Enote
1. Uvod v umetno inteligenco v mehatroniki, varnosti in ogrodju za preverjanje 2. Umetna inteligenca v robotiki in nadzoru gibanja 3. Generiranje kode vgrajenih sistemov in mikrokrmilnikov 4. Sensor Fusion in integracija podatkov interneta stvari 5. Nadzorni algoritmi: PID in AI podprta nastavitev 6. Industrijska avtomatizacija in programiranje PLC 7. Oblikovanje in simulacija na podlagi modela 8. Prediktivno vzdrževanje 9. Strojni vid in nadzor kakovosti
Enota 6 / 9

Industrijska avtomatizacija in programiranje PLC

Dobički:

  • Sposobnost ustvarjanja lestvične logike in struktur strukturiranega besedila (ST) kot osnutkov z AI
  • Sposobnost konfiguriranja varnostnih vezij, zapor in stanj s pomočjo AI
  • Zmožnost preverjanja logike PLC-ja, ustvarjene z umetno inteligenco, glede na zemljevid V/I in varnostne zahteve

Ime zanesljivosti v tovarniškem polju je PLC (Programmable Logic Controller). Transporterji, robotske celice, polnilne linije, stiskalnice; vse nadzorujejo PLC-ji. Programiranje PLC je svet ločen od namizne programske opreme: lestvična logika (LD) je vizualni jezik, ki posnema relejno logiko, medtem ko je strukturirano besedilo (ST) besedilni jezik, podoben Pascalu; oba sta opredeljena v standardu IEC 61131-3. V tem okolju ni najpomembnejša funkcionalnost, ampak varnost; ker lahko logična napaka zaustavi stiskalnico ob nepravem času in ogrozi operaterja. Umetna inteligenca pomaga pri ustvarjanju osnutkov lestvice in ST, gradnji stanj in dokumentiranju logike. Vendar so varnostna vezja, zapore in končna verifikacija odgovornost inženirja in jih ni mogoče prenesti na AI. V tej enoti obravnavamo, kako zgraditi in preveriti logiko PLC z AI.

Delovna logika PLC-ja: cikel skeniranja

PLC kode ne zažene samo enkrat in je končana; Izvaja neprekinjen cikel skeniranja. V vsaki zanki: (1) prebere vse vhode, (2) izvede logiko od zgoraj navzdol, (3) posodobi vse izhode. Ta cikel traja milisekunde in se ponavlja v nedogled. To vedenje ima kritične posledice pri pisanju logike PLC:

  • Izhodi se posodobijo na koncu zanke; Če izhodu dodelite vrednost na več kot enem mestu znotraj zanke, zmaga zadnja dodelitev.
  • Logika deluje od začetka v vsakem ciklu; zato se spremenljivke zapaha ali stanja uporabljajo za "zapomnitev" stanja.
  • Hitri dogodki so lahko zgrešeni, če se čas skeniranja podaljša; kritične dogodke zajame strojna prekinitev ali hitri števec.
Namig: Ko pišete logiko PLC v AI, recite "upoštevajte obnašanje zanke skeniranja, nobenih nasprotujočih si dodelitev istemu izhodu, uporabite zapah/stanje stroj za stanje". AI včasih razmišlja kot namizna logika in preskoči vedenje skeniranja.

Lestvična logika in strukturirano besedilo

Enako logiko je mogoče zapisati v obeh jezikih. Preprost primer: motor se zažene, ko pritisnete gumb za zagon, se ustavi in ​​se samodejno zaskoči, ko pritisnete gumb za zaustavitev.

LESTVICA (besedilni prikaz): Start Stop Engine---| |------|/|-------------( )--- | Motor |---| |------+ (kontakt motorja se sam obdrži -> tesni) Pojasnilo: Ko pritisnete Start, je motor pod napetostjo; Motor vzdržuje tok preko lastnega kontakta (seal-in). Ko pritisnete Stop (NC), se veriga prereže.

(* Ista logika kot STRUKTURIRANO BESEDILO *) ČE Zaženi IN NE Ustavi POTEM Motor := TRUE;END_IF; IF Ustavi POTEM Motor := FALSE; (* Zaustavitev ima vedno prednost *)END_IF; (* Opomba: Gumb za zaustavitev je fizično povezan z NC (normalno zaprt); tako da, če se kabel zlomi, Stop=FALSE in sistem preklopi na varno stran. *)

Tukaj je pomembna varnostna podrobnost: Gumb za zaustavitev je fizično povezan normalno zaprt (NC). Tako se v primeru pretrganja kabla ali okvare kontakta signal prekine in sistem gre v smer "stop" (fail-safe). Če je priključen NO (normalno odprt), zaustavitev ne bo delovala, če se kabel zlomi - nevarna tiha napaka. Tudi če se koda AI zdi logično pravilna, je odločitev o fizični povezavi odvisna od inženirja.

Varnost: E-Stop, Lockout in Fail-Safe

Varnost v industrijski avtomatizaciji ni vprašanje, ki bi ga bilo mogoče "obravnavati v programski opremi"; Gre za večplastno sodelovanje strojne in programske opreme. Osnovna načela:

načelo

Pomen

Aplikacija

varen pred napakami

Neuspeh mora voditi na varno stran

NC kontakt, napaka=stop

Redundanca

Dvojni kanal kritične funkcije

Dva kontakta, navzkrižno spremljanje

Prepletanje

Preprečite nevarno situacijo

Stroj ne deluje, ko so vrata odprta

e-stop

Neodvisna zaustavitev v sili

Na ravni strojne opreme, neodvisno od PLC-ja

Kritična točka: E-stop ni prepuščen samo programski opremi. Varnostni izklop v sili pogosto prekinejo tudi na ravni strojne opreme varnostni releji ali varnostni PLC; standardna programska oprema PLC je dodatna plast poleg tega. ISO 13849 (varnost strojev) in IEC 62061 zagotavljata okvir za te načrte.

Pozor: Ne domnevajte, da je logika E-stop ali zaklepanje, ki jo ustvari umetna inteligenca, "programska oprema zadostna". Varnostne funkcije so zasnovane v skladu z ustreznimi standardi (ISO 13849 PL, IEC 62061 SIL), vključujejo strojno plast in so preverjene z oceno tveganja. To vrednotenje je odgovornost inženirja in organizacije; Umetna inteligenca lahko ustvari samo orise in kontrolne sezname.

Državni stroji

Kompleksna avtomatizacijska logika je organizirana s strojem stanja in ne z neurejenim if-else: sistem najde določena stanja (mirovanje, zagon, delovanje, zaustavitev, napaka) in nadaljuje skozi definirane prehode. Ta struktura je berljiva in preverljiva.

(* Preprost avtomat stanja bencinske črpalke *)CASE Primer 0: (* BOSTA *) IF StartButton AND CoverClosed THEN Case := 10; END_IF; 10: (* FILL *) Ventil := TRUE; IF LevelFull THEN Valve := FALSE; Stanje := 20; END_IF; ČE NI pokrov zaprt POTEM ventil := FALSE; Stanje := 90; END_IF; (* varnost *) 20: (* DRAIN *) PURGE := TRUE; IF LevelEmpty THEN Empty := FALSE; Stanje := 0; END_IF; 90: (* NAPAKA *) Ventil := FALSE; Prazno := FALSE; (* vsi aktuatorji so varni *) IF ResetButton THEN Status := 0; END_IF;END_CASE;

V tej strukturi so varnostni prehodi (pojdi v stanje napake, če je pokrov odprt, zapri vse aktuatorje) jasno vključeni v vsaki situaciji. AI hitro ustvari okostje državnega stroja; Toda kateri varnostni incident bo izhajal iz katere situacije, izhaja iz vaše analize tveganja.

Šibek poziv / močan poziv

ŠIBKO:»Napišite kodo PLC za tekoči trak.«(Brez V/I, ni varnosti, nejasen jezik. Osnutka polja ni mogoče ustvariti.)MOČNO:»Napišite nadzor tekočega traku s strukturiranim besedilom IEC 61131-3. Vhodi: Start (NO), Stop (NC), PhotocellProductVar (NO), CoverOpen (NC varnost). Izhodi: ConveyorMotor, WarningLamp. Uporabite stanje stroja (Idle, Running, Error) Stop ima vedno prednost, pojdite na Error, ko je pokrov odprt in ugasnite motor.

Mini etui

Inženir avtomatizacije Tolga od AI zahteva kodo ST za pakirno linijo. Umetna inteligenca ustvari kodo, za katero se zdi, da deluje, a ko jo Tolga preveri glede na zemljevid V/I, odkrije dve težavi. Prvič: AI je gumb Stop obravnaval z logiko NE (normalno odprt); Tolga to spremeni v NC varno logiko, ker če se kabel zlomi, se mora linija ustaviti. Drugič: zaklepanje, pri katerem se mora stroj ustaviti, ko je zaščitni pokrov odprt, se preverja samo ob zagonu, ne med delovanjem; Tolga ga popravi tako, da se preveri v vsakem ciklu skeniranja. Prav tako potrjuje, da dejanski E-stop ni prepuščen programski opremi, ampak je prekinjen tudi v strojni opremi z varnostnim relejem. AI je hitro dal svoje logično okostje; Toda inženirsko preverjanje je zagotovilo tri varnostne odločitve: varno povezavo, trajno zaklepanje in strojno E-stop.

Pogoste napake

  • Priključitev gumba Stop/E-stop na NO in izguba varnega obnašanja v primeru pretrganja kabla.
  • Preverjanje zaklepanja (pokrov, svetlobna zavesa) samo ob zagonu in preskok med delovanjem.
  • Prepuščanje varnostne funkcije v celoti programski opremi in zanemarjanje ravni strojne opreme.
  • Pozabljanje vedenja zanke skeniranja in nasprotujoče si dodelitve istemu izhodu.
  • Zapleteno logiko narediti nepreverljivo tako, da jo zapišete z neurejenim if-else namesto s strojem stanja.
  • Sprejemanje razlage varnostnega standarda s strani umetne inteligence, ne da bi jo preverili z uradnim besedilom.

Če povzamem

  • PLC deluje z neprekinjenim ciklom skeniranja; Izhodi se posodobijo na koncu zanke.
  • Lestvica in strukturirano besedilo izražata isto logiko v dveh različnih jezikih IEC 61131-3.
  • Stop/E-stop gumbi NC in fail-safe so povezani; neuspeh mora voditi na varno stran.
  • Zaklepanje se preveri vsak cikel skeniranja; Vključuje sloj varnostne strojne opreme.
  • Stroj stanja naredi kompleksno logiko berljivo in preverljivo.
  • Ocena varnosti (ISO 13849/IEC 62061) je odgovornost inženirja; AI ustvari osnutek.

Aplikacijska naloga

Izberite preprost scenarij avtomatizacije (npr. zagon/ustavitev samozapornega motorja, dvopozicijski aktuator ali majhna bencinska postaja). Zapišite svoj seznam I/O in varnostne zahteve (kateri gumb je NC, kateri je prepleten). Naj AI s tem kontekstom ustvari stroj stanja strukturiranega besedila. Nato preverite izhod za varnost: (1) ali Stop omogoča varen izhod iz vsakega stanja, (2) ali je prepletenost preverjena v vsakem ciklu skeniranja, (3) ali gredo vsi aktuatorji v varno stanje v primeru napake? Zabeležite si morebitne varnostne pomanjkljivosti in popravke, ki jih najdete.

nekdanji Naprej