Sterowniki przemysłowe: przeszłość, teraźniejszość i przyszłość
Od czasu pojawienia się programowalnych sterowników logicznych (PLC), różne sterowniki automatyki przeniosły się do aplikacji przemysłowych, w tym programowalne sterowniki automatyki (PAC) i dzisiejsze programowalne sterowniki przemysłowe (EPIC). Zwiększona konkurencja wśród wiodących dostawców sterowników, ponieważ użytkownicy mają większy wybór pod względem kosztów, zajmowanego miejsca, gęstości wejścia/wyjścia (I/O), kompatybilności z magistralą, komunikacji, możliwości programowania i szybkości przetwarzania.
Dla rynku różnorodność jest często korzystna, ale może być również frustrująca dla inżynierów i użytkowników końcowych. Wybór platformy sterującej jest długoterminową inwestycją z powiązanymi kosztami, takimi jak umowy szkoleniowe i serwisowe. Decydenci chcą uzyskać wartość swoich pieniędzy za pieniądze, które włożyli.
Ale zanim wyrazimy poparcie dla tego problemu, przyjrzyjmy się, jak rozwija się branża. Jaka jest siła napędowa trendu rozwoju różnych rozwiązań sterowania? Jak teraz działają te trendy? W jaki sposób użytkownicy będą inwestować w automatyzację w przyszłości, aby zapewnić sukces?
Tryb ewolucji sterowników przemysłowych
Badanie postępów w dziedzinie automatyki i sterowania w ciągu ostatnich kilku dekad pozwala wyraźnie zobaczyć, jak niektóre iteracje konkretnych technologii napędzają rozwój nowych funkcji we/wy i sterowania.
Na przykład, kiedy opracowywano pierwsze systemy we/wy, sprzęt do sterowania i wykrywania w terenie również opierał się na komponentach elektromagnetycznych i pneumatycznych, które były ograniczone właściwościami fizycznymi, które miały wpływ na ich żywotność. Kompaktowe komponenty niskonapięciowe, takie jak przekaźniki półprzewodnikowe, skłaniają użytkowników do żądania większej liczby opcji integracji wejść/wyjść bezpośrednio z ich systemami. Doprowadziło to do pojawienia się pierwszych modułowych wejść/wyjść, a jednocześnie firmy elektroniczne wprowadziły zaawansowane technologie komputerowe do głównego nurtu. Czuła elektronika w tych systemach wymaga zewnętrznych wejść/wyjść do interakcji ze światem rzeczywistym. Jest to pierwszy stelaż szeregowo adresowanych wejść/wyjść, stanowiący alternatywę dla montowanych w stelażach wejść/wyjść w sterownikach PLC.
Od dedykowanych, niezależnych urządzeń we/wy, przez modułowe we/wy, po magistralę we/wy, wszystkie one odzwierciedlają koncepcję multipleksacji w sterowaniu przemysłowym. Platformy sterowania nowej generacji zawierają wbudowane obwody przetwarzania I/O. Moduły rozszerzyły się z 1 kanału we/wy do 32 kanałów, a teraz mają wbudowane we/wy w PLC i inne pojedyncze urządzenia. W niektórych przypadkach, przy odpowiedniej konfiguracji, każdy kanał I/O może akceptować różne typy sygnałów.
Model ten pokazuje, w jaki sposób innowacje rozprzestrzeniają się w branży: z czasem poszczególne innowacje stają się modułowe, współpracując z innymi technologiami, a następnie osadzane w tych technologiach, stając się częścią nowego cyklu innowacji.
W przypadku sterowników PLC i PAC ten tryb zapewnia mniejsze sterowniki i moduły we/wy. Większa moc obliczeniowa jest osiągana „na cal kwadratowy”, ponieważ funkcje procesora matematycznego i programistycznego są integrowane bezpośrednio z płytami sterującymi i innymi urządzeniami, takimi jak wejścia/wyjścia, nadajniki i bramy sieciowe. Z biegiem czasu ten sam wzorzec znajduje odzwierciedlenie w migracji nowego wbudowanego interfejsu komunikacyjnego i standardów protokołów do kontrolerów.
Fuzja różnych technologii
Trend wzajemnej integracji przeplata się z cyklem integracji, a innowacje technologiczne poza rynkiem sterowania przemysłowego stopniowo wkraczają do sterownika. Patrząc na historię magistrali I/O, można zobaczyć, jak ten trend doprowadził do rozwoju nowych funkcji sterownika.
Z magistrali szeregowej I/O istnieją równoległe magistrale I/O i inne rozwiązania, które umożliwiają mini- i mikrokomputerom interakcję z I/O. To również zainspirowało pomysł opracowania samodzielnego procesora komunikacyjnego I/O, który oddziela I/O od komputera, umożliwiając interakcję z nim dowolnemu komputerowi wyposażonemu w port komunikacyjny.
Wraz z udoskonaleniem modułów we/wy i procesorów wczesne sterowniki hybrydowe zapewniały również możliwości przetwarzania sygnałów analogowych, które w tamtym czasie były dostępne tylko w rozproszonych systemach sterowania (DCS). Ponieważ pierwotnym celem programów logiki drabinkowej (języka programowania PLC) nie była obsługa analogowych formatów danych, doprowadziło to do stworzenia nowego języka programowania dla sterowników hybrydowych.
Wtedy rynek zaczęły zalewać tanie alternatywy dla IBM PC. Ponieważ komputer PC jest podstawową funkcją sterowania systemem hybrydowym, pojawiły się obawy dotyczące niezawodności. Dla dostawcy istotne było opracowanie sprawdzonej w branży alternatywy, która połączyła elementy we/wy, sieciowe i programistyczne wcześniejszych rozwiązań hybrydowych w jeden system, który później stał się systemem PAC. PAC wykorzystuje ten sam procesor co komputer PC i może zapewnić zestaw funkcji, który wypełnia niszę między tanim sterowaniem dyskretnym opartym na PLC a kosztownym sterowaniem procesem opartym na DCS.
Innowacje w przedsiębiorstwach high-tech i na rynku komputerów osobistych stworzyły możliwości rozwoju sterowania przemysłowego. Trend ten zaczyna przyspieszać wraz z postępującą konwergencją dziedzin technologii operacyjnej (OT) i technologii informacyjnej (IT). Weźmy na przykład falę rozwiązań mobilnych, która pojawiła się w ostatnich latach. Znajduje to również odzwierciedlenie w dążeniu do wspierania Big Data, analityki w chmurze i uczenia maszynowego, technologii zrodzonych poza sferą automatyki przemysłowej.
Przyszłościowe kontrolery
W miarę utrzymywania się trendu w kierunku głębszej integracji technologii, większej konwergencji między branżami i większej łączności między urządzeniami i systemami, co przyniosą nam kontrolery przyszłości?
W jaki sposób należy dobierać inżynierów, aby nadążali za trendami technologicznymi i pomagali firmom uzyskać jak największy zwrot z każdej zainwestowanej złotówki? Poniższe 3 sugestie mogą pomóc producentom wybrać odpowiednią technologię sterowania, aby osiągnąć ich cele.
1 Skoncentruj się na projekcie, a nie na funkcji
Wiedząc, że technologia z czasem ulegnie poprawie i stanie się bardziej zintegrowana i osadzona, konieczne jest nadanie priorytetu inwestycjom w systemy sterowania, które nie mogą się łatwo lub szybko zmienić. Inżynierowie muszą położyć nacisk na architekturę systemu sterowania, a nie na niektóre z dzisiejszych, przyciągających wzrok funkcji.
2 Szukaj zewnętrznych innowacji
Jeśli inżynierowie projektują systemy, które mogą ewoluować w czasie, aby nadążyć za cyfrową transformacją, ograniczając konserwację i przeróbki, może to zrobić wrażenie na użytkownikach końcowych, którzy będą pamiętać, że technologia determinująca przyszłość często pochodzi spoza branży .
3. Miej otwarty umysł
Walka o udział w rynku technologii własnych hamuje innowacyjność, a wspieranie otwartych standardów otwiera możliwości dla wszystkich. Łączność jest jednym z docelowych wskaźników Przemysłu 4.0, a wraz ze wzrostem łączności inżynierowie muszą inwestować w technologie, które stwarzają możliwości współpracy różnych systemów.