자동화 마스터
Automation Master |
Automation Master는 오픈 소스[1] 커뮤니티 유지 관리 프로젝트 입니다. Automation Master는 자동화 시스템의 설계, 구현 및 운영을 지원하기 위해 만들어졌다.
자동화된 시스템의 설치와 시작은 매우 시간과 비용이 많이 든다. 자동화 시스템을 시작하는 데 많은 시간이 소요된 것은 통합업체의 실험실에서 컴퓨터 기반 시스템에 대한 효과적인 테스트를 제공하는 데 있어 어려움을 추적할 수 있다.
기존의 시험 기법에서는 실험실에서 실용적으로 많은 장비를 준비하고 스위치와 표시등이 포함된 시뮬레이터 패널을 PLC의 모든 I/O 모듈에 배선해야 했다. 운영자 스테이션은 시험을 위한 전선, 스위치, 표시등 및 장비로 구성된 이 "래트 네스트"에 연결될 것이다.
PLC 소프트웨어는 토글 스위치를 시퀀싱하여 PLC의 입력 카드에 전기 신호를 입력한 다음 표시등과 운영자 콘솔의 소프트웨어별 응답을 관찰하여 시험한다. 소형 단순 시스템의 경우, 이러한 유형의 시험은 관리가 가능했고, 제어 소프트웨어가 설치되면 작동할 것이라는 어느 정도 신뢰감을 갖게 되었다. 그러나 시험 수행에 소요되는 시간은 비교적 많았고, 실시간 시험은 달성할 수 없었다.
시스템이 커지고 복잡해짐에 따라, 이 테스트 방법은 상당한 비용을 들여 기본적인 하드웨어와 구성 검사만 수행할 수 있다. 복잡한 논리 시퀀스의 시험은 신호들 사이의 타이밍 관계를 정확하게 재현할 수 있는 능력이 없는 무의미한 행동이다. 필요한 것은 관제 시스템의 소프트웨어를 실시간 환경에서 행사할 수 있는 능력이었다. 실시간 시뮬레이션이 이 공백을 메운다. Automation Master와 같은 실시간 시뮬레이터는 PC 기반 소프트웨어 패키지로, 제어 소프트웨어에 대한 자동화된 시스템의 반응을 모방하는 모델을 활용한다.
역사
맥스 히친스와 조지 로트는 1970년대 후반에 산업 자동화 프로젝트에 착수했다. 그들의 첫 번째 프로젝트 중 하나는 오클라호마주 로튼에 있는 Goodyear Tire and Ruber Company의 자동 안내 차량 시스템이었다. 이 시스템은 거대한 타이어 공장을 중심으로 자재와 완제품을 자동 운송하는 것이었다.
히친스 씨와 로테 씨가 이전에 소프트웨어 개발 경험이 있었던 것은 단순한 CRT나 인쇄된 출력물을 기반으로 로직을 디버깅할 수 있는 사무실 환경에서 주로 이루어졌다. 그래서 자동화 시스템용 소프트웨어를 4개월 동안 작성한 후, 그들은 소프트웨어를 현장에 가져갔고, 따라서 대규모 자동화 시스템의 디버깅 실세계로 그들의 "합법주의"를 가져갔다. 자동 차량은 임무를 수행하기 위해 파견될 것이며 목적지에 나타나지 않을 것이다. 먼저, 그들은 거대한 시설 어디든 있을 수 있는 차량을 찾은 다음 무엇이 잘못되었는지 알아내야 했다. 일주일에 7일 - 16시간의 6개월을 보낸 후, 그들은 마침내 시스템을 작동시켰다.
히친스와 로테 씨는 다른 자동 유도 차량 프로젝트를 진행했으며 굿이어 디버깅 경험을 반복하지 않기로 결정했다. 그래서 그들은 안내 차량 시스템 컨트롤러에 부착된 맞춤형 시뮬레이터를 만들고 공장 바닥인 척 했다. 안내 차량의 활동은 컬러 그래픽 디스플레이에 표시되었다. 소프트웨어는 그들의 책상 위에서 디버깅될 수 있고, 완성되고 디버깅된 상태로 현장에 가져가 최소한의 노력으로 설치될 수 있다.
얼마 후, 히친스와 로테 씨는 컨베이어 시스템 제조업체인 Conco-Tellus에 그들의 AGV 시뮬레이터를 시연하고 있었는데, 컨베이어 시스템을 위한 시뮬레이터를 만들 수 있느냐는 질문을 받았다. 물론 대답은 예스였고 RTCS(Real Time Conveyor Simulator)가 탄생했다.[2] RTCS는 3대의 싱글보드 컴퓨터를 가진 맞춤형 시스템이었다. 그들은 1985년에 그것에 대한 특허를[3] 받았다.
RTCS는 시장이 크지 않은 특산품이었지만, 히친스 씨와 로테 씨는 정교함과 개발을 계속했다. 이 시기에 IBM PC가 도입되었고 시뮬레이터에 필요한 데이터베이스를 구축하는 데 사용되었다. 1980년대 중반, Bell Labs의 한 이사는 시뮬레이터를 보고 소프트웨어 개발 프로젝트를 시험해 보고 싶었다. 그것은 사용자 지정 하드웨어 박스에서는 비현실적이었다. 그러나 이 코드는 인텔 프로세서를 위해 작성되었기 때문에 PC에서 실행되도록 변환될 수 있었다.
이 소프트웨어를 무료로 사용하는 대가로, Bell Labs는 변환을 돕기 위해 개발 시스템과 두 명의 소프트웨어 엔지니어를 기부했다. 그것은 그다지 어렵지 않은 것으로 밝혀졌고 몇 주 안에 RTCS는 PC에서 실행되었다. 거의, PC는 RTCS가 필요로 하는 실시간 컴퓨팅을 충족하기에 충분한 전력을 가지고 있지 않았다. 그러나 그것은 훌륭한 시범 시스템을 만들었다. 이제 필요한 것은 100파운드짜리 컴퓨터 장비가 아니라 디스크였다.
8088 PC가 80286으로 탈바꿈하면서, 고객들은 주문 제작 컴퓨터 장비에 수천 달러를 쓰는 것을 점점 더 꺼렸다. 80386개의 개인용 컴퓨터가 나올 때쯤 RTCS는 시장 지배를 중단했다. 다행히도 80386과 그 후 80486은 실시간으로 시뮬레이션을 실행할 수 있는 충분한 전력을 갖추고 있었고 자동화 마스터가[4] 탄생했다.
개발은 1990년대 중반까지 계속되었는데, 그 무렵에는, 주로 조지 로테의 죽음과 같은 무수한 이유로 중단되었다. 이때까지 Automation Master는 수천 시간의 개발 및 사용을 구현했다.
Automation Master는 맥스 히친스가 오픈소스 프로젝트를[1] 만들어 공개하기로 결정한 2013년까지 지쳤다.
설명
Automation Master는 공장/창고 자동화의 설계, 구현 및 운영을 위해 특별히 설계된 종합적인 모델링 및 시뮬레이션 소프트웨어 패키지다.
테스트가 완료된 후 시스템은 실시간 테스트가 수행되었으며 시스템이 설치될 때 작동한다는 확신을 가지고 배송될 것이다. 설치는 더 빠르고 비용이 적게 들 것이며 고객에게 제공되는 시스템은 더 높은 품질로 빠르게 생산될 수 있을 것이다.
프로젝트 수명 주기
또한 Automation Master는 설계 단계부터 구현 단계까지 자동화 공장의 수명주기 전반에[5] 걸쳐 실제 생산에 사용될 수 있다.
자동화 프로젝트는 활동의 순환이다. 프로젝트는 개념으로 시작되며, 시스템 개념은 설계 개발에 사용되며, 시스템 부품 제작에 시스템 설계를 사용하며, 조작된 부품을 설치하며, 설치된 시스템을 운영하게 된다. 설치된 시스템은 개선사항이나 새로운 시스템에 대한 개념을 생성하고 그 주기를 반복한다. 실시간 시뮬레이터는 프로젝트의 전체 라이프사이클에 도움을 줄 수 있다.
디자인
시스템 개념 애니메이션화
개념은 대개 하나의 아이디어일 뿐이며, 그것을 현실로 만들기 위해서는 자금이 필요하다. 자동화된 시스템은 동적이다. 자동화된 시스템의 정적 그림이나 설명은 구성 요소의 상호작용을 증명하거나 시스템 전체의 기능을 보여주지 않는다. 그림은 천 마디의 가치가 있다고들 한다; 진부한 것은 움직이는 그림이 만 마디의 가치가 있다는 것이다. 실시간 시뮬레이터에 의해 생성된 애니메이션 그림은 개념을 전달할 수 있고 프로젝트를 경영진에게 판매하는 데 도움을 줄 수 있다.
시스템 설계 시뮬레이션
자동화된 시스템을 설계하는 것은 균형잡힌 행동이다. 최소 비용으로 최상의 결과를 얻기를 원하는 경우. 시스템 설계는 몇 가지 대안 중에서 선택된다. 최선의 대안을 선택하려면 대안과 대안이 서로 어떻게 상호작용하는지에 대한 평가가 필요하다. 실시간 시뮬레이터는 모델을 사용하여 시스템 설계자가 자동화된 시스템에 대한 최선의 접근방식을 선택함으로써 잠재적 설계를 평가할 수 있도록 한다.
자동화된 시스템 설계의 중요한 요소는 설비 운용에 사용되는 전체적인 전략을 개발하는 것이다. 시뮬레이션 모델은 운영 전략을 대화형으로 개발할 수 있도록 한다. 모델, 본 결과, 그리고 성능 향상을 위해 다듬은 전략에서 전략이 구현된다. 시스템 구성 요소의 비용이 증가함에 따라 운영 전략은 점점 더 중요해진다. 시스템 비용 증가 없이 모델을 이용한 운영 전략을 변경함으로써 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.
다양한 조건에서 적절한 시스템 작동을 테스트 및 확인하고 작동에 대한 통계 데이터를 수집하기 위해 시나리오 테스트 또는 테스트 케이스를 설정할 수 있다.
실행
Automation Master는 구현 단계에서 소프트웨어 품질 관리에[6] 사용된다.
제어 논리 테스트
실시간 시뮬레이터는 자동화된 시스템의 프로그램 가능한 컨트롤러 및 컴퓨터에 직접 연결될 수 있다. 모델은 물리적 장비의 대체품으로 사용된다. 따라서 제어 논리 및 시스템 소프트웨어는 발전소 바닥이 아닌 실험실 환경에서 완전히 시험될 수 있다. 제어 논리는 시스템이 생산 요건을 충족하는지 확인하기 위해 완전 작동 부하에서 응력 시험을 할 수 있다.
시스템 에뮬레이션은 설치 중 안전 위험과 장비 손상을 감소시킨다. 제어 논리와 시험 실수는 활선 시스템이 아닌 모델을 사용하여 발견된다. 에뮬레이션 모델은 설계 단계 시뮬레이션 모델보다 더 자세한 내용을 포함한다. 시스템 설계를 행사한 시뮬레이션 시나리오는 에뮬레이션 모드로 재실행하여 상세 설계 및 제어 논리 구현이 시스템 생산 요건을 충족하는지 검증할 수 있다. 그렇지 않을 경우, 시스템을 설치하기 전에 설계나 제어 논리를 수정하는 것이 훨씬 쉽고 비용이 적게 든다.
"As Built" 모델 생성
시스템 설계와 실제 설치 사이의 분산을 결정하기 위해 설치 중에 실시간 시뮬레이터를 사용할 수 있다. 현장 검증은 "구축된" 시스템과 모델 간의 차이를 기록한다. 시스템 설계를 설치된 시스템으로 변환하는 과정에서 중대한 오류가 발생한 경우 시스템 시작 전에 수정할 수 있다.
검증 로그에 보고된 차이는 "구축된" 시스템을 반영하도록 모델을 변경하는 데 사용된다. 그런 다음 제어 논리를 다시 테스트하여 소프트웨어가 "구축된" 시스템으로 생산 요건을 충족하는지 확인할 수 있다. 시뮬레이션 처리량 시나리오는 또한 "구축된" 시스템이 모든 시스템 설계 기준을 충족하는지 확인하기 위해 재실행할 수 있다.
작전
자동화된 시스템 유지 관리
모델은 진단 모니터 역할을 할 수 있다. 이 모드에서 모델은 설치된 시스템의 작동과 병행하여 실행된다. 실시간 시뮬레이터는 시스템의 동적 활동을 표시하고 모델을 실제 작동과 지속적으로 비교한다. 시스템 작동과 모델 간에 지정된 허용오차를 벗어난 불일치가 발생할 경우 오류를 보고하여 유지관리 담당자가 시스템을 진단하고 수리하는 데 도움을 준다.
루프 닫기
자동화된 시스템은 결코 정적인 것이 아니다. 변화는 불가피하다. 새로운 시스템에 대한 아이디어가 생성된다. 정확한 실시간 시뮬레이션 모델이 존재하기 때문에 제안된 변경사항은 구현되기 전에 완전히 테스트될 수 있다.
제어 소프트웨어에서 요구되는 변경사항은 에뮬레이션으로 시험할 수 있다. 물리적 장비 변경은 검증할 수 있다. 자동화된 시스템의 변경 결과는 생산 시스템의 변경이 이루어지기 전에 시험하여 생산을 중단하지 않고 변경이 이루어질 수 있다.
자동화 마스터 작동 모드
시뮬레이션
에뮬레이션
Automation Master는 Control System/PLC에 연결하고 PLC의 내부 I/O 이미지를 읽고 기록하여 실제 I/O를 에뮬레이트한다. 시뮬레이터는 제어 시스템/PLC의 출력을 수신할 수 있으며, 유선 연결된 물리적 I/O 없이 실시간으로 입력으로 응답할 수 있다. 시뮬레이터는 자동화된 시스템의 작동을 복제하는 모델에 기초하여 제어 시스템/PLC 조치에 대한 실시간 응답을 에뮬레이션한다. 예를 들어 제어 시스템/PLC가 도어를 올리도록 모터를 시동하도록 디지털 출력을 설정하는 경우, 모델은 밀리초 이내에 제어 시스템/PLC에 모터의 시동이 걸렸다는 것을 나타내는 보조 접점 폐쇄 장치를 제공한다. 잠시 후 도어가 올라가기 시작하면서 도어 닫힘 제한 스위치가 꺼진다. 제어 시스템/PLC가 도어를 올리는 출력 신호를 계속 유지한다면 모델 도어는 계속 상승한다. 도어가 완전히 열리면 모델이 도어 열림 제한 스위치를 켜며 PLC가 도어를 올린 모터를 끄면서 반응한다. 모델은 제어 시스템/PLC가 모터를 끄고 모터의 보조 접점을 떨어뜨리는 것을 본다.
일단 구성요소 모델이 구축되면, 제어 소프트웨어를 빠르고 철저하게 연습하기 위해 다양한 조건에서 반복적으로 실행할 수 있다. 예를 들어, 도어가 상승할 때 제어 시스템/PLC가 모터의 보조 접점을 상실하면 어떻게 되는가? 컨트롤 시스템/PLC가 도어를 올리는 출력을 차단하는가? 레벨 II 시스템에 알람이 전송되는가? 레벨 II 시스템은 어떻게 반응하는가? 오류가 감지되면 프로그래머는 소프트웨어를 쉽게 변경하고 모델을 사용하여 다시 테스트할 수 있다. 자동 시스템은 배선, 스위치, 벨, 휘파람 또는 해슬 없이 실시간으로 디버깅된다.
모니터
멀티모드 모델
실시간 시뮬레이션을 통해 다중 모드 모델을 구축할 수 있다. 다중 모드 모델은 다른 구성 파일로 시뮬레이터를 호출하기만 하면 시뮬레이션, 에뮬레이션 또는 모니터 모드에서 작동할 수 있다. 다중 모드 모델은 시스템 제어 전략의 모델과 물리적 구성요소의 모델을 분리하여 생성된다.
자동화 시스템의 시뮬레이션 모델에는 두 가지 뚜렷한 요소가 있다. 한 가지 요소는 모델링되는 시스템의 물리적 구성요소들이다. 두 번째 요소는 의사결정을 하고, 시스템 자원을 관리하고, 시스템 구성요소를 이용하여 제품을 운송하는 데 사용되는 제어 전략이다.
시뮬레이션 모드에서는 제어 전략과 물리적 구성요소의 모델 간의 상호작용이 실시간 시뮬레이션 모델 내에서 내부적으로 이루어진다.
에뮬레이션 모델은 두 번째 요소만 필요로 한다. 제어 전략은 모델에 포함되는 대신 PLC 논리에 통합된다.
제어 전략은 에뮬레이션 모드에서 별도의 프로세서에 의해 제공된다. 제어 전략을 구현하기 위해 작성된 제어 소프트웨어는 시스템이 설치되었을 때 물리적 시스템 구성요소를 제어하는 소프트웨어와 동일할 것이다. 실제 시스템의 물리적 구성요소와 동일하게 반응하는 물리적 시스템 구성요소의 모델이 생성된다.
물리적 시스템의 모델은 시험하는 제어 로직과 별도로 구성된다. 물리적 시스템의 모델은 수동적이며 어떤 결정도 내리지 않는다. 물리적 모델은 실제 시스템과 동일한 방식으로 제어 논리에 의해 이루어진 결정에 반응한다. 에뮬레이션 모델은 에뮬레이션과 시뮬레이션 모드 모두에서 작동하며 모델에 제어 전략이 추가된다.
이제 시스템 제어 전략은 모델과 PLC의 두 곳에 존재한다. 시스템 제어 전략의 출처는 구성 파일의 OST_MODE 변수를 사용하여 선택할 수 있다. 모델에서 제어 전략은 비동기 활동으로 사용하여 구현된다. 조건부는 시뮬레이션 모드에 엄격히 사용되는 모든 비동기 활동 항목에서 활성화 조건의 일부로 사용된다. 이를 통해 시뮬레이션 모드에서 시스템 제어 전략을 실행할 수 있고 에뮬레이션 모드에서 실행 중지할 수 있다. 초기화 파일, 작동 모드 및 모드 간의 다른 구성 차이를 설정하기 위해 각 모드마다 각각 하나씩 서로 다른 두 개의 구성 파일이 설정된다. 시뮬레이션 모드 구성 파일과 함께 실시간 시뮬레이터를 실행하면 모델이 시뮬레이션으로 작동하게 된다. 에뮬레이션 모드 구성 파일을 사용하여 실시간 시뮬레이터를 실행하면 모델이 에뮬레이션으로 실행된다. 시뮬레이션은 내부 시스템 제어 전략으로 실행되며 PLC에 대한 외부 연결을 비활성화한다. 에뮬레이션 모드에서 실행하면 내부 제어 전략이 비활성화되며, 외부 제어 전략을 제공하는 PLC에 대한 인터페이스가 활성화된다. 실제 시스템의 물리적 구성요소는 모니터 모드에 필요하다.
모니터 모드에서는 물리적 시스템 구성 요소의 모델만 필요하다. 제어 전략은 PLC에서 실행되며 실제 시스템과 모델을 동시에 제어한다.
실시간 시뮬레이터는 실제 시스템으로 전송되고 수신되는 신호를 수신한다. 물리적 시스템 모델은 실제 시스템과 병렬로 실행되므로 모델 내 활동과 실제 시스템 간의 차이를 사용하여 구성 요소 고장을 진단할 수 있다.
단일 모델은 모델에 시스템 제어 전략(시뮬레이션 모드에서만 활성화됨)을 포함시켜 세 가지 모드에서 모두 실행할 수 있다.
모니터의 초기화 파일이 포함된 별도의 구성 파일이 모니터 모드에서 작동하도록 생성된다. 작동 모드를 모니터에서 에뮬레이션 또는 시뮬레이션 모드로 변경하려면 실제 시스템의 연결을 끊어야 한다. 실제 시스템이 분리되면 내부 제어 전략을 활성화하거나 비활성화하여 시뮬레이션과 에뮬레이션 모드 간에 모델을 전환할 수 있다.
적용들
R.R. 도넬리 - 디스켓 연마기[7]
참고 항목
참조
- ^ a b Automation Master Open Source Project, 링크
- ^ Gould, Lawrence S, Computer Graphics - 시스템 디자인을 검증하는 새로운 도구. 현대 재료 취급, 1983년 3월 7일 페이지 60-63. 링크
- ^ 미국 특허 4,512,747, 재료 전달 시스템 시뮬레이션 및 모니터링 장비 링크
- ^ Automation Master 상표(폐기), 링크
- ^ Hitchens, Max W. & Ryan, Thomas K, Direct Connect 에뮬레이션 및 Project Life Cycle. 1989년 동계 시뮬레이션 회의의 진행. 링크
- ^ Gould, Lawrence S, 소프트웨어 품질 관리 가능. 관리 자동화, 1989년 4월, 페이지 55-57. 링크
- ^ 굴드, 로렌스 S, 전자적으로 보는 건 믿는 거야 관리 자동화, 1993년 12월, 페이지 41-43. 링크
