Phần mềm mô phỏng cho các hệ tự động hóa

Phần mềm mô phỏng cho các hệ tự động hóa Hầu hết những thông tin kỹ thuật trong mọi quy trình sản xuất đều được biểu diễn thông qua các chương tr ình phần mềm mô phỏng. Dưới đây là những thông tin lý thú về vấn đề này. Phương pháp sử dụng chương trình đồ họa để mô phỏng phương thức hoạt động hay các sơ đồ hình khối hệ thống thường có mặt hầu hết trong hoạt động sản xuất, các quy trình tự động và các hoạt động thiết kế không gian. Các công cụ phần mềm điều khiển, kiểm tra quá trình hay thi ết kế này được thiết lập và mô phỏng dựa trên nền phần mềm công cụ Labview. Phần mềm này chứa các chương trình mô phỏng theo thuật toán, đồng thời cũng bao h àm bộ công cụ dành riêng cho các hệ PLC và DCS. Ngôn ng ữ sử dụng trong hầu hết các chương trình này không giống với ngôn ngữ lập trình viết câu lệnh như Cobol hay C. Tuy nhiên, phần mềm mô phỏng đồ họa có nhiều lợi ích đáng kể và phổ biến trong các hệ thống sản xuất tự động gắn liền với công nghệ thông tin. Thiết kế đồ họa có liên quan đến việc hiển thị, sắp đặt và liên kết hình ảnh thông qua những mảng màu trong chương trình đó. Các hình ảnh này mô tả những thông tin rất phong phú trong chương trình ta đang xét tới. Khi chương tr ình mô phỏng được hoàn tất thì các biểu đồ có thể diễn giải và biên d ịch thông tin sang chương trình quy chuẩn. Trong đó, các chương trình quy chu ẩn này có thể được xử lí thông qua một chương trình thông dụng khác. Ông Christian Fritz là một nhà quản lý chương trình sản phẩm Quốc gia cho ngành điều khiển tự động và ngành cơ điện tử. Ông cho biết: “Những công cụ đồ họa giúp chúng ta hiện thực hóa những ý tưởng của con người thông qua việc mô tả và lập trình điều khiển các hệ thống tự động phức tạp. Từ máy móc cho đến các lớp hệ thống dây chuyền hoạt động của nh à sản xuất (MES), các hệ thống hiện đại tích hợp song song, tất cả đều được thiết kế theo trình tự lặp đi lặp lại và tương hợp với nhiệm vụ của từng bộ phận máy. Việc viết lập trình cho các bước lặp của hệ thống nhằm mục đích mô tả những đặc điểm này trong lĩnh vực phát triển ứng dụng là một vấn đề rất khó khăn”. Ông Dennis Brandl, chủ tịch của tập đoàn Cố vấn BR&L cho rằng chương trình mô phỏng sẽ biểu diễn tất cả các bước chúng ta cần thực hiện trong công việc theo một trật tự nhất định. Chúng ta đã thực hiện được điều này trong m ột thời gian dài (đặc biệt là trong môi trường sản xuất công nghệ thông tin) tuy nhiên các ngành công nghiệp khác mới chỉ đang trong giai đoạn tiếp cận với vấn đề n ày. Trong bài báo vi ết về các chương trình đồ họa mô phỏng từ nguồn báo điện tử Labautopedia, ông Mark F. Russo cho biết: “Nhiều chương trình độc lập có thể xác minh theo từng mức gián đoạn tức thời để tạo ra những câu lệnh cụ thể. Vấn đề bóc tách các chức năng của một hệ thống phức tạp bằng một chương tr ình độc lập là một mảng nghiên cứu rộng đang dần được triển khai tại các phòng thí nghiệm mới hiện nay”. Phân luồng hiển thị Công cụ sử dụng trong các chương trình mô phỏng đồ họa thường rất đa dạng. Ông Russo cho rằng những khái niệm ẩn chứa đằng sau các công cụ này cũng không kém phần đa dạng, phong phú. Ông đặt ra khái niệm “luồng” để diễn tả ngôn ngữ đồ họa thành ba loại: luồng dữ liệu, luồng vật liệu và lu ồng điều khiển. Ngôn ngữ dùng trong câu lệnh thường dựa trên thao tác chương trình dữ liệu, do đó chúng ta có thể ẩn các d òng dữ liệu này khi hiển thị. Ông Russo giải thích rằng: “Đối lập với vấn đề trên, luồng dữ liệu chạy ngầm định có thể gây tác động trực tiếp đến dữ liệu cơ sở trung tâm. Các dữ liệu này được lập trình liên kết xuyên suốt với nhau. Bộ điều khiển bên ngoài s ẽ có thể ảnh hưởng đến dòng thông tin dữ liệu thông qua chương trình đang hoạt động”. Ông Fritz cũng cho thêm phần mềm LabView NI là một hệ đồ họa mô phỏng chứa các công cụ thiết kế dựa trên thay đổi của dữ liệu. Những công cụ này trừu tượng hóa thông tin dữ liệu ban đầu ở mức độ cao. Nó cũng đòi h ổi một thư viện chức năng dữ liệu đầu vào và đầu ra có phạm vi lớn, các bộ kỹ thuật tương tự, dữ liệu truy cập cho các ứng dụng điều khiển thiết bị và máymóc. Lu ồng hiển thị vật liệu thường tập trung các vật liệu thô và các vật liệu mới trong quy trình sản xuất. Luồng vật liệu nhìn chung không quan trọng đối với các công cụ đồ họa nhưng nó lại rất quan trọng đối với công cụ lắp ráp cho phòng thí nghiệm hoặc các dây chuyền trong công nghiệp. Ông Russo cũng cho chúng tôi biết, khi thiết kế chương trình chuẩn thì các ki ểu hiển thị luồng điều khiển chiếm ưu thế hơn nhiều so với công cụ dữ liệu hay công cụ hiển thị vật liệu. Công cụ được sử dụng phổ biến nhất trong nhóm hiển thị này chính là biểu đồ quy trình tiển độ. Một số những phương pháp khác dùng để mô phỏng theo d òng điều khiển là sử dụng biểu đồ trạng thái hay các bảng thông số động. Tổng hợp các thành phần trên của hệ biểu đồ sẽ tạo n ên Hệ Ngôn ngữ Đồ họa Hợp nhất tiêu chuẩn. Tuy nhiên ý kiến của ông Brandl lại cho rằng điểm quan trọng thiết yếu trong chương tr ình mô phỏng chính là mạng lưới Petri, một phương thức hiển thị đồ họa bậc cao. Phương thức này bao gồm cả hình thức mô phỏng đồ họa lẫn mô phỏng thuật toán trong quy tr ình tổng thể. Hệ mạng Petri trong nhiều năm liền được sử dụng làm mẫu chuẩn và tái tạo lại các mô hình h ệ thống đa dạng phức tạp khác nhau, đặc biệt chúng có thể hiển thị các trạng thái hoạt động ngay lập tức như khi được định sẵn trong bộ công cụ ban đầu. Mạng lưới Petri được sử dụng một cách rộng r ãi trong hoạt động sản xuất tự động và các hệ thống sản xuất phát triển linh hoạt. Ngoài ra, hệ thống thông tin Simatic hay các phần mềm Siemens dùng trong việc quản lý điều khiển sản xuất đều dựa trên cơ sở mạng lưới Petri. Công cụ hiển thị v à tái t ạo chuẩn hóa bậc cao là một lớp khác của phần mềm hiển thị. Một nhà qu ản lý máy móc thiết bị và tự động công nghiệp, ông Tony Lennon nói rằng mặc dù hệ ngôn ngữ Simulink có thể hiển thị đồ họa và logic điều khiển một cách ngắn gọn trong phạm vi hiển thị đồ họa đơn lẻ nhưng cũng giống như khi thực hiện các nhiệm vụ khác, nó cũng không thể thiếu những ứng dụng của mạng lưới Petri. B ên cạnh đó, Lennon khẳng định: “Ngôn ngữ Simulink cung cấp không chỉ khả năng tái tạo và xác nhận một cách nhanh chóng, chính xác mà còn tự động mã hóa các câu lệnh theo ngôn ngữ chung như C, HDL hoặc theo cấu trúc IEC -61131. Mạng lưới Petri đặt ra cho bạn một cách thức biểu diễn trừu tượng và tổng quát hóa diễn biến quá trình theo trình t ự và cùng một lúc. Tuy nhiên, việc biểu diễn và theo dõi những biến đổi không ngừng các hệ thống li ên tục cũng là một thách thức không nhỏ cho các nhà khoa học hiện nay”. Ngôn ngữ chương trình Simulink cung cấp một thư viện công cụ hiển thị đồ họa cho các hệ thống không ngừng biến đổi và hàng loạt khuôn mẫu bậc cao, hàng loạt các hệ thống con và cả những vùng chứa thông số kỹ thuật phức tạp như nguồn cơ sở mà chúng tôi đã nhắc ở trên. Nguồn cơ sở cung các tiện ích của thiết bị với những hạn chế của các bảng biểu hay các biểu đồ hiển thị được sắp xếp giải quyết theo thứ tự ưu tiên. Nguồn cơ sở cho phép các chương tr ình thiết kế xác định logic thuật toán một cách tường minh nhất và chắc chắn nhất. Simulink và ngu ồn cơ sở dữ liệu đều là những nguồn điều khỉển (hoặc là nh ững nguồn tín hiệu) dựa trên một phần mềm xác định nào đó. Nguồn cơ sở dữ liệu thường đòi hỏi các thiết bị có khả năng tương thích, đồng thời cũng tích hợp các bảng thông số giá trị, đồ thị kèm theo và thông tin liên tục hiển thị qua liên kết Simulink. Nguồn dữ liệu cơ sở mang ý nghĩa chuẩn hóa cao vì người sử dụng thường xác định các yêu cầu cần thiết của quy trình t ổng thể trong toàn bộ hệ thống trước khi đưa máy móc thiết bị vào thử nghiệm hay vận hành. Ông Bridget Fitzpatrick, người phụ trách hướng dẫn thực hành cho HMI tại trung tâm kỹ thuật Mustang cho biết: “Các giao diện đặc trưng tương tự của mạng Petri nhìn chung đang ngày càng tăng. Sử dụng tính năng của các phần mềm này rất tiện ích cho người sử dụng, chúng có thể tạo ra điều kiện làm vi ệc thông suốt cho cả quá trình. Chúng cũng có khả năng tự tháo gỡ những khó khăn, rắc rối trong quá tr ình hoạt động, ví dụ như thông tin liên tục được hoàn thiện hơn nhờ dạng biểu đồ GANTT trong hệ thống, tương tự như phần mềm Microsoft Project hay chương trình lập lịch trong Microsoft Outlook. Tất cả những điều này rất hữu dụng và khả kiến nếu phần mềm trên được thiết kế hoàn chỉnh hoặc cũng trở nên rất phức tạp nếu thiết kế một cách sơ sài”. Ngoài ra, khi đề cập đến phạm trù này, ý kiến của ngài William Bill Gilbert, m ột nhà quản lý phát triển doanh nghiệp cho hãng Công nghiệp Siemens cũng là một ý kiển cần lưu tâm cho người sử dụng. Ông cho rằng khi chúng ta thiết kế hoặc điều khiển một ứng dụng nào đó thì bản thân nó cũng là một quá trình khép kín. Yếu tố đem lại lợi ích chính và duy nhất thường l à khả năng thu thập và liên kết quá trình phân luồng thông tin bằng hình ảnh. Tât cả các loại ngôn ngữ chương trình đều có không gian riêng của nó. Tuy nhiên ứng dụng đặc trưng của mỗi loại ngôn ngữ phải phù hợp với các chức năng kèm theo. Về vấn đề phân bậc logic của các ngôn ngữ đồ họa, không một loại ngôn ngữ nào có thể nắm bắt được hạn chế logic của các thành ph ần dữ liệu đầu vào hay các bit cài đặt đầu ra. Biểu đồ hàm liên tục thiết kế riêng cho một thiết bị hoạt động liên tục và ngôn ngữ thiết kế đồ họa là ngôn ng ữ thích hợp nhất dành cho các chương trình định hướng ứng dụng. Do đó, hiện nay hầu hết các bộ điều khiển bao phủ bởi các dãy ứng dụng lớn thường đ òi hỏi một hệ thống đặc biệt, hệ thống đa ngôn ngữ. Hệ thống ngôn ngữ này có khả năng biểu thị các chức năng riêng biệt từng bộ phận của một hệ thiết bị máy móc trong các dây chuyền sản xuất lớn. . Phần mềm mô phỏng cho các hệ tự động hóa Hầu hết những thông tin kỹ thuật trong mọi quy trình sản xuất đều được biểu diễn thông qua các chương tr ình phần. việc mô tả và lập trình điều khiển các hệ thống tự động phức tạp. Từ máy móc cho đến các lớp hệ thống dây chuyền hoạt động của nh à sản xuất (MES), các hệ