Από Φυσικούς PLC σε Εικονικό Έλεγχο: Το SIMATIC S7-1500V Προωθεί την Αυτοματοποίηση Βασισμένη σε Λογισμικό

SIMATIC S7-1500V Εισαγωγή

01Μεταφορά Λειτουργιών PLC από Αφιερωμένο Υλικό σε Λογισμικό

Σε ένα παραδοσιακό σύστημα αυτοματοποίησης, κάθε PLC είναι ένα πλήρες πακέτο υλικού. Ο επεξεργαστής του, η μνήμη του, οι διεπαφές επικοινωνίας, το περιβάλλον λειτουργίας του και το πρόγραμμα ελέγχου του είναι στενά συνδεδεμένα. Αυτή η διάταξη παρέχει προβλέψιμη απόδοση, αλλά η αύξηση της χωρητικότητας ελέγχου απαιτεί συνήθως έναν επιπλέον ελεγκτή, περισσότερο χώρο στον πίνακα, επιπλέον καλωδίωση και νέο σχεδιασμό ανταλλακτικών.

Τη SIMATIC S7-1500V αλλάζει αυτήν τη σχέση διαχωρίζοντας το περιβάλλον εκτέλεσης PLC από μια αφιερωμένη συσκευή ελεγκτή. Το πρόγραμμα ελέγχου λειτουργεί ως εικονική παρουσία λογισμικού σε εγκεκριμένη υπολογιστική υποδομή. Η χωρητικότητα ελέγχου μπορεί επομένως να οργανωθεί βάσει των αναγκών μιας εφαρμογής, αντί να παραμένει μόνιμα περιορισμένη από μεμονωμένες μονάδες υλικού.

Αυτό το μοντέλο είναι ιδιαίτερα σχετικό για κατασκευαστές που προσθέτουν τακτικά νέα μόδουλα παραγωγής, εισάγουν νέες παραλλαγές προϊόντων ή προσαρμόζουν τον εξοπλισμό τους σε αλλαγές της ζήτησης. Μια εταιρεία μπορεί να δημιουργήσει τυποποιημένες εικονικές διαμορφώσεις ελεγκτών για αρκετά παρόμοια κύτταρα παραγωγής. Όταν χρειάζεται περισσότερη ισχύς, οι μηχανικοί μπορούν να εγκαταστήσουν άλλη εγκεκριμένη παρουσία χωρίς να σχεδιάζουν εντελώς νέο πίνακα ελέγχου για κάθε εφαρμογή.

Η εξοικείωση παραμένει σημαντική για τις ομάδες αυτοματισμού. Ο εικονικός ελεγκτής διατηρεί τη συνέχεια με το ευρύτερο περιβάλλον SIMATIC, έτσι ώστε οι μηχανικοί να μπορούν να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν τις καθιερωμένες έννοιες προγραμματισμού PLC, τις μεθόδους διάγνωσης και τις δομές αυτοματισμού. Αυτό μειώνει τη διαταραχή που συνήθως συνοδεύει μια σημαντική αρχιτεκτονική αλλαγή.

Ο εικονικός έλεγχος υποστηρίζει επίσης τη σταδιακή εκσυγχρονισμό. Οι εγκαταστάσεις δεν χρειάζεται να αντικαταστήσουν ολόκληρο τον υφιστάμενο στόλο ελεγκτών τους σε ένα μόνο έργο. Οι φυσικοί ελεγκτές S7 μπορούν να συνεχίσουν να διαχειρίζονται μηχανήματα με κρίσιμους χρόνους απόκρισης, ενώ οι εικονικοί PLC εισάγονται για μονάδες διαδικασίας με μοντουλαρικό σχεδιασμό, βοηθητικά συστήματα, πιλοτικές εγκαταστάσεις ή εφαρμογές που απαιτούν ευέλικτη τοποθέτηση.

Η μεταφορά ενός ελεγκτή σε λογισμικό δεν εξαλείφει την ανάγκη για πειθαρχημένη μηχανική. Η πραγματικού χρόνου απόδοση εξακολουθεί να εξαρτάται από τους πόρους του επεξεργαστή, το σχεδιασμό του δικτύου, την αρχιτεκτονική εισόδου/εξόδου, τις απαιτήσεις κύκλου εκτέλεσης και τη συμπεριφορά του συστήματος κατά τη διάρκεια βλάβης. Κάθε εικονική εφαρμογή ελέγχου πρέπει να σχεδιαστεί, να δοκιμαστεί, να τεθεί σε λειτουργία και να τεκμηριωθεί σωστά.

02Σύνδεση του Industrial Edge, WinCC OA , και υφιστάμενης IT υποδομής

Μια εικονική PLC παρέχει τη μεγαλύτερη αξία όταν λειτουργεί ως μέρος ενός συντονισμένου βιομηχανικού περιβάλλοντος λογισμικού. Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, Siemens Industrial Edge συνδέει εφαρμογές ελέγχου με την τοπική επεξεργασία δεδομένων, συστήματα οπτικοποίησης και κεντρικούς IT πόρους.

Τη S7-1500V διαχειρίζεται τη λογική αυτοματισμού, ενώ Εφαρμογές Industrial Edge πληροφορίες παραγωγής διαδικασιών κοντά στη μηχανή ή τη διαδικασία. Η τοπική εκτέλεση καθιστά δυνατόν τον υπολογισμό δεικτών απόδοσης, την ανίχνευση ατυπικών συνθηκών και την προετοιμασία επιλεγμένων πληροφοριών για τα επιχειρησιακά συστήματα, χωρίς να αποστέλλεται κάθε ακατέργαστο σήμα σε απομακρυσμένο κέντρο δεδομένων.

WinCC Open Architecture , γνωστά και ως WinCC OA , προσθέτει κλιμακώσιμες Δυνατότητες SCADA . Σε συνδυασμό με το Industrial Edge και τον εικονικό PLC, μπορεί να τοποθετήσει λειτουργίες οπτικοποίησης και εποπτείας πλησιέστερα στα εικονικοποιημένα φορτία ελέγχου. Αυτό είναι χρήσιμο για κατανεμημένα εργοστάσια, εγκαταστάσεις ενέργειας, δίκτυα υποδομών και μεγάλες παραγωγικές εγκαταστάσεις που απαιτούν ευέλικτη αρχιτεκτονική παρακολούθησης.

Μια πρακτική εγκατάσταση μπορεί να περιλαμβάνει κατανεμημένη είσοδος/έξοδος και όργανα στο επίπεδο πεδίου, ένα S7-1500V στιγμιότυπο για έλεγχο, Εφαρμογές Industrial Edge για τοπική επεξεργασία και WinCC OA για την οπτικοποίηση από τον χειριστή. Υποδομή κεντρικής ΤΠ μπορεί στη συνέχεια να υποστηρίζει διαχείριση ταυτότητας, αποθετήρια λογισμικού, αντίγραφα ασφαλείας, παρακολούθηση συστήματος και αποθήκευση ιστορικών δεδομένων.

Υποστήριξη τεχνολογιών όπως Microsoft Hyper-V και Red Hat OpenShift συμβάλλει επίσης στη σύνδεση βιομηχανικών φόρτων εργασίας με την υποδομή που ήδη γνωρίζουν οι επιχειρησιακές ομάδες ΤΠ. Ακόμη και έτσι, οι ευθύνες πρέπει να παραμένουν σαφείς. Οι μηχανικοί ελέγχου κατανοούν τον κίνδυνο διαδικασίας και τη συμπεριφορά των μηχανημάτων, ενώ οι ειδικοί ΤΠ συνεισφέρουν εμπειρία στην εικονικοποίηση, τους υπολογιστικούς πόρους, τη διαχείριση πρόσβασης και την κυβερνοασφάλεια.

Κυβερνοασφάλεια πρέπει να ενσωματωθούν στην αρχιτεκτονική από την αρχή. Η τμηματοποίηση δικτύου, πρόσβαση με βάση τον ρόλο η ασφαλής επικοινωνία, η διαχείριση πιστοποιητικών, οι διαδικασίες ενημέρωσης λογισμικού (patches) και οι αξιόπιστες αντίγραφα ασφαλείας είναι απαραίτητα. Η εικονικοποίηση βελτιώνει την ευελιξία, αλλά η βιομηχανική διαθεσιμότητα δεν πρέπει ποτέ να αντιμετωπίζεται ως συνηθισμένο γραφειοκρατικό φορτίο εργασίας ΤΠ.

03Μια πιο ευέλικτη προσέγγιση για τη διεύρυνση, τις αναβαθμίσεις και τη διαχείριση του κύκλου ζωής

Ένα από τα πιο σαφή οφέλη του λογισμικού οριζόμενου ελέγχου είναι η δυνατότητα επέκτασης των συστημάτων αυτοματοποίησης με μεγαλύτερη αποδοτικότητα. Σε ένα έργο που επικεντρώνεται στο υλικό, η επέκταση μπορεί να απαιτήσει έναν επιπλέον PLC, τροποποιήσεις του περιβλήματος, επιπλέον τροφοδοτικά, νέο υλικό επικοινωνίας και προγραμματισμένο ηλεκτρολογικό έργο. Με ένα virtual PLC , η επιπλέον ικανότητα ελέγχου μπορεί να δημιουργηθεί μέσω μιας νέας παρουσίας λογισμικού, εφόσον έχουν σχεδιαστεί κατάλληλα οι υπολογιστικοί πόροι, η απόδοση του δικτύου, η λογισμική άδεια και η αντιστάθμιση.

Αυτό είναι πολύτιμο για μοντέρνα παραγωγή . Οι φαρμακευτικές συσκευές (skids), οι μονάδες επεξεργασίας νερού, τα συστήματα διαχείρισης ενέργειας, οι συσκευές χειρισμού υλικών και οι ευέλικτοι σταθμοί συναρμολόγησης κατασκευάζονται συχνά από επαναλαμβανόμενες λειτουργικές μονάδες. Τα τυποποιημένα πρότυπα εικονικών ελεγκτών μπορούν να μειώσουν τον χρόνο μηχανικού σχεδιασμού και να βελτιώσουν τη συνοχή όταν παρόμοιες μονάδες εγκαθίστανται σε πολλές γραμμές ή εργοστάσια.

Ο έλεγχος που ορίζεται από λογισμικό αλλάζει επίσης τον τρόπο διαχείρισης των αναβαθμίσεων. Επειδή η εκτέλεση του ελεγκτή δεν είναι μόνιμα συνδεδεμένη με μία συγκεκριμένη φυσική συσκευή, οι εκδόσεις του λογισμικού και το υπολογιστικό υλικό μπορούν να ακολουθούν διαφορετικά χρονοδιαγράμματα κύκλου ζωής. Οι μηχανικές ομάδες μπορούν να προετοιμάσουν ένα ενημερωμένο περιβάλλον, να το δοκιμάσουν υπό ελεγχόμενες συνθήκες, να τεκμηριώσουν την αλλαγή και να την εισαγάγουν κατά το εγκεκριμένο παράθυρο συντήρησης.

Αντίγραφα ασφαλείας και ανάκτηση μπορούν επίσης να γίνουν πιο συστηματικά. Οι εγκεκριμένες διαμορφώσεις, τα προγράμματα ελεγκτή και οι εικονικές παρουσίες μπορούν να διαχειρίζονται κεντρικά, παρέχοντας στις ομάδες συντήρησης μια σαφέστερη εικόνα του τι έχει εγκατασταθεί σε κάθε τοποθεσία. Αν πρέπει να αντικατασταθεί μια υπολογιστική πλατφόρμα, ένα επικυρωμένο περιβάλλον ελεγκτή μπορεί να αποκατασταθεί χωρίς να χρειαστεί να ξαναδημιουργηθεί η ολόκληρη εφαρμογή από την αρχή.

Αυτά τα πλεονεκτήματα δεν καθιστούν τις βιομηχανικές αναβαθμίσεις απαλλαγμένες από κίνδυνο. Κάθε αλλαγή απαιτεί ακόμα ελέγχους συμβατότητας, λειτουργική δοκιμή, αξιολόγηση κυβερνοασφάλειας και καθορισμένη διαδικασία ανάκτησης. Το πραγματικό όφελος για τον κύκλο ζωής είναι ο καλύτερος έλεγχος της πολυπλοκότητας, συμπεριλαμβανομένης της σαφέστερης διαχείρισης εκδόσεων, της πιο διαφανούς εγκατάστασης και της μικρότερης εξάρτησης από πολυάριθμες παραλλαγές υλικού ελεγκτών.

04Συμπέρασμα

Το SIMATIC S7-1500V αντιπροσωπεύει περισσότερο από ένα φυσικό PLC που μεταφέρεται σε ένα εικονικό περιβάλλον. Σηματοδοτεί μια ευρύτερη αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο μπορούν να σχεδιάζονται, να επεκτείνονται και να διατηρούνται τα βιομηχανικά συστήματα ελέγχου.

Με τη συνεργασία με το Siemens Industrial Edge, WinCC OA και την καθιερωμένη IT υποδομή, το εικονικό PLC συνδέει τη λογική αυτοματισμού με την τοπική επεξεργασία δεδομένων, την κλιμακωτή οπτικοποίηση και την κεντρική διαχείριση του συστήματος. Η νέα ικανότητα ελέγχου μπορεί να εισαχθεί με μεγαλύτερη ευελιξία, οι ενημερώσεις λογισμικού μπορούν να προετοιμαστούν με πιο συστηματικό τρόπο και οι πληροφορίες κύκλου ζωής μπορούν να διαχειριστούν με μεγαλύτερη διαφάνεια.

Το πιο ρεαλιστικό μέλλον είναι υβριδικό. Τα φυσικά PLC θα συνεχίσουν να παρέχουν αξιόπιστο έλεγχο σε επίπεδο μηχανήματος, ενώ οι εικονικοί PLC προσθέτουν ευελιξία όπου η γρήγορη εγκατάσταση, οι τυποποιημένες διαμορφώσεις και η κλιμακωτή υπολογιστική ισχύς είναι προτεραιότητες. Με το S7-1500V , η Siemens ενώνει αυτούς τους δύο κόσμους και προσφέρει στους κατασκευαστές μια πρακτική πορεία προς το αυτοματοποίηση οριζόμενη από λογισμικό .

05Συνιστώμενα προϊόντα