چه چیزی کنترل کننده های اتوماسیون را تعیین می کند؟ چگونه سیستم خود را انتخاب کنیم؟

کنترل‌کننده‌های صنعتی: گذشته، حال و آینده

 از زمان ظهور کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC)، کنترل‌کننده‌های اتوماسیون مختلف به برنامه‌های صنعتی مهاجرت کرده‌اند، از جمله کنترل‌کننده‌های اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی (PAC) و کنترل‌کننده‌های صنعتی قابل برنامه‌ریزی لبه امروزی (EPIC). افزایش رقابت در میان تامین کنندگان کنترل کننده پیشرو زیرا کاربران از نظر هزینه، ردپای، تراکم ورودی/خروجی (I/O)، سازگاری فیلدباس، ارتباطات، قابلیت های برنامه نویسی و سرعت پردازش، انتخاب بیشتری دارند.

برای بازار، تنوع اغلب مفید است، اما همچنین می تواند برای مهندسان و کاربران نهایی ناامید کننده باشد. انتخاب یک پلت فرم کنترل یک سرمایه گذاری بلندمدت با هزینه های مرتبط مانند آموزش و قراردادهای پشتیبانی است. سیاست گذاران می خواهند ارزش پول خود را در قبال پولی که می گذارند بدست آورند.

اما قبل از ابراز حمایت از این موضوع، اجازه دهید نگاهی به چگونگی توسعه صنعت بیاندازیم. نیروی محرکه روند توسعه راه حل های مختلف کنترل چیست؟ اکنون این روندها چگونه کار می کنند؟ چگونه کاربران برای اطمینان از موفقیت در آینده روی اتوماسیون سرمایه گذاری خواهند کرد؟

حالت تکامل کنترل کننده های صنعتی

مطالعه پیشرفت در زمینه اتوماسیون و کنترل در چند دهه گذشته می تواند به وضوح ببیند که چگونه برخی از تکرارهای فناوری های خاص باعث توسعه عملکردهای جدید I/O و کنترل می شوند.

به عنوان مثال، زمانی که اولین سیستم‌های ورودی/خروجی توسعه یافتند، تجهیزات کنترل و سنجش میدان نیز بر اجزای الکترومغناطیسی و پنوماتیکی متکی بودند که توسط خواص فیزیکی که بر عمر مفید آنها تأثیر می‌گذاشتند، محدود بودند. 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 I/O ماژولار شد و در همان زمان، شرکت‌های الکترونیکی محاسبات با فناوری پیشرفته را وارد جریان اصلی کردند. 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 است که جایگزینی برای ورودی/خروجی مبتنی بر رک در PLCها است.

از دستگاه‌های I/O مستقل و اختصاصی گرفته تا ورودی/خروجی مدولار، تا ورودی/خروجی گذرگاهی، همگی مفهوم مالتی پلکسی را در کنترل صنعتی منعکس می‌کنند. پلتفرم‌های کنترل نسل بعدی از مدارهای پردازش ورودی/خروجی تعبیه‌شده استفاده می‌کنند. ماژول ها از 1 کانال ورودی/خروجی به 32 کانال گسترش یافته اند و اکنون ورودی/خروجی در PLC ها و سایر دستگاه های منفرد تعبیه شده است. در برخی موارد، با پیکربندی مناسب، هر کانال ورودی/خروجی می تواند انواع مختلفی از سیگنال ها را بپذیرد.

این مدل نشان می‌دهد که چگونه نوآوری در صنعت گسترش می‌یابد: با گذشت زمان، نوآوری‌های فردی مدولار می‌شوند و با فناوری‌های دیگر شریک می‌شوند و سپس در آن فناوری‌ها تعبیه می‌شوند و بخشی از یک چرخه نوآوری جدید می‌شوند.

برای PLCها و PACها، این حالت کنترلرهای کوچکتر و ماژول های ورودی/خروجی را فراهم می کند. قدرت محاسباتی بیشتر «در هر اینچ مربع» به دست می‌آید زیرا توابع پردازشگر ریاضی و برنامه‌نویسی مستقیماً در بردهای کنترل و سایر دستگاه‌ها مانند ورودی/خروجی، فرستنده‌ها و دروازه‌های شبکه یکپارچه می‌شوند. با گذشت زمان، همین الگو در انتقال استانداردهای رابط ارتباطی تعبیه شده جدید و پروتکل به کنترل کننده ها منعکس می شود.

تلفیقی از فناوری های مختلف

روند ادغام متقابل با چرخه ادغام در هم تنیده شده است و نوآوری های تکنولوژیکی خارج از بازار کنترل صنعتی به تدریج وارد کنترل کننده شده است. با نگاهی به تاریخچه ورودی/خروجی باس، می توانید ببینید که چگونه این روند به توسعه عملکردهای جدید کنترلر منجر شده است.

از ورودی/خروجی باس سریال، گذرگاه‌های ورودی/خروجی موازی و راه‌حل‌های دیگری وجود دارند که به مینی و میکروکامپیوترها اجازه می‌دهند با I/O تعامل داشته باشند. این همچنین الهام بخش ایده توسعه یک پردازنده ارتباطی I/O مستقل است که ورودی/خروجی را از کامپیوتر جدا می کند و به هر کامپیوتری که دارای پورت ارتباطی است اجازه می دهد تا 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 هدف اصلی برنامه های منطق نردبانی (یک زبان برنامه نویسی PLC) مدیریت فرمت های داده های آنالوگ نبود، این منجر به ایجاد یک زبان برنامه نویسی جدید برای کنترل کننده های ترکیبی شد.

سپس، جایگزین های ارزان قیمت برای رایانه های شخصی IBM شروع به هجوم به بازار کردند. از آنجایی که رایانه شخصی عملکرد اصلی کنترل سیستم هیبریدی است، نگرانی هایی در مورد قابلیت اطمینان ایجاد شده است. برای تامین کننده مهم بود که یک جایگزین سخت افزاری در صنعت ایجاد کند که اجزای I/O، شبکه و برنامه نویسی راه حل های هیبریدی قبلی را در یک سیستم واحد که بعداً به یک سیستم PAC تبدیل می شود، ترکیب کند. یک PAC از همان پردازنده رایانه شخصی استفاده می‌کند و می‌تواند مجموعه‌ای از ویژگی‌ها را فراهم کند 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 همگرایی فزاینده حوزه های فناوری عملیاتی (OT) و فناوری اطلاعات (IT) شروع به تسریع می کند. به عنوان مثال، موج راه حل های موبایلی را در نظر بگیرید که در سال های اخیر به وجود آمده است. همچنین در فشار برای پشتیبانی از داده های بزرگ، تجزیه و تحلیل ابری و یادگیری ماشینی، فناوری هایی که خارج از قلمرو اتوماسیون صنعتی متولد شده اند، منعکس شده است.

کنترلرهای مقاوم در برابر آینده

با ادامه روند به سمت یکپارچگی عمیق تر فناوری، همگرایی بیشتر بین صنایع و اتصال بیشتر بین دستگاه ها و سیستم ها، کنترل کننده های آینده چه چیزی را برای ما به ارمغان خواهند آورد؟

مهندسان چگونه باید انتخاب شوند تا اطمینان حاصل شود که می توانند با روندهای فناوری همگام باشند و به کسب و کارها کمک کنند تا بیشترین سود را برای سرمایه خود داشته باشند؟ 3 پیشنهاد زیر می تواند به سازندگان کمک کند تا فناوری کنترل مناسب را برای دستیابی به اهداف خود انتخاب کنند.

1 به جای عملکرد، روی طراحی تمرکز کنید

با دانستن اینکه فناوری در طول زمان بهبود می‌یابد و به شدت ادغام و تعبیه می‌شود، لازم است سرمایه‌گذاری در سیستم‌های کنترلی که نمی‌توانند به راحتی یا به سرعت تغییر کنند، اولویت بندی کنیم. مهندسان باید بر معماری سیستم کنترل تأکید کنند، نه برخی از ویژگی های چشم نواز امروزی.

2 به دنبال نوآوری خارجی باشید

اگر مهندسان سیستم‌هایی را طراحی کنند که بتوانند در طول زمان تکامل یابند تا همگام با تحول دیجیتال، کاهش تعمیر و نگهداری و دوباره کاری شوند، می‌تواند کاربران نهایی را تحت تأثیر قرار دهد، زیرا به یاد خواهند داشت که فناوری تعیین‌کننده آینده اغلب از خارج از صنعت می‌آید.

3. ذهن خود را باز نگه دارید

نبرد برای سهم بازار فناوری اختصاصی مانع نوآوری می شود، در حالی که پشتیبانی از استانداردهای باز فرصت هایی را برای همه باز می کند. اتصال یکی از معیارهای هدف صنعت 4 است.0، و با افزایش اتصال، مهندسان باید روی فناوری‌هایی سرمایه‌گذاری کنند که فرصت‌هایی را برای همکاری سیستم‌های متفاوت ایجاد می‌کند.