仮想プラントの調査：仮想試運転がシステム統合をどのように支援するか

すべての工場には独自のライフサイクルがあり、設備と従業員の両方が時間とともに進化します。インダストリー4.0はこの進化を促進し、新しいテクノロジーが生産性の向上、効率の向上、コストの削減につながりました。ここでは、システムインテグレーター Boulting Technology のNickBoughtonデジタルリード 、仮想試運転の概念と、新しいプラント設備を設置する際のその利点について説明します。

制御システムのシミュレーションは、ランプとスイッチがプラント信号のシミュレーションに使用されていた1970年代までさかのぼります。このプロセスの欠点は、テストのためだけにシミュレーションをシステムの入力と出力に配線する必要があり、ランプとスイッチの周りにロジックがないことでした。

1980年代半ばから後半に、ソフトウェアベースのシミュレーションが、プログラマブルロジックコントローラー（PLC）またはシミュレーションを実行する別のPCとして導入されました。このプロセスは1970年代の単純なランプやスイッチよりもはるかに優れていましたが、ヒューマンマシンインターフェイス（HMI）または監視制御およびデータ取得（SCADA）画面を使用してテストを視覚化することができたため、それでも完全ではありませんでした。

これらのシミュレーションは、使用するモデルの整合性に依存していました。これは、PLCコードとは別に構成する必要があります。つまり、余分な作業が必要になり、時間と費用の両方がかかります。近年、産業用モノのインターネット（IIoT）テクノロジーは、ソフトウェアシミュレーションをさらに一歩進め、仮想コミッショニングの導入によりこれらの問題の多くに対処しています。

システムの視覚化

仮想試運転は、物理的な製造環境のデジタルレプリカを作成することです。このプロセスでは、シミュレーションテクノロジーを使用して新しい機器をテストし、物理プラントで行う前に3D仮想環境で既存のシステムに変更を加えます。

シミュレーションがプログラムされると、システムのあらゆる側面を仮想世界でテストして、物理的にインストールされたときに、プラント内の他のすべてのシステムが正しく統合されていることを確認できます。さらに変更が必要な場合は、シミュレーションで変更してテストできます。

1970年代や1980年代のシミュレーションとは異なり、仮想試運転では、システムの設計の一部として開発されたモデルを使用します。これは、プラントをシミュレートする試みではなく、デジタルレプリカを使用するものです。

デジタルツインのコンセプトにより、単一の機器ではなく、プラント全体のダイナミクスを試運転できるようになりました。プロセスの障害を確認、診断、修正し、制御システムの対応する要素とすぐに統合することができます。

物理的なメリット

シミュレートされた環境で機器とシステムをテストすると、多くの利点があります。多くの自動化システムは、プラント管理者が主要なプロセスを変更できるようにするプログラマブルロジックコントローラー（PLC）によって制御されます。これらの変更が発生した場合、エンジニアは生産を停止してシステムをシャットダウンする必要があります。

デジタルでテストすることにより、物理的な変更を行う前に、プラント管理者はPLCをより大きなプラントと統合するときに発生する可能性のあるエラーを特定して修正できます。これにより、生産のダウンタイムなどの潜在的なリスクが最小限に抑えられ、統合時間が短縮され、エラーの修正に費やされた可能性のある費用が節約されます。

自動化が多いプラントは、仮想試運転の理想的な候補です。生物学的集団が予期しない刺激に驚くべき方法で反応する可能性がある文字通りの進化とは異なり、私たちは毎回結果を正確に予測することができます。予測できない要素は人間だけです。そのため、設計段階と実装段階の両方で専門家を呼んで支援することが重要です。

プラントの設計プロセスに仮想コミッショニングを実装すると、ほぼ即時のメリットが得られます。予期しない課題を発見し、プラントに影響を与える前にそれらを軽減する能力により、仮想試運転はメーカーにとって重要なツールになります。 Boulting Technologyでは、近い将来、より多くのプラント管理者がこのコンセプトを採用し、各プラントの独自の進化をよりスムーズで収益性の高いプロセスにすることを期待しています。

著者は、システムインテグレーターのBoultingTechnologyのNickBoughtonデジタルリードです。