من وحدات التحكم المنطقية المادية إلى التحكم الافتراضي: وحدة SIMATIC S7-1500V تُقدِّم تقدُّمًا في الأتمتة المُعرَّفة بالبرمجيات

SIMATIC S7-1500V مقدمة

٠١ نقل وظائف وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من الأجهزة المخصصة إلى البرمجيات

في نظام أتمتة تقليدي، تمثّل كل وحدة تحكّم منطقية قابلة للبرمجة حزمة أجهزة كاملة. فمعالجها وذاكرتها وواجهات اتصالها وبيئتها التشغيلية وبرنامج التحكّم الخاص بها تكون مرتبطةً ارتباطاً وثيقاً. ويحقّق هذا الترتيب أداءً متوقّعاً، لكن زيادة سعة التحكّم تتطلّب عادةً وحدة تحكّم إضافية، ومزيداً من المساحة داخل الخزائن، وتوصيلات كهربائية إضافية، وتخطيطاً جديداً لقطع الغيار.

السوق SIMATIC S7-1500V يغيّر هذه العلاقة عبر فصل بيئة تشغيل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة عن الجهاز المُخصّص لها. ويُنفّذ برنامج التحكّم كمثيل برمجي افتراضي على بنية حوسبة معتمدة. وبالتالي، يمكن تنظيم سعة التحكّم وفقاً لاحتياجات التطبيق بدلاً من أن تظل مقيدةً بشكل دائم بوحدات الأجهزة الفردية.

هذا النموذج يكتسب أهمية خاصةً بالنسبة إلى الشركات المصنِّعة التي تُضيف وحدات إنتاجٍ بانتظام، أو تطرح متغيرات منتجات جديدة، أو تُعدِّل المعدات لتلبية التغيرات في الطلب. ويمكن للشركة أن تُنشئ تكوينات افتراضية قياسية لمتحكمات افتراضية لعدة خلايا إنتاج متشابهة. وعندما تزداد الحاجة إلى السعة الإنتاجية، يستطيع المهندسون نشر نسخة أخرى معتمدة دون الحاجة إلى تصميم خزانة تحكم جديدة بالكامل لكل تطبيق.

يبقى التعود على الأدوات أمراً مهماً بالنسبة إلى فرق الأتمتة. ويحافظ المتحكم الافتراضي على الاستمرارية مع بيئة SIMATIC الأوسع، ما يسمح للمهندسين باستخدام مفاهيم برمجة وحدات التحكم المنطقية (PLC) المُعتمدة سابقاً، وأساليب التشخيص، وبُنى الأتمتة المألوفة. وهذا يقلل من الاضطرابات التي غالباً ما تصاحب التغييرات المعمارية الكبرى.

كما يدعم التحكم الافتراضي عملية التحديث التدريجي. فلا تحتاج المصانع إلى استبدال أسطول المتحكمات الفيزيائية القائم دفعة واحدة. إذ يمكن أن تواصل وحدات التحكم الفيزيائية من سلسلة S7 إدارة الآلات الحساسة زمنياً، بينما تتولى وحدات التحكم المنطقية الافتراضية (PLCs) المهام الأخرى. يتم تقديمها لوحدات العمليات النمطية، والأنظمة المساعدة، والمنشآت التجريبية، أو التطبيقات التي تتطلب نشرًا مرنًا.

إن نقل وحدة التحكم إلى البرمجيات لا يلغي الحاجة إلى هندسة منضبطة. فالأداء في الزمن الحقيقي لا يزال يعتمد على موارد المعالج، وتصميم الشبكة، وهندسة المدخلات/المخرجات، ومتطلبات زمن الدورة، وسلوك النظام أثناء حدوث عطل. ويجب أن يتم تصميم كل تطبيق تحكم افتراضي بدقة، واختباره، وتشغيله، وتوثيقه بشكلٍ سليم.

02ربط نظام Industrial Edge، WinCC OA والبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات الحالية

وحدة تحكم منطقية افتراضية توفر أكبر قيمة عندما تعمل كجزء من بيئة برمجيات صناعية منسَّقة. وفي هذه البنية، Siemens Industrial Edge يربط تطبيقات التحكم مع معالجة البيانات المحلية، وأنظمة التصوير، والموارد المركزية لتكنولوجيا المعلومات.

السوق S7-1500V تدير المنطق الآلي، بينما تطبيقات الحافة الصناعية معالجة معلومات الإنتاج بالقرب من الآلة أو العملية. ويُمكّن التنفيذ المحلي من حساب مؤشرات الأداء وكشف الحالات غير الطبيعية وإعداد المعلومات المختارة لأنظمة المؤسسة دون إرسال كل إشارة أولية إلى مركز بيانات بعيد.

WinCC Open Architecture ، والمعروفة عموما باسم WinCC OA ، ويضيف قابلية التوسع لوظائف نظام التحكم والإشراف (SCADA) . وبالاشتراك مع الحافة الصناعية ووحدة التحكم المنطقية الافتراضية (PLC)، يمكنه وضع وظائف العرض والإشراف أقرب إلى أحمال التحكم الافتراضية. وهذا مفيد في المصانع الموزَّعة ومرافق الطاقة وشبكات البنية التحتية والمواقع الإنتاجية الكبيرة التي تحتاج إلى بنية مراقبة مرنة.

قد تشمل تركيبة تثبيت عملية نظام إدخال/إخراج موزَّع أجهزة استشعار وأجهزة قياس على مستوى الحقل، و S7-1500V نموذج لوحدة التحكم تطبيقات الحافة الصناعية للمعالجة المحلية، و WinCC OA لعرض المعلومات أمام المشغلين. ويمكن حينها أن تدعم البنية التحتية المركزية لتكنولوجيا المعلومات إدارة الهوية ومخازن البرمجيات والنسخ الاحتياطي لمعلومات النظام ومراقبته وتخزين البيانات التاريخية.

الدعم المقدَّم لتكنولوجيات مثل مايكروسوفت هايبر-ف و ريد هات أوبن شيفت يساعد أيضًا في ربط الأحمال الصناعية بالبنية التحتية التي تفهمها فرق تكنولوجيا المعلومات المؤسسية بالفعل. ومع ذلك، يجب أن تظل المسؤوليات واضحةً. فمهندسو التحكم يدركون مخاطر العمليات وسلوك الآلات، بينما يُسهم متخصصو تكنولوجيا المعلومات بخبرتهم في مجالات التخيل الافتراضي وموارد الحوسبة وإدارة الوصول والأمن السيبراني.

الأمان السيبراني يجب دمجها في البنية المعمارية منذ البداية. وتشمل هذه العناصر تقسيم الشبكة إلى مقاطع الوصول القائم على الأدوار والاتصال الآمن وإدارة الشهادات وإجراءات التحديث والنسخ الاحتياطي الموثوق به. ويحسِّن التخيل الافتراضي المرونة، لكن توافر الأنظمة الصناعية لا يجوز أبدًا معاملته كحمل عمل تقني عادي في المكاتب.

03نهجٌ أكثر مرونةً للتوسُّع والترقية وإدارة دورة الحياة

واحدٌ من أوضح الفوائد المترتبة على التحكم المُعرَّف بالبرمجيات هو القدرة على توسيع أنظمة الأتمتة بكفاءةٍ أعلى. وحدة تحكم منطقية افتراضية ، قد يتم إنشاء سعة تحكُّم إضافية عبر مثيل برمجي جديد، شريطة أن تكون موارد الحوسبة وأداء الشبكة والتراخيص والتدابير الاحتياطية قد تم تخطيطها بشكلٍ سليم.

الوحدات الوظيفية القابلة للتكرار التصنيع المعياري . وتُبنى وحدات الأدوية (Pharmaceutical skids) ووحدات معالجة المياه وأنظمة إدارة الطاقة ومعدات مناولة المواد ومحطات التجميع المرنة عادةً من وحدات وظيفية قابلة للتكرار. ويمكن لقوالب وحدات التحكم الافتراضية الموحَّدة أن تقصر وقت الهندسة وتحسِّن الاتساق عند نشر وحدات مماثلة عبر خطوط إنتاج أو مصانع متعددة.

يُغيِّر التحكُّم المعرَّف بالبرمجيات أيضًا طريقة إدارة التحديثات. وبما أنَّ بيئة تشغيل وحدة التحكُّم ليست مربوطة بشكل دائم بجهاز مادي واحد، فإنَّ إصدارات البرمجيات والأجهزة الحاسوبية يمكن أن تتبع جداول دورة حياة مختلفة. ويمكن لفرق الهندسة إعداد بيئة مُحدَّثة، واختبارها في ظروف خاضعة للرقابة، وتوثيق التغيير، ثمَّ تنفيذها خلال نافذة صيانة معتمدة.

النسخ الاحتياطي والاسترجاع يمكن أن يصبحا أكثر انتظامًا كذلك. ويمكن إدارة الإعدادات المعتمدة وبرامج وحدة التحكُّم والinstancات الافتراضية بشكل مركزي، ما يوفِّر لفرق الصيانة رؤية أوضح لما هو مثبت في كل موقع. وإذا اقتضى الأمر استبدال منصة حوسبة، فيمكن استعادة بيئة وحدة التحكُّم المصرَّح بها دون الحاجة إلى إعادة بناء التطبيق بأكمله من البداية.

هذه المزايا لا تجعل التحديثات الصناعية خاليةً من المخاطر. فكل تغييرٍ يتطلبُ إجراءَ فحوصاتٍ للتوافق، واختباراتٍ وظيفية، وتقييماتٍ للأمن السيبراني، وإجراءً محدَّدًا للاسترجاع. أما الفائدة الحقيقية في دورة الحياة فهي التحكم الأفضل في التعقيد، بما في ذلك إدارة الإصدارات بشكلٍ أوضح، ونشر الحلول بشكلٍ أكثر شفافية، واعتمادٍ أقل على تنوع كبير من وحدات التحكم المادية.

04الخاتمة

إن نظام SIMATIC S7-1500V يمثل أكثر من مجرد وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) مُحوَّلةٍ إلى بيئة افتراضية. بل هو مؤشرٌ على تحوُّل أوسع في طريقة تصميم أنظمة التحكم الصناعي وتوسيعها وصيانتها.

وبالعمل مع منصة Siemens Industrial Edge، WinCC OA والبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات الراسخة، تتصل وحدة التحكم المنطقية الافتراضية بالمنطق الآلي ومعالجة البيانات المحلية، والتصور القابل للتوسُّع، والإدارة المركزية للنظام. ويمكن إدخال سعة تحكُّم جديدةٍ بمرونةٍ أكبر، وإعداد تحديثات البرمجيات بطريقةٍ أكثر منهجية، وإدارة معلومات دورة الحياة بشفافيةٍ أعلى.

أكثر المستقبل واقعيةً هو الهجين. وستستمر وحدات التحكم المنطقية المبرمجة المادية في توفير تحكمٍ موثوقٍ على مستوى الآلات، بينما تتولى وحدات التحكم المنطقية الافتراضية (PLCs) المهام الأخرى. تُضيف المرونةَ حيث تكون الأولويةُ للنشر السريع والتكوينات الموحَّدة والحوسبة القابلة للتوسُّع. ومع S7-1500V ، تجمع شركة سيمنز بين هذين العالمين معًا وتوفر للمصنِّعين طريقًا عمليًّا نحو الأتمتة المعرّفة بالبرمجيات .

05المنتجات الموصى بها