از زمان معرفی کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی (PLC)، انواع کنترلکنندههای اتوماسیون به برنامههای صنعتی مهاجرت کردهاند، از جمله کنترلکنندههای اتوماسیون قابل برنامهریزی (PAC) و کنترلکنندههای صنعتی قابل برنامهریزی لبه امروزی (EPIC). کاربران 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 تامین کنندگان پیشرو کنترل کننده تشدید شده است.
برای بازار، تنوع اغلب مفید است، اما همچنین می تواند برای مهندسان و کاربران نهایی ناامید کننده باشد. انتخاب یک پلتفرم کنترلی خاص یک سرمایهگذاری بلندمدت- با هزینههای مرتبط مانند آموزش و قراردادهای پشتیبانی است. تصمیم گیرندگان می خواهند ارزش پول خود را بدست آورند.
اما قبل از ابراز حمایت از این موضوع، ارزش دارد نگاهی به چگونگی پیشرفت این صنعت بیندازیم. نیروهای محرک پشت گرایش های مختلف راه حل کنترل چیست؟ این روندها در حال حاضر چگونه عمل می کنند؟ چگونه کاربران می توانند در آینده برای اطمینان از موفقیت روی اتوماسیون سرمایه گذاری کنند؟
الگوهای تکاملی کنترل کننده های صنعتی
با بررسی پیشرفتهای اتوماسیون و کنترل در چند دهه گذشته، واضح است که چگونه تعدادی از تکرارهای فناوری خاص باعث توسعه ویژگیهای جدید I/O و کنترل شدهاند.
به عنوان مثال، زمانی که اولین سیستمهای ورودی/خروجی توسعه یافتند، دستگاههای کنترل و حسگر میدان نیز بر اجزای الکترومغناطیسی و پنوماتیکی تکیه داشتند که به دلیل خواص فیزیکی محدود بودند که طول عمر آنها را به خطر میاندازد. اجزای فشرده و کم ولتاژ، مانند رلههای حالت جامد، نیاز به گزینههای بیشتری را برای کاربران به منظور ادغام I/O مستقیماً در سیستمهایشان ایجاد کرد. این منجر به اولین ورودی/خروجی ماژولار شد، در همان زمان که شرکتهای الکترونیکی محاسبات با فناوری پیشرفته{4} را وارد جریان اصلی کردند. الکترونیک حساس در این سیستم ها برای تعامل با دنیای واقعی نیاز به I/O خارجی دارد. این اولین رک ورودی/خروجی قابل آدرس دهی سریال بود که جایگزینی برای ورودی/خروجی مبتنی بر رک در PLCها بود.
حرکت از دستگاههای ورودی/خروجی اختصاصی-به تنهایی به ورودی/خروجی مدولار به ورودی/خروجی گذرگاهی مفهوم استفاده مجدد را در کنترل صنعتی نشان میدهد. پلت فرمهای کنترل نسل بعدی، مدارهای پردازش ورودی/خروجی تعبیهشده را در خود جای میدهند. ماژولها از 1 کانال ورودی/خروجی به 32 کانال گسترش یافتهاند و اکنون I/O در PLCها و سایر دستگاههای یکپارچه 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 یک صنعت گسترش مییابد: با گذشت زمان، نوآوریهای فردی مدولار میشوند، با فناوریهای دیگر کار میکنند و سپس به عنوان بخشی از یک چرخه نوآوری جدید در آن فناوریها تعبیه میشوند.
برای PLC ها و PAC ها، این مدل کنترلرهای کوچکتر و ماژول های ورودی/خروجی را ارائه می دهد. از آنجایی که توابع پردازشگر ریاضی و برنامهنویسی مستقیماً در برد کنترل و سایر دستگاهها مانند ورودی/خروجی، 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 منعکس می شود.
همگرایی فناوری های مختلف
گرایش به همگرایی بین-با چرخه یکپارچه سازی در هم تنیده شده است و نوآوری های تکنولوژیکی خارج از بازار کنترل صنعتی به تدریج راه خود را به کنترل کننده ها باز می کنند. نگاهی به تاریخچه ورودی/خروجی باس نشان می دهد که چگونه این روند منجر به توسعه ویژگی های جدید کنترلر شده است.
از ورودی/خروجی گذرگاه سریال، گذرگاههای ورودی/خروجی موازی گسترده و راهحلهای دیگری که به رایانههای کوچک- و میکرو- اجازه تعامل با ورودی/خروجی را میدهد. این همچنین ایده توسعه{3}}پردازندههای ارتباطی I/O مستقل را الهام بخشید که ورودی/خروجی را از رایانه جدا میکرد و به هر رایانهای با درگاه ارتباطی اجازه میداد تا با آن تعامل داشته باشد.
با بهبود ماژولها و پردازندههای ورودی/خروجی، کنترلکنندههای هیبریدی اولیه نیز قادر به ارائه پردازش سیگنال آنالوگ بودند که در آن زمان فقط در سیستمهای کنترل توزیعشده (DCS) موجود بود. از آنجایی که برنامه های منطق نردبانی (یک زبان برنامه نویسی PLC) در ابتدا برای مدیریت فرمت های داده های آنالوگ در نظر گرفته نشده بودند، این منجر به ایجاد زبان های برنامه نویسی جدید برای کنترل کننده های ترکیبی شد.
سپس، جایگزینهای ارزانقیمت-برای رایانه شخصی IBM در بازار هجوم آوردند. از آنجایی که رایانه شخصی عملکرد اصلی کنترل سیستم هیبریدی است، این نگرانی در مورد قابلیت اطمینان ایجاد می کند. برای فروشندگان این مهم بود که جایگزینهای پیشرفتهای را توسعه دهند که اجزای ورودی/خروجی، شبکه و برنامهنویسی راهحلهای ترکیبی قبلی را در یک سیستم واحد که به سیستم PAC معروف شد، ترکیب میکرد. بازار تخصصی کنترل فرآیند مبتنی بر-هزینه بالا-DCS.
نوآوریها در شرکتهای{0}فناوری پیشرفته و بازار رایانههای شخصی فرصتهایی را برای کنترل صنعتی باز کرده است. این روند همراه با همگرایی فزاینده بین حوزه های فناوری عملیات (OT) و فناوری اطلاعات (IT) شروع به شتاب می کند. نمونه آن موجی از راه حل های موبایلی است که در سال های اخیر به وجود آمده است. همچنین در درایو برای داده های بزرگ، تجزیه و تحلیل ابری و پشتیبانی از یادگیری ماشین، فناوری هایی که خارج از بخش اتوماسیون صنعتی متولد شده اند، منعکس شده است.
کنترل کننده های آینده
همانطور که روند به سمت یکپارچگی عمیق تر و عمیق تر فناوری، همگرایی بیشتر بین صنایع، و اتصال بیشتر بین دستگاه ها و سیستم ها در حال تکامل است، کنترل کننده آینده چه چیزی را برای ما به ارمغان خواهد آورد؟
مهندسان چگونه باید انتخاب های خود را انجام دهند تا اطمینان حاصل کنند که در راس روندهای فناوری قرار دارند و به حداکثر رساندن منافع برای سازمان خود کمک می کنند؟ در اینجا 3 نکته برای کمک به سازمان های تولیدی برای انتخاب فناوری کنترل مناسب برای دستیابی به اهداف خود آورده شده است.
1. تمرکز بر طراحی، نه عملکرد
با درک این موضوع که فناوری در طول زمان به پیشرفت خود ادامه خواهد داد و به شدت ادغام و تعبیه شده است، لازم است سرمایهگذاریها در سیستمهای کنترلی اولویتبندی شود که به راحتی یا به سرعت قابل تغییر نیستند. مهندسان باید به جای برخی از ویژگیهای جذاب-روز، بر معماری سیستم کنترل تأکید کنند.
2. به دنبال نوآوری های خارجی باشید
اگر مهندسان سیستمهایی را طراحی کنند که در طول زمان تکامل مییابند و میتوانند همگام با تحول دیجیتالی باشند، که به نوبه خود تعمیر و نگهداری و دوباره کاری را کاهش میدهد، کاربران نهایی را تحت تأثیر قرار میدهد، آنها به یاد خواهند آورد که فناوری که آینده را تعریف میکند معمولاً از خارج از صنعت میآید.
3. ذهن خود را باز نگه دارید
در حالی که نبرد برای سهم بازار در فناوریهای اختصاصی مانع نوآوری میشود، حمایت از استانداردهای باز فرصتهای بیپایانی را برای همه باز میکند. اتصال یکی از معیارهای هدف Industry 4.0 است و با افزایش اتصال، مهندسان باید روی فناوریهایی سرمایهگذاری کنند که میتوانند فرصتهایی را برای همکاری سیستمهای مختلف ایجاد کنند.