С момента появления программируемых логических контроллеров (PLCS) различные контроллеры автоматизации мигрировали в промышленные приложения, включая программируемые контроллеры автоматизации (PAC) и современные программируемые промышленные контроллеры (EPIC). Потребители имеют более широкий выбор с точки зрения стоимости, занимаемой площади, плотности ввода-вывода (I/O), совместимости с полевой шиной, связи, возможностей программирования и скорости обработки, а конкуренция среди ведущих поставщиков контроллеров усиливается.
Разнообразие часто полезно для рынка, но оно также может разочаровать инженеров и конечных пользователей. Выбор платформы управления — это долгосрочная инвестиция, которая сопряжена с сопутствующими расходами, такими как контракты на обучение и поддержку. Политики хотят получить соотношение цены и качества.
Но прежде чем одобрить этот вопрос, давайте посмотрим, как выросла отрасль. Что является движущей силой разработки различных решений для управления? Как эти тенденции проявляются сейчас? Как пользователи могут инвестировать в автоматизацию, чтобы обеспечить успех в будущем?
Закономерности эволюции промышленных контроллеров
Глядя на достижения в области автоматизации за последние несколько десятилетий, становится ясно, как итерации конкретных технологий способствовали развитию новых возможностей ввода-вывода и управления.
Например, при разработке первой системы ввода/вывода полевые устройства управления и датчики также полагались на электромагнитные и пневматические компоненты, физические свойства которых были ограничены, а срок их службы был поставлен под угрозу. Компактные низковольтные компоненты, такие как твердотельные реле, заставляют пользователей требовать больше возможностей для интеграции ввода-вывода непосредственно в свои системы. Это привело к появлению первых модульных устройств ввода-вывода, в то время как производители электроники сделали высокотехнологичные вычисления общедоступными. Чувствительная электроника в этих системах требует внешнего ввода-вывода для взаимодействия с реальным миром. Это была первая стойка ввода-вывода с последовательной адресацией, альтернатива вводу-выводу на основе стойки в PLCS.
От выделенных независимых устройств ввода-вывода до модульного ввода-вывода, а затем ввода-вывода по шине — все они воплощают концепцию повторного использования в промышленном управлении. Платформы управления следующего поколения включают встроенные схемы обработки ввода-вывода. Модуль расширился с 1 канала ввода-вывода до 32 каналов, и теперь ввод-вывод встроен в ПЛК и другие мономерные устройства. В некоторых случаях при правильной настройке каждый канал ввода-вывода может принимать различные типы сигналов.
Эта модель демонстрирует, как инновации распространяются в отрасли: отдельные инновации со временем становятся модульными, взаимодействуют с другими технологиями, а затем внедряются в эти технологии в рамках нового инновационного цикла.
Для ПЛК и PAC в этом режиме предусмотрены контроллеры меньшего размера и модули ввода/вывода. Поскольку математические и программные функции процессора интегрированы непосредственно в плату управления и другие устройства (например, ввод-вывод, передатчики и сетевые шлюзы), достигается большая вычислительная мощность «на квадратный дюйм». Со временем та же самая закономерность отразилась на переносе новых встроенных коммуникационных интерфейсов и стандартов протоколов на контроллеры.
Конвергенция различных технологий
Тенденция взаимной интеграции и интеграционного цикла переплетается, рынок промышленного контроля за пределами технических инноваций также постепенно превращается в контроллер. История шинного ввода-вывода показывает, как эта тенденция привела к развитию новых возможностей контроллера.
Из последовательной шины ввода-вывода существуют параллельные шины ввода-вывода и другие решения, которые позволяют мини- и микрокомпьютерам взаимодействовать с вводом-выводом. Это также вдохновило на идею разработки автономного коммуникационного процессора ввода-вывода, который отделяет ввод-вывод от компьютера, позволяя любому компьютеру с коммуникационным портом взаимодействовать с ним.
По мере совершенствования модулей ввода-вывода и процессоров ранние гибридные контроллеры также предоставляли возможности обработки аналоговых сигналов, которые тогда были доступны только в распределенных системах управления (DCS). Поскольку программы релейной логики, язык программирования ПЛК, изначально не предназначались для обработки аналоговых форматов данных, были созданы новые языки программирования для гибридных контроллеров.
Затем рынок начали наводнять недорогие альтернативы IBM PC. Поскольку ПК является основной функцией управления в гибридных системах, возникают проблемы с надежностью. Важно, что поставщики разработали усовершенствованную для отрасли альтернативу, которая объединила компоненты ввода-вывода, сети и программирования более раннего гибридного решения в одну систему, которая стала системой PAC. Pac использует те же процессоры, что и PCS, и может предоставить набор функций, который заполняет нишу между недорогим дискретным управлением на основе ПЛК и дорогостоящим управлением процессом на основе DCS.
Инновации на высокотехнологичных предприятиях и рынке персональных компьютеров открыли возможности для развития промышленного контроля. Эта тенденция усиливается по мере того, как области операционных технологий (ОТ) и информационных технологий (ИТ) становятся все более и более интегрированными. Возьмем, к примеру, волну мобильных решений, возникшую в последние годы. Это также находит отражение в стремлении к большим данным, облачной аналитике и поддержке машинного обучения — технологиям, родившимся за пределами области промышленной автоматизации.
Перспективные контроллеры
Что принесут нам контроллеры будущего по мере того, как будет продолжаться более глубокая интеграция технологий, большая конвергенция между отраслями и тенденция к большей связи между устройствами и системами?
Что должны выбрать инженеры, чтобы быть в курсе технологий и помочь организации извлечь из них максимальную пользу? Следующие три предложения помогут производителям выбрать правильную технологию управления для достижения своих целей.
1. Сосредоточьтесь на дизайне, а не на функциональности
Понимание того, что технологии будут продолжать совершенствоваться и со временем становиться все более тесно интегрированными и внедренными, делает необходимым уделять приоритетное внимание инвестициям в системы управления, которые нельзя легко или быстро изменить. Инженеры должны сосредоточиться на архитектуре системы управления, а не на привлекательных функциях дня.
2. Ищите внешние инновации
Если инженеры разработают системы, которые со временем будут развиваться, чтобы идти в ногу с цифровой трансформацией и сократить объем обслуживания и переделок, это произведет впечатление на конечных пользователей, которые будут помнить, что технологии, определяющие будущее, часто приходят из-за пределов отрасли.
3 Сохраняйте непредвзятость
Борьба за долю рынка запатентованных технологий сдерживает инновации, а поддержка открытых стандартов открывает неограниченные возможности для всех. Возможность подключения является одним из целевых показателей для отрасли 4.0, и по мере расширения возможностей подключения инженерам необходимо инвестировать в технологии, которые могут создать возможности для совместной работы различных систем.