از کنترل‌کننده‌های منطقی قابل‌برنامه‌ریزی فیزیکی به کنترل مجازی: سیماتیک اس۷-۱۵۰۰وی پیشرفت‌های خودکارسازی تعریف‌شده با نرم‌افزار را گسترش می‌دهد

SIMATIC S7-1500V مقدمه

۰۱ انتقال توابع PLC از سخت‌افزار اختصاصی به نرم‌افزار

در یک سیستم اتوماسیون سنتی، هر PLC بسته‌ای کامل از سخت‌افزار است. پردازنده، حافظه، رابط‌های ارتباطی، محیط اجرایی و برنامه کنترلی آن به‌طور تنگاتنگ با یکدیگر مرتبط‌اند. این روش عملکردی قابل پیش‌بینی ارائه می‌دهد، اما افزایش ظرفیت کنترل معمولاً نیازمند تأمین کنترلر دیگری، فضای بیشتر در کابینت، سیم‌کشی اضافی و برنامه‌ریزی قطعات یدکی جدید است.

این SIMATIC S7-1500V این رابطه را تغییر می‌دهد و زمان اجرای PLC را از دستگاه کنترلر اختصاصی جدا می‌کند. برنامه کنترلی به‌صورت یک نمونه مجازی نرم‌افزاری روی زیرساخت محاسباتی تأییدشده اجرا می‌شود. بنابراین، ظرفیت کنترل را می‌توان بر اساس نیازهای کاربردی سازمان‌دهی کرد، نه اینکه به‌طور دائمی توسط واحدهای سخت‌افزاری منفرد محدود بماند.

این مدل به‌ویژه برای تولیدکنندگانی که به‌طور منظم ماژول‌های تولیدی اضافه می‌کنند، انواع جدیدی از محصولات را معرفی می‌نمایند یا تجهیزات خود را با توجه به تغییرات تقاضا تنظیم می‌کنند، اهمیت دارد. یک شرکت می‌تواند پیکربندی‌های استانداردشدهٔ کنترل‌کنندهٔ مجازی را برای چندین سلول تولیدی مشابه ایجاد کند. هنگامی که ظرفیت بیشتری مورد نیاز باشد، مهندسان می‌توانند نمونه‌ای دیگر از این کنترل‌کننده‌ها را که قبلاً تأیید شده است، راه‌اندازی کنند، بدون آنکه برای هر کاربرد، یک کابینت کنترل کاملاً جدید طراحی کنند.

آشنایی با سیستم‌ها همچنان از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا کنترل‌کنندهٔ مجازی ادامه‌دهندهٔ محیط گستردهٔ SIMATIC است و مهندسان می‌توانند همچنان از مفاهیم شناخته‌شدهٔ برنامه‌نویسی PLC، روش‌های عیب‌یابی و ساختارهای اتوماسیون استفاده کنند. این امر میزان اختلالاتی را که اغلب در پی تغییرات اساسی در معماری سیستم‌ها رخ می‌دهد، کاهش می‌دهد.

کنترل مجازی همچنین به مدرن‌سازی تدریجی کارخانه‌ها کمک می‌کند. کارخانه‌ها نیازی ندارند که تمامی کنترل‌کننده‌های فیزیکی موجود خود را در یک پروژهٔ واحد جایگزین کنند. کنترل‌کننده‌های فیزیکی S7 می‌توانند ادامهٔ مدیریت ماشین‌های حساس از نظر زمانی را داشته باشند، درحالی‌که pLCهای مجازی برای واحدهای فرآیندی ماژولار، سیستم‌های کمکی، نصب‌های آزمایشی یا کاربردهایی که نیازمند استقرار انعطاف‌پذیر هستند، معرفی شده‌اند.

انتقال کنترلر به نرم‌افزار، نیاز به مهندسی منظم را از بین نمی‌برد. عملکرد بلادرنگ همچنان به منابع پردازنده، طراحی شبکه، معماری ورودی/خروجی، نیازهای زمان چرخه و رفتار سیستم در حین خطا وابسته است. هر برنامه کنترل مجازی باید به‌درستی طراحی، آزمایش، راه‌اندازی و مستندسازی شود.

02اتصال لبه صنعتی، وین‌سی‌سی او‌اِی و زیرساخت فناوری اطلاعات موجود

کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی مجازی بیشترین ارزش را زمانی ارائه می‌دهد که به‌عنوان بخشی از یک محیط نرم‌افزاری صنعتی هماهنگ عمل کند. در این معماری، Siemens Industrial Edge برنامه‌های کنترلی را با پردازش داده‌های محلی، سیستم‌های تصویرسازی و منابع مرکزی فناوری اطلاعات متصل می‌کند.

این اس۷-۱۵۰۰وی منطق اتوماسیون را مدیریت می‌کند، درحالی‌که کاربردهای لبه صنعتی اطلاعات تولید فرآیند را نزدیک به دستگاه یا فرآیند پردازش می‌کند. اجرای محلی امکان محاسبه شاخص‌های عملکرد، تشخیص شرایط غیرعادی و آماده‌سازی اطلاعات انتخاب‌شده برای سیستم‌های سازمانی را بدون ارسال هر سیگنال خام به مرکز داده دور فراهم می‌کند.

WinCC Open Architecture , معروف به وین‌سی‌سی او‌اِی ، قابلیت‌های مقیاس‌پذیر را اضافه می‌کند قابلیت‌های SCADA . در ترکیب با لبه صنعتی و PLC مجازی، می‌تواند توابع بصری‌سازی و نظارتی را نزدیک‌تر به بارهای کاری کنترل مجازی‌شده قرار دهد. این امر برای کارخانه‌های توزیع‌شده، تأسیسات انرژی، شبکه‌های زیرساختی و سایت‌های تولیدی بزرگ که نیازمند معماری نظارتی انعطاف‌پذیر هستند، مفید است.

یک نصب عملی ممکن است شامل ورودی/خروجی توزیع‌شده سنسورها و ابزارها در سطح میدانی، یک اس۷-۱۵۰۰وی نمونه برای کنترل، کاربردهای لبه صنعتی برای پردازش محلی و وین‌سی‌سی او‌اِی برای بصری‌سازی توسط اپراتور باشد. زیرساخت IT مرکزی سپس می‌تواند مدیریت هویت، مخازن نرم‌افزار، پشتیبان‌گیری‌ها، نظارت بر سیستم و ذخیره‌سازی داده‌های تاریخی را پشتیبانی کند.

پشتیبانی از فناوری‌هایی مانند Microsoft Hyper-V و رد هت اوپنشیفت همچنین به اتصال بارهای کاری صنعتی به زیرساخت‌هایی کمک می‌کند که تیم‌های فناوری اطلاعات شرکتی قبلاً با آن‌ها آشنا هستند. با این حال، مسئولیت‌ها باید به‌وضوح تعریف شوند. مهندسان کنترل ریسک فرآیند و رفتار ماشین‌ها را می‌دانند، درحالی‌که متخصصان فناوری اطلاعات تجربه‌ی خود را در زمینه‌های مجازی‌سازی، منابع محاسباتی، مدیریت دسترسی و امنیت سایبری ارائه می‌دهند.

امنیت سایبری باید از ابتدا در معماری گنجانده شوند. تقسیم‌بندی شبکه، دسترسی مبتنی بر نقش ارتباط امن، مدیریت گواهی‌ها، رویه‌های به‌روزرسانی نرم‌افزار و پشتیبان‌گیری قابل‌اطمینان از اجزای ضروری هستند. مجازی‌سازی انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهد، اما در دسترس‌پذیری صنعتی هرگز نباید آن را مانند یک بار کاری معمولی فناوری اطلاعات اداری در نظر گرفت.

03رویکردی انعطاف‌پذیرتر برای گسترش، ارتقا و مدیریت دوره‌ی عمر

یکی از آشکارترین مزایای کنترل تعریف‌شده با نرم‌افزار، امکان مقیاس‌بندی کارآمدتر سیستم‌های اتوماسیون است. در یک پروژه متمرکز بر سخت‌افزار، گسترش سیستم ممکن است نیازمند تهیهٔ یک PLC دیگر، اصلاحات در جعبه‌های حفاظتی، منابع تغذیهٔ اضافی، سخت‌افزار ارتباطی جدید و کارهای برقی برنامه‌ریزی‌شده باشد. با یک pLC مجازی ، ظرفیت کنترل اضافی را می‌توان از طریق یک نمونهٔ نرم‌افزاری جدید ایجاد کرد، به شرطی که منابع محاسباتی، عملکرد شبکه، مجوزها و امکانات پشتیبانی به‌درستی برنامه‌ریزی شده باشند.

این امر برای تولید ماژولار بسیار ارزشمند است. اُسکیدهای داروسازی، واحدهای تصفیهٔ آب، سیستم‌های مدیریت انرژی، تجهیزات جابه‌جایی مواد و ایستگاه‌های مونتاژ انعطاف‌پذیر، اغلب از واحدهای عملکردی قابل تکرار ساخته می‌شوند. الگوهای استانداردشدهٔ کنترل‌کننده‌های مجازی می‌توانند زمان مهندسی را کوتاه کرده و هنگام استقرار واحدهای مشابه در خطوط یا کارخانه‌های متعدد، ثبات را بهبود بخشند.

کنترل تعریف‌شده با نرم‌افزار، نحوهٔ مدیریت به‌روزرسانی‌ها را نیز تغییر می‌دهد. از آنجا که زمان اجراي کنترلر به‌صورت دائمی به یک دستگاه فیزیکی خاص وابسته نیست، نسخه‌های نرم‌افزار و سخت‌افزار محاسباتی می‌توانند طبق برنامه‌های عمر متفاوتی پیش بروند. تیم‌های مهندسی می‌توانند محیط به‌روزشده را آماده کنند، آن را در شرایط کنترل‌شده آزمایش نمایند، تغییرات را مستندسازی کنند و در پنجرهٔ تعمیر و نگهداری مورد تأیید، آن را راه‌اندازی کنند.

پشتیبان‌گیری و بازیابی همچنین می‌تواند منظم‌تر شود. پیکربندی‌های تأییدشده، برنامه‌های کنترلر و نمونه‌های مجازی را می‌توان به‌صورت متمرکز مدیریت کرد که این امر دید روشن‌تری از اجزای نصب‌شده در هر سایت به تیم‌های نگهداری می‌دهد. اگر لازم باشد یک پلتفرم محاسباتی جایگزین شود، محیط کنترلری که قبلاً اعتبارسنجی شده است را می‌توان بدون بازسازی کامل برنامه از ابتدا، بازیابی کرد.

این مزایا به معنای بدون‌ریسک بودن ارتقاهای صنعتی نیست. هر تغییری همچنان نیازمند بررسی سازگانی، آزمون عملکردی، ارزیابی امنیت سایبری و روشی تعریف‌شده برای بازیابی است. سود واقعی در طول دورهٔ حیات، کنترل بهتر بر پیچیدگی‌هاست؛ از جمله مدیریت نسخه‌ها با وضوح بیشتر، اجرای شفاف‌تر و وابستگی کمتر به انواع متعدد سخت‌افزاری کنترلرها.

04نتیجه‌گیری

پی‌ال‌سی مجازی SIMATIC S7-1500V فراتر از انتقال یک پی‌ال‌سی فیزیکی به محیط مجازی است. این محصول نشان‌دهندهٔ تغییری گسترده‌تر در نحوهٔ طراحی، گسترش و نگهداری سیستم‌های کنترل صنعتی است.

با همکاری Siemens Industrial Edge، وین‌سی‌سی او‌اِی و زیرساخت فناوری اطلاعات (IT) مستقر، پی‌ال‌سی مجازی منطق اتوماسیون را با پردازش محلی داده‌ها، تصویرسازی مقیاس‌پذیر و مدیریت متمرکز سیستم ادغام می‌کند. ظرفیت کنترلی جدید را می‌توان انعطاف‌پذیرتر ارائه کرد، به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری را می‌توان منظم‌تر آماده کرد و اطلاعات مربوط به دورهٔ حیات را با شفافیت بیشتری مدیریت کرد.

واقع‌گرایانه‌ترین آینده ترکیبی است. کنترل‌کننده‌های منطقی قابل‌برنامه‌ریزی فیزیکی به ارائه کنترل قابل‌اطمینان سطح ماشین ادامه خواهند داد، در حالی که pLCهای مجازی انعطاف‌پذیری را در جاهایی اضافه می‌کنند که نصب سریع، پیکربندی‌های استاندارد و محاسبات مقیاس‌پذیر اولویت دارند. با اس۷-۱۵۰۰وی ، شیمنس این دو دنیا را به هم پیوند می‌زند و مسیر عملی‌ای را برای تولیدکنندگان به سوی اتوماسیون تعریف‌شده توسط نرم‌افزار .

05محصولات پیشنهادی