Od fyzických PLC k virtuálnímu řízení: SIMATIC S7-1500V posouvá softwarově definovanou automatizaci

SIMATIC S7-1500V Úvod

01Přesun funkce PLC z vyhrazeného hardwaru do softwaru

V tradičním systému automatizace je každý PLC kompletním hardwarovým balíčkem. Jeho procesor, paměť, rozhraní pro komunikaci, provozní prostředí i řídicí program jsou úzce propojené. Toto uspořádání zajišťuje předvídatelný výkon, avšak zvyšování řídicí kapacity obvykle vyžaduje další řídicí jednotku, více místa v rozvaděči, dodatečné zapojení a plánování nových náhradních dílů.

Trh SIMATIC S7-1500V mění tento vztah oddělením běhového prostředí PLC od vyhrazeného řídicího zařízení. Řídicí program běží jako virtuální softwarová instance na schválené výpočetní infrastruktuře. Řídicí kapacita se tak může organizovat podle potřeb aplikace místo toho, aby byla trvale omezena jednotlivými hardwarovými jednotkami.

Tento model je zvláště vhodný pro výrobce, kteří pravidelně přidávají výrobní moduly, zavádějí nové varianty výrobků nebo upravují vybavení podle měnící se poptávky. Společnost může vytvořit standardizované virtuální konfigurace řídicích systémů pro několik podobných výrobních buněk. Pokud je potřeba více kapacity, inženýři mohou nasadit další schválenou instanci bez nutnosti navrhovat zcela novou řídicí skříň pro každé použití.

Znalost stále zůstává důležitá pro týmy zabývající se automatizací. Virtuální řídicí systém zachovává kontinuitu s širším prostředím SIMATIC, takže inženýři mohou nadále používat osvědčené koncepty programování PLC, metody diagnostiky a struktury automatizace. To snižuje narušení, které často provází významnou změnu architektury.

Virtuální řízení také podporuje postupnou modernizaci. Výrobní zařízení nemusí nahradit stávající flotilu řídicích systémů v rámci jediného projektu. Fyzické řídicí systémy S7 mohou nadále řídit stroje s kritickými časovými požadavky, zatímco virtuální PLC jsou zaváděny pro modulární procesní jednotky, pomocné systémy, pilotní instalace nebo aplikace vyžadující flexibilní nasazení.

Přesun řídícího systému do softwaru neodstraňuje potřebu důsledného inženýrského přístupu. Výkon v reálném čase stále závisí na výpočetních prostředcích procesoru, návrhu sítě, architektuře vstupů/výstupů, požadavcích na cyklový čas a chování systému za poruchy. Každá virtuální řídící aplikace musí být řádně navržena, otestována, uvedena do provozu a zdokumentována.

02Připojení průmyslového okraje (Industrial Edge), WinCC OA , a stávající IT infrastruktury

Virtuální PLC přináší nejvyšší hodnotu, když funguje jako součást koordinovaného průmyslového softwarového prostředí. V této architektuře Siemens Industrial Edge propojuje řídící aplikace s místním zpracováním dat, vizualizačními systémy a centrálními IT prostředky.

Trh S7-1500V spravuje automatizační logiku, zatímco Průmyslové aplikace Industrial Edge zpracovávají informace o výrobě přímo u stroje nebo procesu. Místní provádění umožňuje vypočítat ukazatele výkonnosti, detekovat abnormální stavy a připravit vybrané informace pro podnikové systémy, aniž by byly do vzdáleného datového centra posílány všechny surové signály.

WinCC Open Architecture , běžně známé jako WinCC OA , přidává škálovatelné Funkce SCADA . V kombinaci s Industrial Edge a virtuálním PLC umožňuje umístit funkce vizualizace a dozoru blíže virtualizovaným řídicím úlohám. To je užitečné pro rozptýlené výrobní závody, energetická zařízení, infrastrukturní sítě a rozsáhlé výrobní plošiny, které vyžadují flexibilní architekturu monitorování.

Praktická instalace může zahrnovat distribuované vstupy/výstupy a přístroje na polní úrovni, instanci S7-1500V pro řízení, Průmyslové aplikace Industrial Edge pro místní zpracování a WinCC OA pro vizualizaci pro operátora. Centrální IT infrastruktura pak může podporovat správu identit, softwarové repozitáře, zálohování, sledování systémů a ukládání historických dat.

Podpora technologií, jako jsou Microsoft Hyper-V a Red Hat OpenShift také pomáhá propojit průmyslové úlohy s infrastrukturou, kterou již podnikové IT týmy dobře znají. I přesto musí zůstat jasné rozdělení odpovědností. Inženýři řízení procesů rozumí rizikům procesů a chování strojů, zatímco specializovaní IT odborníci přinášejí zkušenosti s virtualizací, výpočetními prostředky, správou přístupu a kyberbezpečností.

Kiberbezpečnost musí být od samého začátku integrována do architektury. Segmentace sítě, přístup založený na rolích zabezpečená komunikace, správa certifikátů, postupy aktualizací a spolehlivé zálohy jsou nezbytné. Virtualizace zvyšuje flexibilitu, avšak průmyslová dostupnost nesmí být nikdy považována za běžnou kancelářskou IT úlohu.

03Flexibilnější přístup k rozšiřování, aktualizacím a správě životního cyklu

Jednou z nejzřejmějších výhod řízení definovaného softwarem je schopnost efektivněji škálovat systémy automatizace. V projektu zaměřeném na hardware může rozšíření vyžadovat další PLC, úpravy rozvaděčů, dodatečné zdroje napájení, nový komunikační hardware a plánovanou elektrickou práci. S virtuálním PLC , může být navíc kapacita řízení vytvořena prostřednictvím nové softwarové instance, za předpokladu, že byly správně naplánovány výpočetní prostředky, výkon sítě, licencování a redundance.

Toto je užitečné pro modulární výroba . Farmaceutické skidy, jednotky pro úpravu vody, systémy řízení energie, zařízení pro manipulaci s materiálem a flexibilní montážní stanice jsou často sestaveny z opakovatelných funkčních jednotek. Standardizované šablony virtuálních řídicích systémů mohou zkrátit inženýrský čas a zlepšit konzistenci při nasazování podobných jednotek na několika výrobních linkách nebo ve více továrnách.

Softwarově definované řízení mění také způsob správy aktualizací. Protože běhové prostředí řadiče není trvale vázáno na jedno fyzické zařízení, softwarové verze a výpočetní hardware mohou mít odlišné životní cykly. Inženýrské týmy mohou připravit aktualizované prostředí, otestovat ho za kontrolovaných podmínek, dokumentovat změnu a nasadit ji během schváleného okna údržby.

Zálohování a obnova mohou být také systematictější. Schválené konfigurace, programy řadičů a virtuální instance lze spravovat centrálně, čímž údržbovým týmům poskytneme jasnější přehled o tom, co je nainstalováno na každé lokalitě. Pokud je nutné nahradit výpočetní platformu, lze ověřené prostředí řadiče obnovit bez nutnosti znovu sestavit celou aplikaci od začátku.

Tyto výhody neznamenají, že průmyslové modernizace jsou bez rizika. Každá změna stále vyžaduje kontrolu kompatibility, funkční testování, posouzení kyberbezpečnosti a definovaný postup obnovy. Skutečný přínos pro celý životní cyklus spočívá v lepší kontrole složitosti, včetně přehlednější správy verzí, průhlednějšího nasazování a menší závislosti na velkém množství různých hardwarových variant řídících jednotek.

04Závěr

SIMATIC S7-1500V představuje více než fyzický PLC převedený do virtuálního prostředí. Znamená to širší změnu v tom, jak lze průmyslové řídicí systémy navrhovat, rozšiřovat a udržovat.

Práce se Siemens Industrial Edge, WinCC OA , a již zavedenou IT infrastrukturou umožňuje virtuální PLC propojit automatizační logiku s lokálním zpracováním dat, škálovatelnou vizualizací a centrální správou systému. Nové řídicí kapacity lze zavádět flexibilněji, softwarové aktualizace lze připravovat systematictěji a informace o životním cyklu lze spravovat s větší transparentností.

Nejrealističtější budoucnost je hybridní. Fyzické PLC nadále poskytují spolehlivé řízení na úrovni strojů, zatímco virtuální PLC přidávají flexibilitu tam, kde jsou prioritou rychlé nasazení, standardizované konfigurace a škálovatelné výpočetní výkon. S S7-1500V , společnost Siemens spojuje tyto dva světy a poskytuje výrobcům praktickou cestu k softwarově definované automatizaci .

05Doporučené produkty