Symulator sterowników PACSystems™w PAC Machine Edition

PACSystems™ Simulator to bardzo przydatne i funkcjonalne narzędzie ułatwiające testowanie, modyfikowanie i walidację logiki sterowników Emerson PACSystems™ bez potrzeby fizycznego dostępu do sprzętu. Jest to szczególnie użyteczne nie tylko dla inżynierów automatyki oraz programistów systemów sterowania, którzy mogą weryfikować swoje rozwiązania w środowisku wirtualnym, ale przede wszystkim dla osób, które chcą rozpocząć pracę ze środowiskiem narzędziowym Emerson, ograniczając koszty początkowe. W poniższym artykule przedstawimy kluczowe korzyści wynikające z wykorzystania symulatora, jego funkcjonalność oraz pokażemy gdzie występują ograniczenia.

PACSystems™ Simulator: rozwiązanie, na które inżynierowie długo czekali

Symulator wbudowany w PAC Machine Edition jest funkcjonalnością, na którą czekało tysiące inżynierów korzystających z rozwiązań dostarczanych przez Emerson. Nie ma się czemu dziwić – takie narzędzie znacząco ułatwia pracę i daje znacznie większe możliwości podczas przygotowywania algorytmów sterowania. Do najważniejszych korzyści wynikających z jego wykorzystywania należą:

• Testowanie algorytmów bez fizycznie podłączonego sprzętu – użytkownicy mogą sprawdzać poprawność działania programów sterujących bez potrzeby podłączania do rzeczywistych sterowników, co eliminuje konieczność posiadania lub dostępu do często kosztownego sprzętu na etapie wstępnej weryfikacji.
• Praca zdalna – symulator umożliwia debugowanie kodu oraz testowanie logiki PLC w dowolnym miejscu, co jest szczególnie przydatne dla zespołów pracujących w trybie rozproszonym.
• Oszczędność czasu – dzięki możliwości testowania i weryfikacji kodu przed wgraniem go na rzeczywisty sprzęt można znacząco zredukować czas potrzebny na uruchomienie systemu w rzeczywistej aplikacji.
• Poprawa jakości oprogramowania – symulator pozwala na wcześniejsze wykrycie błędów i ich eliminację przed wdrożeniem, co sprawia, że proces fizycznej implementacji algorytmów na obiekcie następuje szybciej i ogranicza liczbę błędów jakie mogą pojawić się podczas uruchomienia instalacji.
• Pełna integracja z PAC Machine Edition – narzędzie jest wbudowane w środowisko PAC Machine Edition, co ułatwia jego użycie oraz eliminuje konieczność korzystania z dodatkowych aplikacji. To użytkownik samodzielnie decyduje, czy test przygotowanego w oprogramowaniu narzędziowym kodu odbędzie się na symulatorze, czy na sterowniku podłączonym do komputera.

PACSystems™ Simulator możesz pobrać ze strony wsparcia technicznego firmy ASTOR.

Co można symulować w PACSystems™ Simulator?

Wbudowany w PAC Machine Edition Symulator pozwala na emulację działania wszystkich sterowników PLC/PAC rodziny PACSystems™, umożliwiając testowanie logiki dla następujących jednostek centralnych:

• PACSystems™ RX3i IC695CPE302/305/310/330,
• PACSystems™ RX3i Rackless IC695CPE400/CPL410,
• PACSystems™ RSTi-EP EPXCPE205/210/215/220/240.

Należy nadmienić, że symulator jest zgodny z funkcjonalności kontrolerów PACSystems™ wyposażonych w firmware w wersji 11.0 oraz oprogramowaniem narzędziowym PAC Machine Edition w wersji 10.6 lub nowszej. Z uwagi na to, że wszystkie kontrolery rodziny PACSystems™ są ze sobą w 100% kompatybilne, przenoszenie napisanego kodu pomiędzy nimi jest możliwe bez potrzeby wprowadzenia jakichkolwiek modyfikacji. Pozwala to inżynierom na podmianę serii urządzeń i symulację zachowania algorytmu na różnych rodzinach produktów w zależności od tego, jak bardzo rozbudowuje się kod naszego programu. Dzięki temu możemy znacznie precyzyjniej określić, jaki model CPU będzie dla nas najbardziej odpowiedni, zanim dokonamy zakupu docelowej jednostki.

Sam symulator pozwala nam sprawdzać poprawność działania kodu sterującego oraz analizować poprawność jego reakcji na różne scenariusze. Algorytm sterowania, który będziemy symulować, może zostać przygotowany w językach:

• LD (Ladder Diagram) – diagram drabinkowy, popularny w programowaniu sterowników PLC.
• ST (Structured Text) – tekst strukturalny, umożliwiający pisanie złożonych algorytmów w formie kodu przypominającego języki wysokiego poziomu.
• FBD (Function Block Diagram) – diagram bloków funkcyjnych, pozwalający na graficzne tworzenie aplikacji z wykorzystaniem gotowych bloków funkcyjnych.

Zastosowanie symulatora i jego przydatność podczas pracy

Symulator PACSystems™ z uwagi na swoje możliwości znajdzie szerokie zastosowanie w różnych scenariuszach, takich jak:

• Testowanie i debugowanie aplikacji sterujących – przed wdrożeniem na rzeczywisty sprzęt inżynierowie mogą wykrywać i naprawiać potencjalne błędy w kodzie. Testy można zrobić w warunkach biurowych zamiast testować algorytm bezpośrednio na obiekcie, często w miejscach trudnodostępnych.
• Szkolenia i edukacja – umożliwia naukę programowania sterowników PACSystems™ bez konieczności posiadania fizycznych urządzeń. To z pewnością docenią przedstawiciele szkół, uniwersytetów oraz placówek dydaktycznych i szkoleniowych.
• Rozwój nowych aplikacji – pozwala inżynierom na szybkie testowanie nowych algorytmów sterowania i ich optymalizację przed wdrożeniem. To szczególnie cenne w przypadku do rozbudowy istniejących algorytmów o nowe funkcjonalności.
• Symulacja scenariuszy awaryjnych – przydatne szczególne w aplikacjach infrastruktury krytycznej. Inżynierowie mogą analizować reakcję systemu na różne nieprzewidziane sytuacje i przygotowywać algorytmy tak, żeby w chwili wystąpienia scenariusza niepożądanego algorytm zareagował w przewidywalny i planowany sposób.
• Praca zdalna i współpraca zespołowa – dzięki symulatorowi programiści mogą współpracować na odległość, testując i rozwijając aplikacje bez fizycznego dostępu do sprzętu.

Różnice między symulacją a testowaniem na fizycznym sterowniku Emerson

Choć symulator PACSystems™ jest bardzo funkcjonalnym narzędziem do testowania oprogramowania sterowników, istnieją różnice między testowaniem algorytmu w trybie symulacji a testowaniem na rzeczywistym urządzeniu.

• Brak rzeczywistego czasu cyklu – symulator nie odwzorowuje dokładnie czasu cyklu sterownika, co oznacza, że testowanie wydajności programu może być ograniczone. Wynika to przede wszystkim z różnych CPU wykorzystywanych w PLC i w komputerze z symulatorem oraz z faktu, że PLC oprócz wykonania algorytmu sterowania realizuje też funkcje diagnostyczne i komunikacyjne w systemie sterowania, co powoduje znacznie dłuższy cykl na fizycznym kontrolerze niż na komputerze PC z zainstalowanym symulatorem.
• Brak wsparcia dla komunikacji przemysłowej – symulator nie obsługuje testowania większości połączeń, takich jak OPC UA, Modbus TCP, EDG czy inne protokoły komunikacyjne (jednak możliwe jest uruchomienie komunikacji SRTP). To niewątpliwie duże ograniczenie, gdyż nie przetestujemy wymiany danych, jaka w docelowym systemie sterowania będzie realizowana.
• Ograniczona symulacja sprzętu – sam symulator sprawdza kod sterujący, ale nie sprawdzi już fizycznie podłączonych wejść i wyjść (I/O). To powoduje, że nie można w pełni testować interakcji programu ze światem rzeczywistym.
• Mniejsza dokładność w pomiarach – testowanie programów sterujących procesami wymagającymi precyzyjnych pomiarów analogowych może dawać inne wyniki, niż na rzeczywistym sprzęcie.
• Brak możliwości testowania awarii sprzętowych – w rzeczywistym środowisku można analizować reakcję sterownika na błędy sprzętowe, np. uszkodzenie czujników lub utratę zasilania, czego nie da się odzwierciedlić w symulatorze.
• Ograniczona funkcjonalność bibliotek C – niektóre funkcje w języku C mogą nie działać poprawnie na symulowanych sterownikach serii CPE2xx.

Minimalne wymagania systemowe dla PACSystems™ Simulator

Aby korzystać z symulatora, konieczne jest spełnienie określonych wymagań sprzętowych i systemowych. Symulator będzie działał poprawnie na komputerze wyposażonym w minimum procesor dwurdzeniowy i 8 GB pamięci RAM, jednak optymalna i zalecana konfiguracja to procesor czterordzeniowy oraz 16 GB pamięci RAM. System operacyjny, jaki jest niezbędny do uruchomienia symulatora, to:

• Microsoft Windows 10 oraz Microsoft Windows 10 IoT Enterprise,
• Microsoft Windows 11,
• Microsoft Windows Server 2019 oraz Microsoft Windows Server 2022,

Warte podkreślenia jest też to, że symulator może działać na maszynach wirtualnych. Zaleca się, aby maszyna wirtualna była zlokalizowana na dysku SSD, co zapewni lepszą wydajność i stabilność i może być zrealizowana w technologii:

• VMWare Workstation Pro, ESXi.
• VMWare Player – choć nie jest zalecany, ze względu na ograniczenia związane z liczbą dostępnych rdzeni. Można to sprawdzić, korzystając z zakładki Wydajność Menedżera zadań systemu Windows w maszynie wirtualnej.

Symulator do pracy wymaga także zainstalowanego i licencjonowanego środowiska developerskiego PAC Machine Edition Logic Developer PLC w wersji 10.6 lub nowszej, oraz .NET Framework 4.7.2 Full (ten moduł jest instalowany automatycznie wraz z instalacją PAC Machine Edition). Tak przygotowane środowisko pozwala na uruchomienie symulatora PACSystems™ Simulator.

Instalacja narzędzia PACSystems™ Simulator

Symulator może być zainstalowany wraz z instalacją oprogramowania PAC Machine Edition w wersji 10.6 lub wyższej lub dodatkowo jako rozszerzenie do posiadanej wersji PAC Machine Edition (10.6 lub nowszej). Symulator dostępny jest w wersji Professional. Plik z instalatorem można pobrać z serwisu wsparcia technicznego ASTOR.

Użytkownicy którzy chcą skorzystać z opcji symulatora, a posiadają starszą niż 10.6 wersję PAC Machine Edition, muszą ja w pierwszej kolejności zaktualizować. Jeśli posiadają aktywny kontrakt Primary Support, takiej aktualizacji mogą dokonać bezpłatnie, jeśli kontraktu nie ma, wówczas konieczny jest jej zakup.

Jak uruchomić program w trybie symulacji w PAC Machine Edition?

Wykorzystanie symulatora jest bardzo proste. Algorytm sterowania przygotowuje się dokładnie tak samo, jak dla fizycznego kontrolera. Po napisaniu programu postępujemy jak przy próbie wgrywania programu do fizycznego kontrolera, z tą różnicą, że po wybraniu opcji Connect wskazujemy Connect do Simulator.

Podłączenie do symulatora potwierdza pojawienie się ikony „SIM” na pasku statusu zlokalizowanego w dolnej części okna PAC Machine Edition oraz informacje z okna Feedback Zone. Po podłączeniu do symulatora możemy kontynuować pracę w PAC Machine Edition tak, jak gdybyśmy byli połączeni do lokalnego sterownika.

Instalacja symulatora uaktywnia dodatkową opcję Simulator w zakładce View oprogramowania narzędziowego. Aktywowanie tej opcji pozwala wyświetlić okno diagnostyczne pozwalające na podgląd pracy symulatora.

Podsumowanie

Symulator PACSystems™ to niezwykle użyteczne narzędzie, które pozwala na testowanie i debugowanie kodu sterowników PACSystems™ bez konieczności posiadania fizycznego sprzętu. Dzięki niemu można skrócić czas wdrożenia aplikacji oraz obniżyć koszty, jednak należy pamiętać o jego ograniczeniach w zakresie komunikacji. Dostępne możliwości z pewnością znajdą uznanie wśród obecnych jak i przyszłych inżynierów automatyki, którzy chcą efektywnie testować swoje rozwiązania przed wdrożeniem ich do rzeczywistych systemów.