از زمان معرفی کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی (PLCS)، کنترلکنندههای اتوماسیون مختلف به برنامههای صنعتی مهاجرت کردهاند، از جمله کنترلکنندههای اتوماسیون قابل برنامهریزی (PAC) و کنترلکنندههای صنعتی قابل برنامهریزی لبه امروزی (EPIC). مصرف کنندگان از نظر هزینه، ردپای، تراکم ورودی/خروجی (I/O)، سازگاری فیلدباس، ارتباطات، قابلیت های برنامه نویسی و سرعت پردازش، انتخاب های بیشتری دارند و رقابت بین فروشندگان پیشرو کنترل کننده در حال تشدید است.
تنوع اغلب برای بازار خوب است، اما می تواند برای مهندسان و کاربران نهایی نیز خسته کننده باشد. انتخاب یک پلت فرم کنترل یک سرمایه گذاری بلند مدت است که با هزینه های مرتبط مانند آموزش و قراردادهای پشتیبانی همراه است. سیاست گذاران می خواهند ارزش پول را بدست آورند.
اما قبل از تایید این موضوع، بیایید به چگونگی رشد صنعت نگاه کنیم. نیروی محرکه توسعه راه حل های مختلف کنترل چیست؟ اکنون این روندها چگونه عمل می کنند؟ چگونه کاربران می توانند روی اتوماسیون سرمایه گذاری کنند تا از موفقیت در آینده اطمینان حاصل کنند؟
الگوهای تکامل کنترل کننده های صنعتی
با نگاهی به پیشرفتهای اتوماسیون در چند دهه گذشته، واضح است که چگونه تکرار فناوریهای خاص باعث توسعه قابلیتهای ورودی/خروجی و کنترل جدید شده است.
به عنوان مثال، در طول توسعه اولین سیستم ورودی/خروجی، تجهیزات کنترل و سنجش میدان نیز بر اجزای الکترومغناطیسی و پنوماتیکی تکیه داشتند که به دلیل خواص فیزیکی محدود شده و عمر مفید آنها به خطر افتاد. اجزای فشرده کم ولتاژ، مانند رلههای حالت جامد، کاربران را به درخواست گزینههای بیشتری برای ادغام I/O مستقیماً در سیستمهایشان سوق میدهد. این منجر به ظهور اولین ورودی/خروجی ماژولار شد، همزمان با وارد کردن محاسبات با فناوری پیشرفته توسط شرکت های الکترونیکی به جریان اصلی. الکترونیک حساس در این سیستم ها برای تعامل با دنیای واقعی نیاز به I/O خارجی دارند. این اولین رک ورودی/خروجی قابل آدرس دهی سریال، جایگزینی برای ورودی/خروجی مبتنی بر رک در PLCS بود.
از دستگاههای I/O مستقل و اختصاصی گرفته تا ورودی/خروجی مدولار و سپس ورودی/خروجی گذرگاهی، همگی مفهوم استفاده مجدد را در کنترل صنعتی تجسم میدهند. پلتفرم های کنترل نسل بعدی مدارهای پردازش ورودی/خروجی تعبیه شده را در خود جای داده اند. ماژول از 1 کانال I/O به 32 کانال گسترش یافت و اکنون I/O در PLC و سایر دستگاه های مونومر تعبیه شده است. در برخی موارد، با پیکربندی مناسب، هر کانال ورودی/خروجی میتواند انواع مختلفی از سیگنال را بپذیرد.
این مدل نشان میدهد که چگونه نوآوری در یک صنعت گسترش مییابد: نوآوریهای فردی در طول زمان مدولار میشوند، با فناوریهای دیگر همکاری میکنند و سپس به عنوان بخشی از یک چرخه نوآوری جدید در آن فناوریها تعبیه میشوند.
برای PLC و PAC، این حالت کنترلرهای کوچکتر و ماژول های ورودی/خروجی را فراهم می کند. از آنجایی که توابع پردازشگر ریاضی و برنامهنویسی مستقیماً در برد کنترل و سایر دستگاهها (مانند I/O، فرستندهها و دروازههای شبکه) ادغام میشوند، قدرت محاسباتی بیشتری «در هر اینچ مربع» به دست میآید. با گذشت زمان، همین الگو در انتقال رابط های ارتباطی جاسازی شده جدید و استانداردهای پروتکل به کنترل کننده ها منعکس می شود.
همگرایی فناوری های مختلف
روند ادغام متقابل و چرخه یکپارچه سازی در هم تنیده، بازار کنترل صنعتی خارج از نوآوری فنی، همچنین به تدریج به کنترل کننده. تاریخچه باس I/O نشان می دهد که چگونه این روند منجر به توسعه قابلیت های جدید کنترلر شده است.
از ورودی/خروجی گذرگاه سریال، گذرگاههای ورودی/خروجی موازی و راهحلهای دیگری وجود دارند که مینیها و میکروکامپیوترها را قادر میسازند با ورودی/خروجی تعامل داشته باشند. این همچنین الهام بخش ایده توسعه یک پردازنده ارتباطی I/O مستقل است که ورودی/خروجی را از کامپیوتر جدا میکند و به هر رایانهای با پورت ارتباطی اجازه میدهد با آن تعامل داشته باشد.
با بهبود ماژولها و پردازندههای ورودی/خروجی، کنترلکنندههای هیبریدی اولیه نیز قابلیتهای پردازش سیگنال آنالوگ را ارائه کردند که در آن زمان فقط در سیستمهای کنترل توزیعشده (DCS) موجود بود. از آنجایی که برنامههای منطق نردبان، یک زبان برنامهنویسی PLC، در ابتدا برای مدیریت فرمتهای داده آنالوگ در نظر گرفته نشده بودند، زبانهای برنامهنویسی جدیدی برای کنترلکنندههای ترکیبی ایجاد شدهاند.
سپس جایگزینهای کمهزینه برای رایانههای شخصی IBM شروع به هجوم بازار کردند. از آنجایی که رایانه شخصی عملکرد اصلی کنترل در سیستم های هیبریدی است، نگرانی هایی در مورد قابلیت اطمینان ایجاد می شود. قابل توجه بود که فروشندگان یک جایگزین پیشرفته برای صنعت ایجاد کردند که مؤلفه های ورودی/خروجی، شبکه و برنامه نویسی راه حل هیبریدی قبلی را در یک سیستم یکپارچه کرد که به سیستم PAC تبدیل شد. Pacها از پردازندههای مشابه PCS استفاده میکنند و میتوانند مجموعهای از ویژگیها را فراهم کنند که فضایی بین کنترل گسسته ارزانقیمت مبتنی بر PLC و کنترل فرآیند مبتنی بر DCS پرهزینه را پر میکند.
نوآوری در شرکت های با فناوری پیشرفته و بازار رایانه های شخصی فرصت هایی را برای توسعه کنترل صنعتی به ارمغان آورده است. این روند با یکپارچه شدن بیشتر و بیشتر حوزه های فناوری عملیاتی (OT) و فناوری اطلاعات (IT) در حال شتاب است. به عنوان مثال موجی از راه حل های موبایلی را در نظر بگیرید که در سال های اخیر به وجود آمده است. همچنین در فشار برای داده های بزرگ، تجزیه و تحلیل ابری و پشتیبانی از یادگیری ماشین، فناوری هایی که خارج از حوزه اتوماسیون صنعتی متولد شده اند، منعکس شده است.
کنترل کننده های آینده گرا
با تداوم یکپارچگی عمیقتر فناوری، همگرایی بیشتر بین صنایع و گرایش به اتصال بیشتر بین دستگاهها و سیستمها، کنترلکنندههای آینده چه چیزی برای ما به ارمغان خواهند آورد؟
مهندسان چگونه باید انتخاب کنند تا اطمینان حاصل کنند که با فناوری هماهنگ هستند و به سازمان کمک می کنند تا بیشترین بهره را از آن ببرند؟ سه پیشنهاد زیر به سازندگان کمک می کند تا فناوری کنترل مناسب را برای دستیابی به اهداف خود انتخاب کنند.
1. بر طراحی تمرکز کنید، نه عملکرد
درک این موضوع که فناوری به پیشرفت خود ادامه خواهد داد و در طول زمان به شدت ادغام و تعبیه می شود، اولویت بندی سرمایه گذاری در سیستم های کنترلی را ضروری می کند که به راحتی یا به سرعت قابل تغییر نیستند. مهندسان باید به جای ویژگی های چشم نواز روز، روی معماری سیستم کنترل تمرکز کنند.
2. به دنبال نوآوری خارجی باشید
اگر مهندسان سیستمهایی را طراحی کنند که در طول زمان تکامل مییابند تا همگام با تحول دیجیتالی باشند و تعمیر و نگهداری و دوباره کاری را کاهش دهند، کاربران نهایی را تحت تأثیر قرار میدهد، آنها به یاد خواهند داشت که فناوریهایی که آینده را تعیین میکنند اغلب از خارج از صنعت میآیند.
3 ذهن خود را باز نگه دارید
نبرد برای سهم بازار در فناوریهای اختصاصی، نوآوری را خفه میکند، در حالی که حمایت از استانداردهای باز، امکانات نامحدودی را برای همه باز میکند. اتصال یکی از معیارهای هدف برای صنعت 4 است.0، و با افزایش اتصال، مهندسان باید روی فناوریهایی سرمایهگذاری کنند که میتوانند فرصتهایی را برای همکاری سیستمهای مختلف ایجاد کنند.