Maestro de la automatización

Automation Master es un proyecto de código abierto ^{[ 1 ]} mantenido por la comunidad. Automation Master fue creado para ayudar en el diseño, implementación y operación de un sistema automatizado.

La instalación y puesta en marcha de cualquier sistema automatizado requiere mucho tiempo y es costosa. Gran parte del tiempo invertido en la puesta en marcha de un sistema automatizado se debe a las dificultades para realizar una prueba eficaz del sistema informático en el laboratorio del integrador.

Las técnicas de prueba tradicionales requerían instalar en el laboratorio la mayor cantidad de equipos posible y conectar un panel de simulación con interruptores y luces indicadoras a todos los módulos de E/S del PLC. Las estaciones de los operadores se conectaban a este complejo entramado de cables, interruptores, luces indicadoras y equipos para la prueba.

El software del PLC se probaba secuenciando los interruptores para introducir las señales eléctricas en las tarjetas de entrada del PLC y observando la respuesta del software en las luces indicadoras y las consolas del operador. Para sistemas pequeños y sencillos, este tipo de prueba era viable y proporcionaba cierta confianza en que el software de control funcionaría una vez instalado. Sin embargo, el tiempo empleado en la prueba era relativamente alto y no se podía realizar una prueba en tiempo real.

A medida que los sistemas se vuelven más grandes y complejos, este método de prueba solo permite, a un costo significativo, una verificación básica del hardware y la configuración. Probar secuencias lógicas complejas resulta inútil sin la capacidad de reproducir con precisión las relaciones de temporización entre las señales. Lo que se necesitaba era la capacidad de ejecutar el software del sistema de control en un entorno en tiempo real. La simulación en tiempo real cubre esta necesidad. Los simuladores en tiempo real, como Automation Master, son paquetes de software para PC que utilizan un modelo para imitar la reacción del sistema automatizado al software de control.

Max Hitchens y George Rote comenzaron a trabajar en proyectos de automatización industrial a finales de la década de 1970. Uno de sus primeros proyectos fue un sistema de vehículos guiados automáticamente para Goodyear Tire and Rubber Company en Lawton, Oklahoma . Este sistema se encargaría de transportar automáticamente materiales y productos terminados dentro de una enorme fábrica de neumáticos.

La experiencia previa de los señores Hitchens y Rote en desarrollo de software se limitaba principalmente a entornos de oficina, donde la lógica se podía depurar mediante simples pantallas CRT o impresiones. Así, tras cuatro meses escribiendo software para el sistema automatizado, lo llevaron al campo y, de esta forma, se iniciaron en la depuración de grandes sistemas automatizados en el mundo real. Un vehículo automático era enviado a realizar una tarea, pero no llegaba a su destino. Primero, tenían que localizar el vehículo, que podía estar en cualquier parte de las enormes instalaciones, y luego intentar averiguar qué había fallado. Tras seis meses de jornadas de 16 horas, siete días a la semana, finalmente consiguieron que el sistema funcionara.

Los señores Hitchens y Rote tenían otros proyectos de vehículos guiados automáticamente y decidieron no repetir la experiencia de depuración de Goodyear. Así que construyeron un simulador personalizado que se conectaba al controlador del sistema de vehículos guiados y simulaba la planta de producción. La actividad de los vehículos guiados se mostraba en una pantalla gráfica a color. El software podía depurarse en sus escritorios y, una vez depurado, llevarse al campo e instalarse con un mínimo esfuerzo.

Tiempo después, el Sr. Hitchens y el Sr. Rote estaban mostrando su simulador AGV a Conco-Tellus, un fabricante de sistemas de transporte , cuando les preguntaron si podían construir un simulador para sistemas de transporte. Por supuesto, la respuesta fue sí y así nació el Simulador de Transporte en Tiempo Real (RTCS). ^{[ 2 ]} El RTCS era un sistema personalizado con 3 computadoras de placa única . Se les concedió una patente ^{[ 3 ]} para él en 1985.

El RTCS era un producto especializado con escaso mercado, pero los señores Hitchens y Rote continuaron perfeccionándolo y desarrollándolo. Durante este tiempo se lanzó el IBM PC , que se utilizó para crear la base de datos necesaria para el simulador. A mediados de la década de 1980, un director de Bell Labs vio el simulador y quiso probarlo modelando proyectos de desarrollo de software. Resultaba poco práctico en un equipo de hardware personalizado. Sin embargo, dado que el código estaba escrito para procesadores Intel , era posible adaptarlo para que funcionara en un PC.

A cambio del uso gratuito del software, Bell Labs aportó un sistema de desarrollo y dos ingenieros de software para ayudar con la conversión. Resultó no ser muy difícil y, en pocas semanas, RTCS ya funcionaba en un PC. Bueno, casi, ya que el PC no tenía la potencia suficiente para la computación en tiempo real que requería RTCS. Sin embargo, sirvió como un excelente sistema de demostración. Ahora solo se necesitaba un disco y no 45 kilos de equipo informático.

A medida que el PC 8088 evolucionó al 80286 , los clientes se mostraron cada vez más reacios a gastar miles de dólares en un equipo informático personalizado. Para cuando salieron los ordenadores personales 80386 , el sistema RTCS dejó de tener mercado. Afortunadamente, el 80386 y, posteriormente, el 80486 tenían la potencia suficiente para ejecutar la simulación en tiempo real, y así nació Automation Master ^{[ 4 ] .}

El desarrollo continuó hasta mediados de la década de 1990, cuando, por multitud de razones, principalmente la muerte de George Rote, se interrumpió. Para entonces, Automation Master acumulaba miles de horas de desarrollo y uso.

Automation Master languideció hasta 2013, cuando Max Hitchens decidió crear un proyecto de código abierto ^{[ 1 ]} y publicarlo en el dominio público .

Automation Master es un paquete de software integral de modelado y simulación diseñado específicamente para el diseño, la implementación y el funcionamiento de la automatización de fábricas y almacenes .

Una vez finalizadas las pruebas, el sistema se enviará con la garantía de que se ha realizado una prueba en tiempo real y que funcionará correctamente una vez instalado. La instalación será más rápida y económica, y el sistema entregado al cliente será de mayor calidad y podrá incorporarse rápidamente a la producción.

Automation Master también se puede utilizar durante todo el ciclo de vida ^{[ 5 ]} de una fábrica automatizada, desde la fase de diseño, pasando por la fase de implementación, hasta la producción real.

Un proyecto de automatización es un ciclo de actividades. El proyecto comienza con un concepto, este se utiliza para desarrollar un diseño, el diseño se emplea para fabricar los componentes del sistema, los componentes fabricados se instalan y el sistema instalado entra en funcionamiento. El sistema instalado genera ideas para mejoras o nuevos sistemas, y el ciclo se repite. Un simulador en tiempo real puede ser de gran ayuda durante todo el ciclo de vida del proyecto.

Un concepto suele ser solo una idea que necesita financiación para hacerse realidad. Los sistemas automatizados son dinámicos. Una imagen o descripción estática de un sistema automatizado no muestra la interacción de sus componentes ni cómo funciona el sistema en su conjunto. Se dice que una imagen vale más que mil palabras; por extensión, una imagen en movimiento vale diez mil palabras. Una imagen animada, generada por un simulador en tiempo real, puede comunicar el concepto y ayudar a convencer a la dirección de la viabilidad del proyecto.

Diseñar un sistema automatizado es un ejercicio de equilibrio. Se buscan los mejores resultados al menor coste posible. El diseño del sistema se selecciona entre varias alternativas. Elegir la mejor alternativa requiere evaluar las opciones y su interacción. Un simulador en tiempo real permite al diseñador del sistema evaluar posibles diseños, mediante un modelo, para seleccionar el enfoque más adecuado para el sistema automatizado.

Un elemento clave en el diseño de sistemas automatizados es el desarrollo de la estrategia general para la operación de la instalación. Un modelo de simulación permite desarrollar esta estrategia de forma interactiva. Se implementa la estrategia en el modelo, se visualizan los resultados y se ajusta para mejorar el rendimiento. La estrategia operativa cobra mayor importancia a medida que aumenta el costo de los componentes del sistema. La eficiencia del sistema puede mejorarse modificando la estrategia operativa mediante el modelo, sin incrementar su costo.

Se pueden configurar pruebas de escenarios o casos de prueba para comprobar y confirmar el correcto funcionamiento del sistema en diversas condiciones y recopilar datos estadísticos sobre su funcionamiento.

Automation Master se utiliza para el control de calidad del software ^{[ 6 ]} durante la fase de implementación.

El simulador en tiempo real puede conectarse directamente a los controladores programables y las computadoras del sistema automatizado. El modelo se utiliza como sustituto del equipo físico. De esta manera, la lógica de control y el software del sistema pueden probarse exhaustivamente en un entorno de laboratorio en lugar de en la planta de producción. La lógica de control puede someterse a pruebas de estrés bajo carga operativa completa para verificar que el sistema cumpla con los requisitos de producción.

La emulación del sistema reduce los riesgos de seguridad y los daños al equipo durante la instalación. Los errores en la lógica de control y los fallos en las pruebas se detectan mediante un modelo, no en el sistema real. Un modelo de emulación contiene más detalles que el modelo de simulación de la fase de diseño. Los escenarios de simulación que pusieron a prueba el diseño del sistema pueden ejecutarse de nuevo en modo de emulación para verificar que el diseño detallado y la implementación de la lógica de control cumplen con los requisitos de producción del sistema. Si no es así, resulta mucho más fácil y económico modificar el diseño o la lógica de control antes de la instalación del sistema.

Durante la instalación, se puede utilizar un simulador en tiempo real para determinar las diferencias entre el diseño del sistema y la instalación real. La verificación en campo registra las diferencias entre el sistema tal como se construyó y el modelo. Si se ha cometido un error importante al trasladar el diseño del sistema al sistema instalado, este se puede corregir antes de la puesta en marcha.

Las diferencias registradas en el registro de verificación se utilizan para modificar el modelo y que refleje el sistema tal como se implementó. Posteriormente, se puede volver a probar la lógica de control para verificar que el software siga cumpliendo con los requisitos de producción con el sistema tal como se implementó. También se pueden ejecutar nuevamente los escenarios de rendimiento de la simulación para verificar que el sistema tal como se implementó cumpla con todos los criterios de diseño del sistema.

El modelo puede funcionar como un monitor de diagnóstico. En este modo, el modelo se ejecuta en paralelo con el funcionamiento del sistema instalado. El simulador en tiempo real muestra la actividad dinámica del sistema y compara continuamente el modelo con su funcionamiento real. Si se produce una discrepancia, fuera de las tolerancias especificadas, entre el funcionamiento del sistema y el modelo, se notifica un error, lo que ayuda al personal de mantenimiento a diagnosticar y reparar el sistema.

Los sistemas automatizados nunca son estáticos. Los cambios son inevitables. Se generan ideas para nuevos sistemas. Gracias a la existencia de un modelo de simulación exacto en tiempo real, los cambios propuestos pueden probarse exhaustivamente antes de su implementación.

Los cambios necesarios en el software de control pueden probarse mediante emulación. Las modificaciones en los equipos físicos pueden verificarse. El resultado de los cambios en el sistema automatizado puede probarse antes de implementarlos en el sistema de producción, de modo que estos cambios puedan realizarse sin interrumpir la producción.

Automation Master se conecta al sistema de control/PLC y emula las E/S del mundo real leyendo y escribiendo las imágenes de E/S internas del PLC. El simulador puede recibir las salidas del sistema de control/PLC y responder con las entradas en tiempo real sin necesidad de E/S físicas cableadas. Un simulador emula la respuesta en tiempo real a las acciones del sistema de control/PLC basándose en un modelo que duplica el funcionamiento del sistema automatizado. Por ejemplo, si el sistema de control/PLC establece una salida digital para arrancar un motor que eleve una puerta, el modelo, en milisegundos, proporciona al sistema de control/PLC un cierre de contacto auxiliar para indicar que el motor se ha arrancado. Poco después, el interruptor de límite de puerta cerrada se desactiva cuando la puerta comienza a elevarse. Mientras el sistema de control/PLC mantenga activa la señal de salida que eleva la puerta, esta seguirá elevándose en el modelo. Cuando la puerta está completamente abierta, el modelo activa el interruptor de límite de puerta abierta y el PLC responde apagando el motor que la elevó. El modelo muestra cómo el sistema de control/PLC apaga el motor y desconecta el contacto auxiliar del motor.

Una vez creado el modelo de un componente, se puede ejecutar repetidamente bajo diversas condiciones para probar el software de control de forma rápida y exhaustiva. Por ejemplo, ¿qué sucede si el sistema de control/PLC pierde el contacto auxiliar del motor mientras la puerta se eleva? ¿Desactiva el sistema de control/PLC la salida que eleva la puerta? ¿Se envía una alarma al sistema de Nivel II? ¿Cómo responde el sistema de Nivel II? Cuando se detecta un error, el programador puede modificar fácilmente el software y volver a probarlo utilizando el modelo. El sistema automatizado se depura en tiempo real sin necesidad de cableado, interruptores, alarmas ni complicaciones.

La simulación en tiempo real permite construir modelos multimodo. Un modelo multimodo puede operarse en modo de simulación, emulación o monitorización simplemente invocando el simulador con un archivo de configuración diferente . Los modelos multimodo se crean separando el modelo de la estrategia de control del sistema del modelo de los componentes físicos.

En un modelo de simulación de un sistema automatizado existen dos elementos distintos. Un elemento son los componentes físicos del sistema que se está modelando. El segundo elemento es una estrategia de control utilizada para tomar decisiones, gestionar los recursos del sistema y enrutar el producto utilizando los componentes del sistema.

En el modo de simulación, la interacción entre la estrategia de control y el modelo de los componentes físicos tiene lugar internamente dentro del modelo de simulación en tiempo real.

Un modelo de emulación solo requiere el segundo elemento. La estrategia de control se incorpora a la lógica del PLC, en lugar de estar contenida dentro del modelo.

La estrategia de control la proporciona un procesador independiente en modo de emulación. El software de control desarrollado para implementar dicha estrategia será el mismo que controlará los componentes físicos del sistema una vez instalado. Se crea un modelo de los componentes físicos del sistema que reacciona de forma idéntica a los componentes físicos del sistema real.

El modelo del sistema físico se construye independientemente de la lógica de control que se está probando. El modelo del sistema físico es pasivo y no toma decisiones. El modelo físico reacciona a las decisiones de la lógica de control del mismo modo que lo haría el sistema real. Un modelo de emulación funcionará tanto en modo de emulación como de simulación, con la adición de la estrategia de control al modelo.

La estrategia de control del sistema ahora existe en dos lugares: en el modelo y en el PLC. La fuente de la estrategia de control del sistema se puede seleccionar mediante la variable OPERATING_MODE en el archivo de configuración. La estrategia de control en el modelo se implementa como una actividad asíncrona. Se utiliza una condición como parte de las condiciones de activación en todas las entradas de actividad asíncrona utilizadas exclusivamente para el modo de simulación. Esto habilita la ejecución de la estrategia de control del sistema en el modo de simulación y la deshabilita en el modo de emulación. Se configuran dos archivos de configuración diferentes, uno para cada modo, para establecer el archivo de inicialización, el modo de operación y otras diferencias de configuración entre los modos. Ejecutar el simulador en tiempo real con el archivo de configuración del modo de simulación hace que el modelo funcione como una simulación. Ejecutar el simulador en tiempo real con el archivo de configuración del modo de emulación ejecuta el modelo como una emulación. La simulación se ejecuta con la estrategia de control interna del sistema y deshabilita la conexión externa al PLC. Ejecutar en modo de emulación deshabilita la estrategia de control interna y habilita la interfaz con el PLC que proporciona la estrategia de control externa. Los componentes físicos del sistema real son necesarios para el modo de monitorización.

En el modo de monitorización, solo se requiere el modelo de los componentes del sistema físico. La estrategia de control se ejecuta en el PLC y controla simultáneamente el sistema real y el modelo.

El simulador en tiempo real recibe las señales que se envían y reciben del sistema real. El modelo del sistema físico se ejecuta en paralelo con el sistema real, de modo que las diferencias entre la actividad del modelo y la del sistema real pueden utilizarse para diagnosticar fallos en los componentes.

Un único modelo puede ejecutarse en los tres modos incluyendo la estrategia de control del sistema (habilitada solo en el modo de simulación) en el modelo.

Se crea un archivo de configuración independiente, que contiene el archivo de inicialización del monitor, para su funcionamiento en modo monitor. Para cambiar el modo de funcionamiento de monitor a modo emulación o simulación, será necesario desconectar el sistema real. Una vez desconectado el sistema real, se puede alternar entre los modos de simulación y emulación activando o desactivando la estrategia de control interna.

RR Donnelley - Máquina intercaladora de disquetes ^{[ 7 ]}

• Controlador lógico programable
• Sistemas de control industrial
• Automatización
• Apagón (fabricación)
• Verificación y validación de modelos de simulación por computadora

• Emulación de conexión directa y el ciclo de vida del proyecto
• Proyecto de vía rápida, Libro Blanco
• Proyecto de código abierto
• Patente estadounidense 4,512,747
• Marca registrada (abandonada)
• Comunidad maestra de automatización