับรอบการประมวลผลของ PLC ไม่สอดคล้องกัน อาจเกิดการตอบสนองของแอคชูเอเตอร์ที่ล่าช้าได้ ในแอปพลิเคชันสายพานลำเลียง แม้ปัญหาด้านเวลาจะเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อย ก็อาจทำให้การจัดการผลิตภัณฑ์ไม่เสถียรหรือพลาดเหตุการณ์ตรวจจับ

เครื่องมือตรวจสอบแบบเรียลไทม์ช่วยให้วิศวกรตรวจสอบพฤติกรรมด้านเวลาและแก้ไขปัญหาตรรกะควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เหตุใดห้องปฏิบัติการระบบอัตโนมัติเสมือนจึงขยายตัวอย่างรวดเร็ว

วิธีการฝึกอบรมภาคอุตสาหกรรมกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ห้องปฏิบัติการ PLC เสมือนเปิดให้ทีมวิศวกรรมพัฒนาทักษะได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องจักรในการผลิตหรือจัดซื้อคลังฮาร์ดแวร์จำนวนมาก

สำหรับผู้ผลิตระดับโลกที่กำลังเผชิญปัญหาขาดแคลนบุคลากร แพลตฟอร์มการจำลองเป็นวิธีที่ขยายขนาดได้สำหรับการสอนการเขียนโปรแกรม PLC การวินิจฉัยปัญหา และขั้นตอนการทดสอบและเริ่มเดินระบบ

การนำดิจิทัลทวินและแพลตฟอร์มการเริ่มเดินระบบเสมือนมาใช้เพิ่มขึ้นยังสอดคล้องกับกลยุทธ์ Industry 4.0 ในวงกว้าง ผู้จำหน่ายระบบอัตโนมัติรายใหญ่สนับสนุนขั้นตอนการทำงานทางวิศวกรรมที่ให้การจำลองมาก่อนมากขึ้น เพื่อช่วยลดความเสี่ยงในการเริ่มเดินระบบและย่นระยะเวลาการติดตั้งใช้งาน

ความคิดเห็นของผู้เขียน

ประเด็นสำคัญที่สุดจากขั้นตอนการทำงานนี้ไม่ใช่ความสะดวก แต่คือความสามารถในการทำซ้ำทางวิศวกรรม สภาพแวดล้อม PLC เสมือนช่วยให้ตรวจสอบตรรกะได้ล่วงหน้าก่อนเริ่มเดินระบบจริงเป็นเวลานาน ซึ่งช่วยลดเวลาในการแก้ไขปัญหาระหว่างการทดสอบและเริ่มเดินระบบได้อย่างมาก

สำหรับทีมระบบอัตโนมัติสมัยใหม่ การจำลองไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือฝึกอบรมอีกต่อไป แต่กำลังกลายเป็นแนวปฏิบัติมาตรฐานทางวิศวกรรม วิศวกรที่เรียนรู้การผสาน PLC เสมือน แบบจำลองกระบวนการดิจิทัล และการวินิจฉัยปัญหาอย่างเป็นระบบ จะมีข้อได้เปรียบอย่างมากเมื่อโรงงานต่าง ๆ เดินหน้าสู่การดำเนินงานที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์

Daniel Mercer | ผู้สื่อข่าวอาวุโสด้านระบบอัตโนมัติ

Daniel Mercer มีประสบการณ์ 14 ปีในด้านระบบอัตโนมัติภาคอุตสาหกรรมและการรวมระบบควบคุม ซึ่งครอบคลุมสถาปัตยกรรม Siemens SIMATIC แพลตฟอร์มควบคุมการเคลื่อนที่ Beckhoff และระบบบรรจุภัณฑ์ที่ใช้ Rockwell เขาให้การสนับสนุนโครงการทดสอบและเริ่มเดินระบบในโรงงานการผลิต โลจิสติกส์ และระบบอัตโนมัติสำหรับกระบวนการทั่วเอเชียและยุโรป