Industriële controllers: verleden, heden en toekomst
Sinds de komst van programmeerbare logische controllers (PLC's) zijn verschillende automatiseringscontrollers gemigreerd naar industriële toepassingen, waaronder programmeerbare automatiseringscontrollers (PAC's) en de hedendaagse programmeerbare industriële controllers (EPIC's). Toegenomen concurrentie tussen toonaangevende leveranciers van controllers, aangezien gebruikers meer keuze hebben op het gebied van kosten, footprint, input/output (I/O)-dichtheid, veldbuscompatibiliteit, communicatie, programmeermogelijkheden en verwerkingssnelheid.
Voor de markt is diversiteit vaak gunstig, maar het kan ook frustrerend zijn voor engineers en eindgebruikers. Het kiezen van een besturingsplatform is een langetermijninvestering met bijbehorende kosten zoals opleidings- en ondersteuningscontracten. Beleidsmakers willen waar voor hun geld krijgen voor het geld dat ze erin steken.
Maar laten we, voordat we de kwestie steunen, eens kijken hoe de industrie zich ontwikkelt. Wat is de drijvende kracht achter de ontwikkelingstrend van verschillende besturingsoplossingen? Hoe werken deze trends nu? Hoe zullen gebruikers in de toekomst investeren in automatisering om succes te garanderen?
Evolutiemodus van industriële controllers
Als we de vooruitgang op het gebied van automatisering en besturing in de afgelopen decennia bestuderen, kunnen we duidelijk zien hoe sommige iteraties van specifieke technologieën de ontwikkeling van nieuwe I/O- en besturingsfuncties stimuleren.
Toen bijvoorbeeld de eerste I/O-systemen werden ontwikkeld, waren veldbesturings- en detectieapparatuur ook afhankelijk van elektromagnetische en pneumatische componenten die werden beperkt door fysieke eigenschappen die hun levensduur beïnvloedden. Compacte laagspanningscomponenten, zoals solid-state relais, zorgen ervoor dat gebruikers meer opties eisen om I/O rechtstreeks in hun systemen te integreren. Dit leidde tot de opkomst van de eerste modulaire I/O, en tegelijkertijd brachten elektronicabedrijven hightech computing in de mainstream. De gevoelige elektronica in deze systemen heeft externe I/O nodig om te communiceren met de echte wereld. Dit is het eerste serieel adresseerbare I/O-rack, dat een alternatief is voor rack-gebaseerde I/O in PLC's.
Van toegewijde, onafhankelijke I/O-apparaten tot modulaire I/O en bus I/O, ze weerspiegelen allemaal het concept van multiplexing in industriële besturing. Besturingsplatforms van de volgende generatie bevatten ingebouwde I/O-verwerkingscircuits. Modules zijn uitgebreid van 1 I/O-kanaal naar 32 kanalen en hebben nu I/O ingebouwd in PLC's en andere afzonderlijke apparaten. In sommige gevallen, met de juiste configuratie, kan elk I/O-kanaal een verscheidenheid aan verschillende signaaltypes accepteren.
Dit model laat zien hoe innovatie zich over de industrie verspreidt: in de loop van de tijd worden individuele innovaties modulair, werken ze samen met andere technologieën en worden ze vervolgens ingebed in die technologieën, waardoor ze deel gaan uitmaken van een nieuwe innovatiecyclus.
Voor PLC's en PAC's biedt deze modus kleinere controllers en I/O-modules. Er wordt meer rekenkracht bereikt "per vierkante inch", aangezien reken- en programmeerprocessorfuncties rechtstreeks zijn geïntegreerd in besturingskaarten en andere apparaten zoals I/O, zenders en netwerkgateways. In de loop van de tijd wordt hetzelfde patroon weerspiegeld in de migratie van nieuwe ingebouwde communicatie-interfaces en protocolstandaarden naar controllers.
Fusie van verschillende technologieën
De trend van wederzijdse integratie is verweven met de integratiecyclus en technologische innovatie buiten de industriële besturingsmarkt is geleidelijk de controller binnengedrongen. Als u de geschiedenis van bus I/O bekijkt, kunt u zien hoe deze trend heeft geleid tot de ontwikkeling van nieuwe controllerfuncties.
Van seriële bus-I/O zijn er parallelle I/O-bussen en andere oplossingen waarmee mini- en microcomputers kunnen communiceren met I/O. Dit inspireerde ook het idee om een stand-alone I/O-communicatieprocessor te ontwikkelen, die de I/O van de computer scheidt, zodat elke computer met een communicatiepoort ermee kan communiceren.
Naarmate I/O-modules en processors verbeterden, boden vroege hybride controllers ook analoge signaalverwerkingsmogelijkheden die destijds alleen beschikbaar waren in gedistribueerde besturingssystemen (DCS). Aangezien het oorspronkelijke doel van ladderlogica-programma's (een PLC-programmeertaal) niet was om analoge gegevensformaten te verwerken, leidde dit tot de creatie van een nieuwe programmeertaal voor hybride controllers.
Toen begonnen goedkope alternatieven voor de IBM PC de markt te overspoelen. Aangezien de pc de primaire besturingsfunctie van het hybride systeem is, zijn er betrouwbaarheidsproblemen gerezen. Het was belangrijk voor de leverancier om een door de industrie gehard alternatief te ontwikkelen dat de I/O-, netwerk- en programmeercomponenten van eerdere hybride oplossingen combineerde in een enkel systeem dat later een PAC-systeem zou worden. Een PAC gebruikt dezelfde processor als een pc en kan een functieset bieden die een niche vult tussen goedkope, op PLC gebaseerde discrete besturing en dure, op DCS gebaseerde procesbesturing.
Innovaties in hightechondernemingen en de pc-markt hebben kansen geboden voor de ontwikkeling van industriële besturing. Deze trend begint te versnellen met de toenemende convergentie van de domeinen operationele technologie (OT) en informatietechnologie (IT). Neem bijvoorbeeld de golf van mobiele oplossingen die de afgelopen jaren is ontstaan. Het wordt ook weerspiegeld in de push om big data, cloudanalyse en machine learning te ondersteunen, technologieën die buiten het domein van industriële automatisering zijn geboren.
Toekomstbestendige besturingen
Wat zullen de controllers van de toekomst ons brengen naarmate de trend naar diepere technologie-integratie, grotere convergentie tussen industrieën en grotere connectiviteit tussen apparaten en systemen zich voortzet?
Hoe moeten ingenieurs worden geselecteerd om ervoor te zorgen dat ze gelijke tred kunnen houden met technologische trends en bedrijven kunnen helpen het meeste waar voor hun geld te krijgen? De volgende 3 suggesties kunnen fabrikanten helpen bij het kiezen van de juiste besturingstechnologie om hun doelen te bereiken.
1 Focus op ontwerp in plaats van functie
Wetende dat technologie in de loop van de tijd zal verbeteren en nauwer geïntegreerd en ingebed zal worden, is het noodzakelijk om prioriteit te geven aan investeringen in controlesystemen die niet gemakkelijk of snel kunnen veranderen. Ingenieurs moeten de nadruk leggen op de architectuur van het besturingssysteem, niet op enkele van de in het oog springende kenmerken van vandaag.
2 Zoek naar externe innovatie
Als ingenieurs systemen ontwerpen die in de loop van de tijd kunnen evolueren om gelijke tred te houden met de digitale transformatie, waardoor onderhoud en herwerk worden verminderd, kan dit indruk maken op eindgebruikers, die zich zullen herinneren dat de technologie die de toekomst bepaalt vaak van buiten de industrie komt.
3. Houd een open geest
De strijd om het marktaandeel van propriëtaire technologie belemmert innovatie, terwijl steun voor open standaarden mogelijkheden biedt voor iedereen. Connectiviteit is een van de doelstatistieken van Industrie 4.0, en naarmate de connectiviteit toeneemt, moeten ingenieurs investeren in technologieën die mogelijkheden creëren voor ongelijksoortige systemen om samen te werken.