औद्योगिक नियंत्रण प्रणाली सॉफ्टवेयर के परीक्षण के लिए एक सिम्युलेटर

शुभ दोपहर, प्रिय हब्रोज़िटेल!



मैं आपको अपने प्रोजेक्ट के बारे में बताऊंगा, जो मैं तीन साल से अपने खाली समय में कर रहा हूं।

मैं एक नियंत्रक प्रोग्रामर के रूप में स्वचालन में लगी कंपनी में काम करता हूं। हाल ही में, हम मुख्य रूप से सीमेंस, SIMATIC S7 PLC और WinCC विज़ुअलाइज़ेशन पैकेज का उपयोग करते हैं, लेकिन अन्य निर्माताओं में भी अनुभव है। कंपनी प्रोफाइल तेल और गैस क्षेत्र (टैंक फार्म, पंपिंग, रेलवे फ्लाईओवर, बर्थ कॉम्प्लेक्स, अग्निशामक प्रणाली) है।

संभवतः, पहले प्रोजेक्ट से, मुझे वास्तविक उपकरणों पर कमीशन चरण तक सॉफ्टवेयर परीक्षण के सवाल में दिलचस्पी थी। बहुत पहले नहीं, हब पर एक पोस्ट थी - सीमैटिक स्टेप 7 पर सीमेंस पीएलसी का प्रोग्रामिंग , और एड्रेनालाईन, जो टिप्पणियों में उल्लेख किया गया था, मुझे पहले से पता है।

वर्तमान में, मेरे सॉफ़्टवेयर प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग करते हुए, हम अधिकांश त्रुटियों से छुटकारा पा सकते हैं और कार्यालय की आरामदायक परिस्थितियों में स्वचालित कार्यों को डिबग कर सकते हैं (एक केबल के रील पर बैठने के बजाय, एक ऊनी कमरे में, एक ठंढा सर्दियों के दिन पर)।

परिचय

एक सरलीकृत रूप में, हमारी प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली में निम्नलिखित घटक होते हैं:

• सेंसर (दबाव, तापमान) और एक्चुएटर (वाल्व, पंप)।
• प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी)।
• विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम (SCADA, HMI)।

सेंसर और एक्ट्यूएटर्स से, संकेतों को पीएलसी को भेजा जाता है, संसाधित किया जाता है और विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम को प्रेषित किया जाता है जिसके साथ मानव ऑपरेटर बातचीत करता है। ऑपरेटर कमांड्स को वापस पीएलसी में भेज दिया जाता है, जो एक्ट्यूएटर्स को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक सिग्नल उत्पन्न करता है। पीएलसी में स्वचालित कार्यों और आपातकालीन सुरक्षा (पीएजेड) को लागू किया जाता है।

आमतौर पर, दो लोग हमारे विकास में शामिल होते हैं। एक पीएलसी के लिए एक कार्यक्रम लिखता है, दूसरा एक विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम बनाता है। अब हम तीसरे परीक्षक का उपयोग करने की कोशिश कर रहे हैं। मैं यह नहीं कह सकता कि हम बहुत ही जटिल नियंत्रण एल्गोरिदम लागू करते हैं, लेकिन मुख्य रूप से सिस्टम के आकार से जुड़ी एक विशिष्टता है। उदाहरण के लिए, मेरी वर्तमान परियोजना में कुल लगभग 2300 संकेत हैं, जिनमें से अधिकांश इनपुट (लगभग 1500) हैं।

परीक्षण के लिए, एक पीएलसी से युक्त एक स्टैंड और एक विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम कार्यालय में इकट्ठा किया जाता है। कुछ निर्माता पीएलसी सॉफ्टवेयर सिमुलेशन की पेशकश करते हैं, इसलिए कभी-कभी आप सामान्य कंप्यूटर हार्डवेयर के साथ मिल सकते हैं। उदाहरण के लिए, सीमेंस से S7PLCSim:

सेंसर और एक्ट्यूएटर्स के साथ यह सवाल बना हुआ है जो असतत / एनालॉग इनपुट / आउटपुट सिग्नल के माध्यम से हमारे सिस्टम से जुड़ा हुआ है।

कुछ पीएलसी निर्माता इनपुट संकेतों के सॉफ्टवेयर सिमुलेशन के लिए उपकरण प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, सीमेंस नियंत्रकों के प्रोग्रामिंग वातावरण स्टेप 7 के माध्यम से, आप किसी वास्तविक पीएलसी (बल) में किसी भी इनपुट सिग्नल के मूल्य को बाध्य कर सकते हैं, और यदि आप नियंत्रक सिम्युलेटर का उपयोग करते हैं, तो आप बस इसे ग्राफिकल इंटरफ़ेस के माध्यम से सेट कर सकते हैं। उपरोक्त उदाहरण में: आईबी 10 इनपुट का एक बाइट है, आईडब्ल्यू 5 इनपुट का एक शब्द है, क्यूबी 7 और क्यूडब्ल्यू 2 एक आउटपुट है, और एमडी 123 नियंत्रक की आंतरिक मेमोरी में एक डबल शब्द है।

एक और दृष्टिकोण जिसका उल्लेख किया जाना है, वह लोहे के स्तर पर इनपुट संकेतों का अनुकरण कर रहा है। हमारे लिए, यह दृष्टिकोण असुविधाजनक है - कनेक्ट करने पर बहुत अधिक समय व्यतीत होता है। इसके अलावा, कार्यालय में, आमतौर पर, पीएलसी से केवल एक प्रोसेसर मॉड्यूल होता है, और इनपुट / आउटपुट सिग्नल को जोड़ने के लिए मॉड्यूल, जो अलग अलमारियाँ में रखे जाते हैं, स्टॉक में होते हैं या ग्राहक को स्थापना के लिए पहले ही भेजे जा चुके हैं।

यह स्पष्ट है कि इस तरह के माध्यम से, नियंत्रक से दृश्य प्रणाली और इसके विपरीत संकेतों के पारित होने की एक सरल जांच करना संभव है। आप बहुत जटिल स्वचालित एल्गोरिदम को डीबग नहीं कर सकते हैं, सौभाग्य से, कि Step7 में ब्रेकपॉइंट (ब्रेकपॉइंट) हैं। लेकिन अगर एल्गोरिथ्म में उपकरण के कई टुकड़े (कई पंप + वाल्व और सेंसर से पाइपिंग) शामिल हैं, तो यह काफी जटिल है।

विचार

कई वर्षों के लिए, मेरी प्रत्येक परियोजना के लिए, पीएलसी कार्यक्रम के अलावा, मैं एक स्वचालित वस्तु का एक सॉफ्टवेयर सिम्युलेटर बना रहा हूं। अंग्रेजी-भाषा के स्रोतों को कभी-कभी ऐसे सिस्टम कहा जाता है - फैक्टरी स्वीकृति परीक्षण (एफएटी) सिम्युलेटर (कारखाने की स्वीकृति के लिए सिम्युलेटर) और सिमुलेशन की विश्वसनीयता की डिग्री के अनुसार उन्हें वर्गीकृत करते हैं। ऐसे सिमुलेटरों के निर्माण पर नेटवर्क पर बहुत अधिक जानकारी नहीं है, मुख्य रूप से मैटलैब + सिमुलिंक, लैबव्यू का उपयोग किया जाता है, कोई पीएलसी के अंदर एक सिमुलेशन लागू करता है। विशेष विकास उपकरण हैं - WinMOD, Mynah MiMiC, Siemens SIMIT, APROS।

कुछ विचार के बाद, मैंने अपना मंच बनाने का प्रयास करने का फैसला किया। सबसे पहले, कुछ नया सीखने की इच्छा थी (.NET और C #)। परिस्थितियां सफल रहीं, और हमारी कंपनी, एक परियोजना के लिए, एक तैयार ओपीसी ग्राहक पुस्तकालय का अधिग्रहण किया। इससे मुझे मुख्य कार्य पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति मिली।

वास्तविक पीएलसी के साथ एक स्टैंड के लिए एक सॉफ्टवेयर सिम्युलेटर बनाने के लिए, सिमुलेशन वाले भौतिक इनपुट से प्राप्त डेटा के प्रतिस्थापन के लिए प्रदान करना आवश्यक है। दुर्भाग्य से, यह नियंत्रक कार्यक्रम में ही किया जाना है। अगला कदम ओपीसी इंटरफेस के माध्यम से इस डेटा तक पहुंच प्रदान करना है। उसके बाद, आप एक पीएलसी प्रोग्राम लिखना शुरू कर सकते हैं और एक स्वचालित वस्तु का सिम्युलेटर बना सकते हैं।

यदि S7PLCSim का उपयोग करने के लिए - डेटा प्रतिस्थापन की कोई आवश्यकता नहीं है। इस स्थिति में, विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम को S7PLCSim और ऑब्जेक्ट सिम्युलेटर (S7PLCSim प्रतिबंध) के साथ एक ही मशीन पर चलाना होगा। बिजली की कमी के मामले में, आप निशुल्क NetToPLCSim उपयोगिता का उपयोग करके उन्हें नष्ट करने की कोशिश कर सकते हैं।

मंच

मैंने जो प्लेटफ़ॉर्म विकसित किया है वह विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम बनाने के लिए एक आदिम वातावरण की तरह है। कार्य को तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

1. चर (मद) का निर्माण। केवल तीन प्रकार हैं:
   
   • आंतरिक - एक आंतरिक चर जिसका उपयोग सिम्युलेटर के अंदर वस्तुओं के बीच संवाद करने के लिए किया जाता है।
   • ओपीसी एक बाहरी ओपीसी सर्वर से जुड़ा एक चर है। इस मामले में, सिम्युलेटर एक OPC क्लाइंट के रूप में कार्य करता है।
   • S7PLCSim - यह चर SIMATIC S7 नियंत्रक सिम्युलेटर के साथ संचार के लिए है। स्मृति क्षेत्र I, Q, M और DB समर्थित हैं।
   विकास के वर्तमान चरण में, मंच केवल एक SIMATIC S7 नियंत्रक सिम्युलेटर और एक OPC सर्वर से जुड़ने की अनुमति देता है। लेकिन, सभी चर ओपीसी द्वारा दिखाई देते हैं, क्योंकि प्लेटफॉर्म एक ओपीसी सर्वर है।
   
   जब सिम्युलेटर चल रहा हो तो आप वैरिएबल को जोड़ और हटा सकते हैं। सिस्टम आपको उपयोग किए जा रहे चर को हटाने की अनुमति नहीं देगा।
   
   
2. सिमुलेशन ऑब्जेक्ट बनाना। वर्तमान में, 13 प्रकार की वस्तुओं को लागू किया जाता है। उनमें से काफी आदिम हैं - असतत और एनालॉग सेंसर, और काफी जटिल वाले - एक एनालॉग सिग्नल जनरेटर और एक गेट वाल्व। ऑब्जेक्ट्स के प्रकारों में से एक आपको C # में स्क्रिप्ट लिखने की अनुमति देता है। प्रत्येक सिमुलेशन ऑब्जेक्ट को कॉन्फ़िगर करते हुए, उपयोगकर्ता चर (आइटम) सेट करता है जो इस ऑब्जेक्ट को पढ़ेगा या लिखेगा, साथ ही साथ इसके अन्य पैरामीटर भी।
   
   सिम्युलेटर चल रहा है, जबकि वस्तुओं जोड़ा, नष्ट किया जा सकता है और इसके गुणों को संपादित किया।
   
   
3. उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस बनाना। आधार टैब्ड पैनल (TabControl) का उपयोग कैसे करता है। प्रत्येक बनाई गई स्क्रीन पर, आप सिमुलेशन ऑब्जेक्ट्स के डिस्प्ले रख सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक एनालॉग सेंसर, आप इसे स्लाइडर के रूप में प्रदर्शित कर सकते हैं, एक मान दर्ज करने के लिए एक फ़ील्ड या ग्राफ़, कहीं भी पैनल में। एक या एक ही वस्तु को अलग-अलग विचारों में, किसी एक या कई पैनलों पर, किसी भी समय प्रदर्शित किया जा सकता है।
   
   सिमुलेशन ऑब्जेक्ट को हटाने के लिए, आपको पहले सभी पैनलों पर इसके सभी डिस्प्ले को हटाना होगा।
   

सिम्युलेटर कॉन्फ़िगरेशन को एक सरल संरचना के साथ XML फ़ाइल के रूप में सहेजा गया है:

 <ProcessSimulator>
     <आइटम>
          [Variable]
     </ आइटम>
     <SimulationObjects>
          [सिमुलेशन वस्तुओं]
     </ SimulationObjects>
     <स्क्रीन>
          [सिमुलेशन वस्तुओं की मैपिंग के साथ पैनलों]
     </ स्क्रीन>
 </ ProcessSimulator>

इससे आप इसे मैन्युअल रूप से संपादित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, एक्सेल में स्क्रिप्ट बना सकते हैं, और संस्करण नियंत्रण प्रणाली का भी पूरी तरह से उपयोग कर सकते हैं।

यह एक सिम्युलेटर इंटरफ़ेस की तरह लग सकता है:

अवसरों

एक स्वचालित वस्तु का सिम्युलेटर बनाना कई फायदे प्रदान करता है:

• विकास और परीक्षण की सुविधा। पीएलसी के लिए एक कार्यक्रम बनाकर और इसके साथ एक वस्तु सिम्युलेटर के समानांतर में, मैं कोड के हर टुकड़े की जांच कर सकता हूं और लगभग किसी भी स्थिति का अनुकरण कर सकता हूं। विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम का डेवलपर पीएलसी कार्यक्रम में बिना किसी देरी के (और हर बार जब वह कुछ जांचना चाहता है), बिना सिम्युलेटर के सभी सुविधाओं का उपयोग करता है। अधिक या कम सामान्य ग्राफ़िकल इंटरफ़ेस आपको एक ऐसे व्यक्ति को आकर्षित करने की अनुमति देता है, जिसने सिस्टम के परीक्षण में इसके निर्माण में भाग नहीं लिया, जिसका अर्थ है कि यह किसी भी रचनाकार की तुलना में अधिक त्रुटियां पाएगा। इसके अलावा, यहां तक ​​कि सुविधा पर, आप सिस्टम को सिमुलेशन मोड में स्विच कर सकते हैं, कुछ को संशोधित कर सकते हैं और वास्तविक उपकरण का उपयोग किए बिना सॉफ्टवेयर विधि का उपयोग करके पूरी तरह से जांच सकते हैं।
• सिस्टम के सॉफ्टवेयर भाग का प्रदर्शन, चाहे जो भी हो, बाकी सभी चीजों की तत्परता की डिग्री।
• संचालक प्रशिक्षण। सिमुलेशन मोड में सिस्टम का संचालन ऑपरेटर को अधिक विस्तार से अध्ययन करने की अनुमति देता है, और सबसे महत्वपूर्ण बात, तनाव के बिना, सिस्टम का संचालन (और त्रुटियों को ढूंढना)।
• वारंटी प्रणाली समर्थन का सरलीकरण। यदि आप कभी-कभी त्रुटि स्थितियों को फिर से बनाते हैं, तो आप वस्तु की यात्रा किए बिना कर सकते हैं।

आगे का विकास

चूंकि यह सी # में कुछ गंभीर बनाने का मेरा पहला अनुभव है, सबसे पहले, मैं वास्तुकला को फिर से डिज़ाइन करना चाहूंगा:

• बाहरी कनेक्शन के लिए जिम्मेदार परत का चयन करें और उन्हें प्लग-इन के रूप में लागू करें। यह आपको कई OPC सर्वर और Siemens SIMATIC S7PLCSim के इंस्टेंस से कनेक्ट करने की अनुमति देगा। इससे अन्य प्रकार के कनेक्शन, जैसे कि मोडबस को जोड़ना आसान हो जाएगा।
• ऐसे विज़ुअल तत्वों का एक वर्ग प्रस्तुत करें जो सिमुलेशन ऑब्जेक्ट्स के साथ संबद्ध नहीं हैं। फिलहाल, स्क्रीन पर उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस का कोई भी तत्व आवश्यक रूप से सिमुलेशन ऑब्जेक्ट के साथ जुड़ा हुआ है, जो बहुत सुविधाजनक नहीं है। कभी-कभी किसी चीज़ को खींचने, एक तस्वीर डालने या सिर्फ एक व्याख्यात्मक पाठ लिखने का पर्याप्त अवसर नहीं होता है।
• सिमुलेशन वस्तुओं और उनके मैपिंग के लिए प्लग-इन सिस्टम बनाएं। मंच के विकास की मुख्य दिशा सिमुलेशन वस्तुओं के पुस्तकालय का विस्तार है, इसलिए उनके निर्माण और एकीकरण की सुविधा एक महत्वपूर्ण कारक है।

वेबसाइट

स्वचालन . ucoz.com पर आप एक डेमो संस्करण डाउनलोड कर सकते हैं । यह समय में सीमित नहीं है, लेकिन इसमें आप केवल 20 चर और 10 ऑब्जेक्ट सिमुलेशन (सभी प्रकार के सी # स्क्रिप्ट को छोड़कर) बना सकते हैं। पूर्ण संस्करण (फ्रीवेयर)।