Od fizycznych sterowników PLC do wirtualnego sterowania: SIMATIC S7-1500V wprowadza nowoczesną, zdefiniowaną oprogramowaniem automatykę

SIMATIC S7-1500V Wprowadzenie

01Przenoszenie funkcji PLC z dedykowanego sprzętu do oprogramowania

W tradycyjnym systemie automatyki każdy PLC to kompletny zestaw sprzętowy. Jego procesor, pamięć, interfejsy komunikacyjne, środowisko działania oraz program sterujący są ściśle ze sobą powiązane. Takie rozwiązanie zapewnia przewidywalną wydajność, ale zwiększenie mocy obliczeniowej sterownika zwykle wymaga dodatkowego kontrolera, więcej miejsca w szafie, dodatkowego okablowania oraz nowego planowania zapasów części.

The SIMATIC S7-1500V zmienia tę zależność, oddzielając środowisko wykonawcze PLC od dedykowanego urządzenia kontrolera. Program sterujący działa jako wirtualna instancja oprogramowania na zatwierdzonej infrastrukturze obliczeniowej. Moc obliczeniowa sterowania może więc być dostosowana do potrzeb konkretnej aplikacji zamiast pozostawać na stałe ograniczona możliwościami poszczególnych jednostek sprzętowych.

Ten model jest szczególnie istotny dla producentów, którzy regularnie dodają moduły produkcyjne, wprowadzają nowe warianty produktów lub dostosowują wyposażenie do zmieniającego się popytu. Firma może tworzyć ustandaryzowane konfiguracje wirtualnych sterowników dla kilku podobnych komórek produkcyjnych. Gdy potrzebna jest większa moc produkcyjna, inżynierowie mogą wdrożyć kolejną zatwierdzoną instancję bez konieczności projektowania zupełnie nowego szafy sterowniczej dla każdej aplikacji.

Znajomość nadal odgrywa ważną rolę dla zespołów automatyki. Wirtualny sterownik zapewnia ciągłość z szerszym środowiskiem SIMATIC, dzięki czemu inżynierowie mogą nadal korzystać z ugruntowanych koncepcji programowania PLC, metod diagnostycznych oraz struktur automatyki. Dzięki temu ograniczane są zakłócenia, które często towarzyszą znaczącej zmianie architektury.

Wirtualna kontrola wspiera również stopniową modernizację. Zakłady nie muszą zastępować swojej istniejącej floty sterowników w ramach jednego projektu. Fizyczne sterowniki S7 mogą dalej zarządzać maszynami wymagającymi precyzyjnego czasu reakcji, podczas gdy wirtualne PLC są wprowadzane dla modułowych jednostek procesowych, systemów pomocniczych, instalacji pilotażowych lub zastosowań wymagających elastycznego wdrażania.

Przeniesienie kontrolera do oprogramowania nie eliminuje potrzeby dyscyplinowanego inżynierii. Wydajność w czasie rzeczywistym nadal zależy od zasobów procesora, projektu sieci, architektury wejść/wyjść, wymagań dotyczących czasu cyklu oraz zachowania systemu w przypadku usterki. Każda wirtualna aplikacja sterująca musi zostać odpowiednio zaprojektowana, przetestowana, uruchomiona i udokumentowana.

02Łączenie Industrial Edge, WinCC OA , oraz istniejącej infrastruktury IT

Wirtualny PLC dostarcza największej wartości, gdy działa jako część spójnego środowiskowego oprogramowania przemysłowego. W tej architekturze Siemens Industrial Edge łączy aplikacje sterujące z lokalną przetwórką danych, systemami wizualizacji oraz centralnymi zasobami IT.

The S7-1500V zarządza logiką automatyki, podczas gdy Aplikacje Industrial Edge informacje o produkcji procesowej blisko maszyny lub procesu. Lokalne wykonywanie umożliwia obliczanie wskaźników wydajności, wykrywanie warunków nietypowych oraz przygotowywanie wybranych informacji do systemów przedsiębiorstwa bez wysyłania każdego sygnału surowego do zdalnego centrum danych.

WinCC Open Architecture , znany również jako WinCC OA , dodaje skalowalne Możliwości SCADA . W połączeniu z Industrial Edge i wirtualnym PLC umożliwia umieszczenie funkcji wizualizacji i nadzoru bliżej wirtualizowanych obciążeń sterujących. Jest to przydatne w rozproszonych zakładach produkcyjnych, obiektach energetycznych, sieciach infrastrukturalnych oraz dużych miejscach produkcji wymagających elastycznej architektury monitoringu.

Praktyczna instalacja może obejmować rozproszone wejścia/wyjścia i urządzenia pomiarowe na poziomie polowym, instancję S7-1500V do sterowania, Aplikacje Industrial Edge do przetwarzania lokalnego oraz WinCC OA do wizualizacji dla operatora. Centralna infrastruktura IT może następnie obsługiwać zarządzanie tożsamościami, repozytoria oprogramowania, tworzenie kopii zapasowych, monitorowanie systemu oraz przechowywanie danych historycznych.

Wsparcie dla technologii takich jak Microsoft Hyper-V i Red Hat OpenShift pomaga również w łączeniu obciążeń przemysłowych z infrastrukturą, którą zespoły IT korporacyjnych już znają. Mimo to odpowiedzialności muszą pozostawać wyraźne. Inżynierowie automatyków rozumieją ryzyko procesowe i zachowanie maszyn, podczas gdy specjaliści IT przynoszą doświadczenie w zakresie wirtualizacji, zasobów obliczeniowych, zarządzania dostępem oraz cyberbezpieczeństwa.

Bezpieczeństwo cyberprzestrzeni musi być wbudowane w architekturę od samego początku. Segmentacja sieci, dostęp oparty na rolach bezpieczna komunikacja, zarządzanie certyfikatami, procedury aktualizacji oprogramowania oraz niezawodne kopie zapasowe są niezbędne. Wirtualizacja zwiększa elastyczność, ale dostępność przemysłową nigdy nie należy traktować jak zwykłe obciążenie biurowej infrastruktury IT.

03Bardziej elastyczne podejście do rozbudowy, ulepszeń i zarządzania cyklem życia

Jedną z najbardziej oczywistych zalet sterowania zdefiniowanego oprogramowaniem jest możliwość bardziej efektywnego skalowania systemów automatyzacji. W projekcie skoncentrowanym na sprzęcie rozbudowa może wymagać dodatkowego sterownika PLC, modyfikacji obudowy, dodatkowych zasilaczy, nowego sprzętu komunikacyjnego oraz zaplanowanej pracy elektrycznej. wirtualnym PLC , dodatkową pojemność sterującą można utworzyć poprzez nową instancję oprogramowania, pod warunkiem że odpowiednio zaplanowano zasoby obliczeniowe, wydajność sieci, licencjonowanie oraz redundancję.

Jest to szczególnie przydatne w przypadku produkcja modułowa . Skidy farmaceutyczne, jednostki do oczyszczania wody, systemy zarządzania energią, sprzęt do obsługi materiałów oraz elastyczne stanowiska montażowe są często budowane z powtarzalnych jednostek funkcyjnych. Standardowe szablony wirtualnych sterowników mogą skrócić czas inżynieryjny i poprawić spójność przy wdrażaniu podobnych jednostek na wielu liniach lub w kilku zakładach.

Zdefiniowane oprogramowaniem sterowanie zmienia również sposób zarządzania aktualizacjami. Ponieważ środowisko uruchomieniowe kontrolera nie jest trwale powiązane z jednym fizycznym urządzeniem, wersje oprogramowania i sprzęt obliczeniowy mogą podlegać różnym cyklom życia. Zespoły inżynieryjne mogą przygotować zaktualizowane środowisko, przetestować je w kontrolowanych warunkach, udokumentować zmianę i wprowadzić ją w ramach zatwierdzonego okna konserwacji.

Kopia zapasowa i odzyskiwanie danych mogą również stać się bardziej systematyczne. Zatwierdzone konfiguracje, programy kontrolerów oraz wirtualne instancje mogą być zarządzane centralnie, co zapewnia zespołom konserwacyjnym wyraźniejszy obraz tego, co jest zainstalowane w poszczególnych lokalizacjach. Jeśli platformę obliczeniową trzeba wymienić, zweryfikowane środowisko kontrolera można przywrócić bez konieczności ponownego budowania całej aplikacji od podstaw.

Te zalety nie czynią modernizacji przemysłowych bezpiecznymi pod względem ryzyka. Każda zmiana nadal wymaga sprawdzenia zgodności, testów funkcjonalnych, oceny bezpieczeństwa cybernetycznego oraz zdefiniowanego procedury przywracania. Rzeczywistą korzyścią z cyklu życia jest lepsza kontrola nad złożonością, w tym bardziej przejrzyste zarządzanie wersjami, bardziej transparentne wdrażanie oraz mniejsza zależność od licznych wariantów sprzętu sterowników.

04Wniosek

SIMATIC S7-1500V to więcej niż fizyczny PLC przeniesiony do środowiska wirtualnego. Oznacza to szerszą zmianę w sposobie projektowania, rozbudowywania i konserwowania systemów przemysłowego sterowania.

Dzięki współpracy z Siemens Industrial Edge, WinCC OA , a także ugruntowaną infrastrukturą IT wirtualny PLC łączy logikę automatyki z lokalną przetwórką danych, skalowalną wizualizacją oraz scentralizowanym zarządzaniem systemem. Nowe możliwości sterowania można wprowadzać bardziej elastycznie, aktualizacje oprogramowania można przygotowywać bardziej systematycznie, a informacje związane z cyklem życia można zarządzać z większą przejrzystością.

Najbardziej realistyczną przyszłością jest hybryda. Fizyczne sterowniki PLC nadal będą zapewniać niezawodną kontrolę na poziomie maszyn, podczas gdy wirtualne PLC dodają elastyczności tam, gdzie priorytetem są szybkie wdrażanie, standardowe konfiguracje oraz skalowalne obliczenia. Dzięki S7-1500V , Siemens łączy te dwa światy i zapewnia producentom praktyczną ścieżkę ku automatyzacji zdefiniowanej oprogramowaniem .

05Zalecane produkty