Ipari automatizálás és PLC programozás

Nyereség:

• Lehetőség Létralogikai és Strukturált Szöveg (ST) struktúrák vázlatok létrehozására mesterséges intelligencia segítségével
• Biztonsági áramkörök, reteszelések és állapotgépek konfigurálása AI segítségével
• A mesterséges intelligencia által generált PLC logika I/O leképezése és biztonsági követelményei alapján történő ellenőrzésének lehetősége

A megbízhatóság neve gyári mezőben PLC (Programozható Logikai Vezérlő). Szállítószalagok, robotcellák, töltősorok, prések; mindegyiket PLC-k vezérlik. A PLC programozás az asztali szoftverektől eltérő világ: a Ladder Logic (LD) egy vizuális nyelv, amely a közvetítő logikát utánozza, míg a Structured Text (ST) egy Pascal-szerű szöveges nyelv; mindkettőt az IEC 61131-3 szabvány határozza meg. Ebben a környezetben nem a funkcionalitás a legfontosabb, hanem a biztonság; mert egy logikai hiba rosszkor leállíthatja a nyomdagépet, veszélyeztetve a kezelőt. Az AI segít a létra- és ST-vázlatok generálásában, az állapotgépek felépítésében és a logika dokumentálásában. A biztonsági áramkörök, a reteszelések és a végső ellenőrzés azonban a mérnök felelőssége, és nem ruházhatók át az AI-ra. Ebben az egységben bemutatjuk, hogyan lehet PLC-logikát AI-val felépíteni és ellenőrizni.

A PLC működési logikája: Szkennelési ciklus

A PLC nem csak egyszer futtatja le a kódot, és kész; Folyamatos szkennelési ciklust hajt végre. Minden ciklusban: (1) beolvassa az összes bemenetet, (2) végrehajtja a logikát felülről lefelé, (3) frissíti az összes kimenetet. Ez a ciklus ezredmásodpercekig tart, és vég nélkül ismétlődik. Ennek a viselkedésnek kritikus következményei vannak a PLC logika írásakor:

• A kimenetek frissítése a ciklus végén történik; Ha a hurkon belül több helyen is hozzárendel egy értéket egy kimenethez, akkor az utolsó hozzárendelés nyer.
• A logika minden ciklusban a nulláról működik; tehát a retesz vagy állapotváltozók az állapot "emlékezésére" szolgálnak.
• A gyors események kimaradhatnak, ha a keresési idő meghosszabbodik; a kritikus eseményeket hardveres megszakítás vagy nagy sebességű számláló rögzíti.

Tipp: Amikor PLC logikát ír az AI-hoz, mondja azt, hogy "vegye figyelembe a letapogatási hurok viselkedését, ne legyenek egymásnak ellentmondó hozzárendelések ugyanahhoz a kimenethez, használja a reteszelő/állapotgépet az állapothoz". Az AI néha úgy gondolkodik, mint az asztali logika, és kihagyja a keresési viselkedést.

Létra logika és strukturált szöveg

Ugyanaz a logika mindkét nyelven írható. Egy egyszerű példa: a motor elindul, ha megnyomja az indítógombot, leáll, és önreteszelődik, ha megnyomja a stop gombot.

LÉTRA (szöveges kijelző): Indítsa el a motort leállítva ---| |------|/|-------------( )--- | Motor |---| |------+ (A motor érintkezője megtartja magát -> bezárás) Magyarázat: A Start gomb megnyomásakor a motor feszültség alá kerül; A motor a saját érintkezőjén keresztül tartja fenn az áramot (tömítés). A Stop (NC) megnyomásakor a lánc elvágódik.

(* Ugyanaz a logika, mint a STRUKTURÁLT SZÖVEG *)HA Indítás és NEM LEÁLLÍTÁS AKKOR Motor := IGAZ;END_IF;HA Stop THEN Engine := FALSE; (* A leállítás mindig elsőbbséget élvez *)END_IF;(* Megjegyzés: A Stop gomb fizikailag csatlakozik az NC-hez (alapállapotban zárva); így ha a kábel elszakad, Stop=FALSE, és a rendszer átvált a biztonságos oldalra. *)

A biztonsági részletek itt kritikusak: A leállító gomb fizikailag csatlakoztatva van, alaphelyzetben zárva (NC). Így kábelszakadás vagy érintkezési hiba esetén a jel megszakad, és a rendszer „stop” irányba (hibabiztos) megy. Ha NO (normál nyitott) van csatlakoztatva, a leállító nem működik, ha a kábel elszakad – ez veszélyes néma hiba. Még akkor is, ha az AI-kód logikailag helyesnek tűnik, ez a fizikai kapcsolódási döntés a mérnökön múlik.

Biztonság: E-Stop, Lockout és Fail-Safe

Az ipari automatizálás biztonsága nem olyan probléma, amelyet "szoftverben lehet kezelni"; Ez a hardver és a szoftver réteges együttműködése. Alapelvek:

elv

Jelentése

Alkalmazás

hibabiztos

A kudarcnak a biztonságos oldalra kell vezetnie

NC érintkező, hiba=stop

Redundancia

Kritikus funkció, kétcsatornás

Két érintkező, keresztfelügyelet

Reteszelő

A veszélyes helyzet megelőzése

A gép nem működik, ha az ajtó nyitva van

e-megálló

Független vészleállító

Hardver szinten, PLC-től független

Kritikus pont: Az E-stop nem csak a szoftverre van bízva. A biztonsággal kapcsolatos vészleállítást gyakran hardverszinten is megszakítják a biztonsági relék vagy a biztonsági PLC; A szabványos PLC szoftver egy további réteg ezen felül. Az ISO 13849 (gépbiztonság) és az IEC 62061 ad keretet ezekhez a tervekhez.

Figyelem: Ne feltételezze, hogy a mesterséges intelligencia által generált E-stop vagy reteszelő logika „elég a szoftver”. A biztonsági funkciókat a vonatkozó szabványok (ISO 13849 PL, IEC 62061 SIL) szerint tervezték, hardverréteget tartalmaznak, és kockázatértékeléssel igazolják. Ez az értékelés a mérnök és a szervezet felelőssége; Az AI csak körvonalakat és ellenőrző listákat tud készíteni.

Állami gépek

A komplex automatizálási logika egy állapotgéppel van felszerelve, nem pedig egy rendetlen if-else: a rendszer megtalál bizonyos állapotokat (tétlen, indítás, futás, leállítás, hiba), és meghatározott átmeneteken halad keresztül. Ez a szerkezet olvasható és ellenőrizhető is.

(* Egyszerű töltőállomás állapotú gép *)CASE 0. eset: (* BOSTA *) IF StartButton AND CoverClosed THEN Case := 10; END_IF; 10: (* FILL *) Szelep := IGAZ; HA LevelFull, akkor Szelep := HAMIS; Állapot := 20; END_IF; HA NINCS fedélZárva AKKOR Szelep := HAMIS; Állapot := 90; END_IF; (* biztonsági *) 20: (* DRAIN *) PURGE := TRUE; IF LevelEmpty THEN Empty := HAMIS; Állapot := 0; END_IF; 90: (* HIBA *) Szelep := HAMIS; Üres := HAMIS; (* minden aktuátor biztonságos *) IF ResetButton THEN Status := 0; END_IF;END_CASE;

Ebben a szerkezetben a biztonsági átmenetek (a fedél kinyitása esetén hibaállapotba váltás, az összes működtetőelem bezárása) egyértelműen minden helyzetben szerepelnek. Az AI gyorsan generál állapotgép-vázat; De a kockázatelemzésből kiderül, hogy melyik helyzetből melyik biztonsági incidens fog kijönni.

Gyenge felszólítás / Erős felszólítás

GYENGE:"Írjon PLC-kódot egy szállítószalaghoz." (Nincs I/O, nincs biztonság, nem egyértelmű a nyelv. Nem lehet rajzolni.) STRONG:"Írjon szállítószalag-vezérlőt az IEC 61131-3 strukturált szöveggel. Bemenetek: Start (NO), Stop (NC), PhotocellProductVar (NO), CoverLLyOpen. (Üresjárat, futás, hiba) A leállítás mindig elsőbbséget élvez, lépjen a Hiba, amikor a fedél nyitva van, és állítsa le a motort.

Mini tok

Tolga automatizálási mérnök ST kódot kér az AI-tól egy csomagolósorhoz. Az AI olyan kódot állít elő, amely működőképesnek tűnik, de amikor Tolga ellenőrzi az I/O térképen, két problémát talál. Először is: a mesterséges intelligencia a Stop gombot NO (normál nyitott) logikával kezelte; A Tolga ezt NC hibabiztos logikává alakítja, mert ha a kábel elszakad, a vonalnak le kell állnia. Másodszor: a reteszelést, amelyben a gépnek meg kell állnia, amikor a védőburkolat nyitva van, csak indításkor ellenőrizzük, működés közben nem; A Tolga úgy korrigálja, hogy minden szkennelési ciklusban ellenőrizve legyen. Azt is megerősíti, hogy a tényleges E-stop nem a szoftverre van bízva, hanem a hardverben is megszakad a biztonsági relével. Az AI gyorsan megadta a logikai vázát; De a mérnök ellenőrzése három biztonsági döntést hozott: hibamentes csatlakozás, állandó zár és hardveres E-stop.

Gyakori hibák

• A Stop/E-stop gomb NO-hoz való csatlakoztatása és a hibamentes viselkedés elvesztése kábelszakadás esetén.
• A reteszelés (fedél, fényfüggöny) ellenőrzése csak indításkor és működés közbeni kihagyása.
• A biztonsági funkciót teljes mértékben a szoftverre bízzuk, és figyelmen kívül hagyjuk a hardverréteget.
• A vizsgálati hurok viselkedésének elfelejtése, és egymásnak ellentmondó hozzárendelések végrehajtása ugyanahhoz a kimenethez.
• Az összetett logika ellenőrizhetetlenné tétele úgy, hogy állapotgép helyett rendetlen if-else-vel írjuk.
• A biztonsági szabvány mesterséges intelligencia értelmezésének elfogadása anélkül, hogy azt a hivatalos szöveggel ellenőrizné.

Összefoglalva

• A PLC folyamatos letapogatási ciklussal működik; A kimenetek frissítése a ciklus végén történik.
• A létra és a strukturált szöveg ugyanazt a logikát fejezi ki két különböző IEC 61131-3 nyelven.
• Az NC és a hibabiztos Stop/E-stop gombok csatlakoztatva vannak; a kudarcnak a biztonságos oldalra kell vezetnie.
• A zárolásokat minden szkennelési ciklusban ellenőrizzük; Biztonsági hardverréteget tartalmaz.
• Az állapotgép a komplex logikát olvashatóvá és ellenőrizhetővé teszi.
• A biztonsági értékelés (ISO 13849/IEC 62061) a mérnök felelőssége; Az AI piszkozatot generál.

Pályázati feladat

Válasszon egy egyszerű automatizálási forgatókönyvet (például önreteszelő motor indítása/leállítása, kétállású működtető szerkezet vagy kis töltőállomás). Jegyezze fel az I/O listát és a biztonsági követelményeket (melyik gomb NC, melyik reteszelhető). Az AI generáljon egy strukturált szöveg állapotgépet ezzel a kontextussal. Ezután ellenőrizze a kimenetet a biztonság érdekében: (1) a Stop biztonságos kilépést biztosít az egyes állapotokból, (2) minden letapogatási ciklusban ellenőrzik-e a reteszelést, (3) hiba esetén minden működtető biztonságos állapotba kerül? Jegyezze fel a talált biztonsági hiányosságokat és javításokat.