จาก PLC แบบกายภาพสู่การควบคุมแบบเสมือน: SIMATIC S7-1500V ก้าวล้ำสู่ระบบอัตโนมัติที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์

SIMATIC S7-1500V บทนำ

01การย้ายฟังก์ชันของ PLC จากฮาร์ดแวร์เฉพาะไปสู่ซอฟต์แวร์

ในระบบอัตโนมัติแบบดั้งเดิม แต่ละ PLC จะเป็นชุดฮาร์ดแวร์ที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งประกอบด้วยโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ อินเทอร์เฟซการสื่อสาร สภาพแวดล้อมในการทำงาน และโปรแกรมควบคุม ทั้งหมดเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนา การจัดวางเช่นนี้ทำให้สามารถคาดการณ์ประสิทธิภาพการทำงานได้อย่างแม่นยำ แต่การเพิ่มความสามารถในการควบคุมมักจะต้องใช้คอนโทรลเลอร์ตัวใหม่ พื้นที่ติดตั้งตู้เพิ่มขึ้น สายเคเบิลเพิ่มเติม และการวางแผนอะไหล่สำรองใหม่

ตลาด SIMATIC S7-1500V เปลี่ยนความสัมพันธ์ดังกล่าวโดยแยกการรันไทม์ของ PLC ออกจากอุปกรณ์คอนโทรลเลอร์เฉพาะเจาะจง โปรแกรมควบคุมจึงทำงานเป็นอินสแตนซ์ซอฟต์แวร์เสมือนบนโครงสร้างพื้นฐานด้านการประมวลผลที่ได้รับการรับรอง ดังนั้น ความสามารถในการควบคุมจึงสามารถจัดสรรตามความต้องการของแอปพลิเคชันได้ แทนที่จะถูกจำกัดอยู่กับหน่วยฮาร์ดแวร์แต่ละตัวอย่างถาวร

รุ่นนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับผู้ผลิตที่เพิ่มโมดูลการผลิตเป็นประจำ แนะนำตัวแปรผลิตภัณฑ์ใหม่ หรือปรับอุปกรณ์ให้สอดคล้องกับความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไป บริษัทสามารถสร้างการกำหนดค่าคอนโทรลเลอร์เสมือนแบบมาตรฐานสำหรับเซลล์การผลิตที่คล้ายกันหลายเซลล์ เมื่อมีความต้องการกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น วิศวกรสามารถนำอินสแตนซ์ที่ได้รับการอนุมัติมาใช้งานอีกตัวหนึ่งได้ โดยไม่จำเป็นต้องออกแบบตู้ควบคุมใหม่ทั้งหมดสำหรับแต่ละแอปพลิเคชัน

ความคุ้นเคยยังคงมีความสำคัญต่อทีมงานระบบอัตโนมัติ คอนโทรลเลอร์เสมือนรักษาความต่อเนื่องกับสภาพแวดล้อม SIMATIC ที่กว้างขึ้น ดังนั้นวิศวกรจึงสามารถใช้แนวคิดการเขียนโปรแกรม PLC วิธีการวินิจฉัย และโครงสร้างระบบอัตโนมัติที่มีอยู่ต่อไปได้ สิ่งนี้ช่วยลดความไม่ต่อเนื่องที่มักเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมครั้งใหญ่

การควบคุมแบบเสมือนยังสนับสนุนการทันสมัยอย่างค่อยเป็นค่อยไป โรงงานไม่จำเป็นต้องแทนที่ฝูงคอนโทรลเลอร์ที่มีอยู่ทั้งหมดในโครงการเดียว คอนโทรลเลอร์ S7 แบบกายภาพยังสามารถทำหน้าที่ควบคุมเครื่องจักรที่มีความต้องการด้านเวลาอย่างเข้มงวดต่อไปได้ ในขณะที่ pLC เสมือน ถูกแนะนำสำหรับหน่วยกระบวนการแบบโมดูลาร์ ระบบเสริม สถานีทดลอง หรือการใช้งานที่ต้องการการติดตั้งอย่างยืดหยุ่น

การย้ายคอนโทรลเลอร์ไปยังซอฟต์แวร์ไม่ได้ทำให้ความจำเป็นในการวิศวกรรมที่มีวินัยลดลง ประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ยังคงขึ้นอยู่กับทรัพยากรของโปรเซสเซอร์ การออกแบบเครือข่าย สถาปัตยกรรมอินพุต/เอาต์พุต ความต้องการเวลาไซเคิล และพฤติกรรมของระบบในช่วงเกิดข้อผิดพลาด แอปพลิเคชันควบคุมเสมือนทุกตัวต้องได้รับการออกแบบ ทดสอบ วางระบบ และจัดทำเอกสารอย่างเหมาะสม

02การเชื่อมต่อ Industrial Edge WinCC OA และโครงสร้างพื้นฐานไอทีที่มีอยู่

PLC เสมือน ให้คุณค่าสูงสุดเมื่อทำงานเป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมที่ประสานงานกันอย่างเป็นระบบ ในสถาปัตยกรรมนี้ Siemens Industrial Edge เชื่อมต่อแอปพลิเคชันควบคุมเข้ากับการประมวลผลข้อมูลในพื้นที่ ระบบการแสดงผล และทรัพยากรไอทีระดับกลาง

ตลาด S7-1500V จัดการตรรกะการอัตโนมัติ ขณะที่ แอปพลิเคชันอินดัสเทรียล เอดจ์ ประมวลผลข้อมูลการผลิตใกล้กับเครื่องจักรหรือกระบวนการโดยตรง การประมวลผลในท้องถิ่นทำให้สามารถคำนวณตัวชี้วัดประสิทธิภาพ ตรวจจับสภาวะผิดปกติ และเตรียมข้อมูลที่เลือกไว้สำหรับระบบระดับองค์กร โดยไม่จำเป็นต้องส่งสัญญาณดิบทุกตัวไปยังศูนย์ข้อมูลระยะไกล

WinCC Open Architecture ซึ่งเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่า WinCC OA เพิ่มความสามารถในการปรับขนาดได้ ฟังก์ชัน SCADA เมื่อใช้ร่วมกับอินดัสเทรียล เอดจ์และพีแอลซีเสมือน จะสามารถวางฟังก์ชันการแสดงผลและการควบคุมแบบรวมศูนย์ไว้ใกล้กับภาระงานการควบคุมที่ถูกเวอร์ชวลไลซ์มากขึ้น ซึ่งเหมาะสำหรับโรงงานแบบกระจาย สถานบริการพลังงาน เครือข่ายโครงสร้างพื้นฐาน และสถานที่ผลิตขนาดใหญ่ที่ต้องการสถาปัตยกรรมการตรวจสอบที่ยืดหยุ่น

การติดตั้งจริงอาจประกอบด้วย อินพุต/เอาต์พุตแบบกระจาย เซนเซอร์และอุปกรณ์วัดต่าง ๆ ที่ระดับสนาม S7-1500V อินสแตนซ์สำหรับการควบคุม แอปพลิเคชันอินดัสเทรียล เอดจ์ อินสแตนซ์สำหรับการประมวลผลในท้องถิ่น WinCC OA อินสแตนซ์สำหรับการแสดงผลแก่ผู้ปฏิบัติงาน ขณะที่โครงสร้างพื้นฐานไอทีระดับกลางสามารถรองรับการจัดการเอกลักษณ์ คลังซอฟต์แวร์ การสำรองข้อมูล การตรวจสอบระบบ และการจัดเก็บข้อมูลเชิงประวัติศาสตร์

การรองรับเทคโนโลยีต่าง ๆ เช่น Microsoft Hyper-V และ Red Hat OpenShift ยังช่วยเชื่อมโยงภาระงานอุตสาหกรรมเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานที่ทีมไอทีขององค์กรเข้าใจอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม ความรับผิดชอบต้องชัดเจนเสมอ วิศวกรควบคุมระบบเข้าใจความเสี่ยงด้านกระบวนการและพฤติกรรมของเครื่องจักร ในขณะที่ผู้เชี่ยวชาญด้านไอทีมีประสบการณ์ในด้านการจำลองเสมือน การจัดสรรทรัพยากรการประมวลผล การจัดการการเข้าถึง และความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์

ความปลอดภัยทางไซเบอร์ ต้องถูกผสานเข้ากับสถาปัตยกรรมตั้งแต่ขั้นตอนแรก การแบ่งส่วนเครือข่าย การเข้าถึงตามบทบาท การสื่อสารอย่างปลอดภัย การจัดการใบรับรอง ขั้นตอนการปรับปรุงแพตช์ และการสำรองข้อมูลที่เชื่อถือได้ ล้วนเป็นสิ่งจำเป็น การจำลองเสมือนช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น แต่ความพร้อมใช้งานในภาคอุตสาหกรรมจะต้องไม่ถูกปฏิบัติเหมือนภาระงานไอทีสำนักงานทั่วไป

03แนวทางที่ยืดหยุ่นยิ่งขึ้นสำหรับการขยายระบบ การอัปเกรด และการจัดการวงจรชีวิต

หนึ่งในข้อได้เปรียบที่ชัดเจนที่สุดของการควบคุมที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ คือความสามารถในการขยายระบบอัตโนมัติอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในโครงการที่เน้นฮาร์ดแวร์ การขยายระบบอาจจำเป็นต้องใช้ PLC เพิ่มเติม การปรับเปลี่ยนตู้คอนโทรล การจัดหาแหล่งจ่ายไฟเพิ่มเติม อุปกรณ์การสื่อสารใหม่ และงานติดตั้งไฟฟ้าตามตารางเวลา แต่ด้วย pLC แบบเสมือน , ความจุในการควบคุมเพิ่มเติมสามารถสร้างขึ้นได้ผ่านอินสแตนซ์ซอฟต์แวร์ใหม่ โดยเงื่อนไขคือทรัพยากรการประมวลผล ประสิทธิภาพของเครือข่าย การจัดการใบอนุญาต และระบบสำรองข้อมูลต้องได้รับการวางแผนอย่างเหมาะสม

สิ่งนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งต่อ การผลิตแบบมอดูลาร์ . สเกิดสำหรับอุตสาหกรรมยา หน่วยบำบัดน้ำ ระบบจัดการพลังงาน อุปกรณ์จัดการวัสดุ และสถานีประกอบแบบยืดหยุ่น มักถูกสร้างขึ้นจากหน่วยการทำงานที่สามารถทำซ้ำได้ แม่แบบคอนโทรลเลอร์เสมือนที่ได้มาตรฐานสามารถลดระยะเวลาวิศวกรรมและเพิ่มความสม่ำเสมอเมื่อมีการติดตั้งหน่วยที่คล้ายกันบนไลน์การผลิตหรือโรงงานหลายแห่ง

การควบคุมที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ยังเปลี่ยนวิธีการจัดการการอัปเกรดอีกด้วย เนื่องจากโปรแกรมควบคุม (controller runtime) ไม่ได้ผูกติดกับอุปกรณ์จริงเพียงเครื่องเดียวอย่างถาวร ทำให้เวอร์ชันของซอฟต์แวร์กับฮาร์ดแวร์ด้านการประมวลผลสามารถดำเนินไปตามรอบอายุการใช้งานที่ต่างกันได้ ทีมวิศวกรสามารถเตรียมสภาพแวดล้อมที่อัปเดตแล้ว ทดสอบภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุมได้ บันทึกการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นทางการ และนำเข้าสู่ระบบในช่วงเวลาที่กำหนดสำหรับการบำรุงรักษา

การสำรองข้อมูลและการกู้คืน อาจดำเนินการอย่างเป็นระบบมากยิ่งขึ้นด้วย ทั้งการตั้งค่าที่ได้รับการอนุมัติ โปรแกรมควบคุม และอินสแตนซ์เสมือน สามารถจัดการแบบรวมศูนย์ ทำให้ทีมบำรุงรักษามีภาพรวมที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับสิ่งที่ติดตั้งไว้ ณ แต่ละสถานที่ หากจำเป็นต้องเปลี่ยนแพลตฟอร์มด้านการประมวลผล สภาพแวดล้อมของตัวควบคุมที่ผ่านการตรวจสอบแล้วสามารถกู้คืนกลับมาใช้งานได้โดยไม่ต้องสร้างแอปพลิเคชันทั้งหมดขึ้นใหม่ตั้งแต่ต้น

ข้อได้เปรียบเหล่านี้ไม่ได้หมายความว่าการอัปเกรดภาคอุตสาหกรรมจะปราศจากความเสี่ยง ทุกการเปลี่ยนแปลงยังคงต้องผ่านการตรวจสอบความเข้ากันได้ การทดสอบฟังก์ชัน การประเมินความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์ และมีขั้นตอนการกู้คืนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ประโยชน์ที่แท้จริงตลอดวงจรชีวิตคือการควบคุมความซับซ้อนได้ดีขึ้น รวมถึงการจัดการเวอร์ชันที่ชัดเจนยิ่งขึ้น การปรับใช้ระบบอย่างโปร่งใสมากขึ้น และการพึ่งพาฮาร์ดแวร์คอนโทรลเลอร์หลายรุ่นลดลง

04สรุป

ซิแมติก เอสเซเวน-หนึ่งพันห้าร้อยวี ไม่ใช่เพียงแค่พีแอลซีเชิงกายภาพที่ถูกย้ายเข้าสู่สภาพแวดล้อมเสมือนเท่านั้น แต่ยังแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงในวงกว้างยิ่งขึ้นเกี่ยวกับวิธีการออกแบบ ขยาย และบำรุงรักษาระบบควบคุมอุตสาหกรรม

ด้วยการทำงานร่วมกับ ซีเมนส์ อินดัสเทรียล เอดจ์ WinCC OA และโครงสร้างพื้นฐานไอทีที่มีอยู่แล้ว พีแอลซีเสมือนเชื่อมโยงตรรกะการควบคุมเข้ากับการประมวลผลข้อมูลในสถานที่ การแสดงผลแบบปรับขนาดได้ และการจัดการระบบแบบรวมศูนย์ ความสามารถในการควบคุมใหม่สามารถนำมาใช้ได้อย่างยืดหยุ่นมากขึ้น การอัปเกรดซอฟต์แวร์สามารถเตรียมการได้อย่างเป็นระบบมากขึ้น และข้อมูลวงจรชีวิตสามารถจัดการได้อย่างโปร่งใสยิ่งขึ้น

อนาคตที่เป็นไปได้มากที่สุดคือแบบไฮบริด ซีพียูควบคุมเชิงตรรกะ (PLC) แบบกายภาพจะยังคงให้การควบคุมระดับเครื่องจักรที่น่าเชื่อถือต่อไป ในขณะที่ pLC เสมือน เพิ่มความยืดหยุ่นในจุดที่การปรับใช้งานอย่างรวดเร็ว การกำหนดค่าตามมาตรฐาน และการประมวลผลที่สามารถขยายขนาดได้เป็นสิ่งสำคัญ ด้วย S7-1500V uR8LH ซีเมนส์กำลังผสานโลกทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน และมอบเส้นทางปฏิบัติจริงสู่ การปรับใช้ระบบอัตโนมัติที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ .

05สินค้าที่แนะนำ