اتوماسیون نرم‌افزارمحور در حال بازتعریف سیستم‌های کنترل صنعتی است

اتوماسیون صنعتی وارد عصر نرم‌افزارمحور می‌شود

بیش از چهار دهه است که سیستم‌های PLC کنترل قطعی و قابل‌پیش‌بینی موردنیاز تولید مدرن را فراهم کرده‌اند. قابلیت اطمینان آن‌ها زیربنای عملیاتی کارخانه‌ها، تأسیسات خدمات عمومی، مجموعه‌های نفت و گاز و زیرساخت‌های حیاتی را در سراسر جهان شکل داده است.

بااین‌حال، امروزه عملیات صنعتی به قابلیت‌هایی نیاز دارد که معماری‌های قدیمی PLC هرگز برای پشتیبانی از آن‌ها طراحی نشده بودند. تولیدکنندگان اکنون انتظار استقرار متمرکز نرم‌افزار، تحلیل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی، مدیریت چرخه عمر از راه دور و دید یکپارچه در سراسر سایت‌های تولیدی پراکنده را دارند.

مسئله این نیست که PLCهای سنتی منسوخ شده‌اند. چالش این است که سیستم‌های کنترل اختصاصی و سخت‌افزارمحور برای مقیاس‌پذیری کارآمد در محیط‌های مدرن و متصل با دشواری مواجه‌اند.

تیم‌های مهندسی بیش‌ازپیش به استقرار متمرکز و مدیریت چرخه عمر در محیط‌های اتوماسیون جغرافیاییِ پراکنده نیاز دارند.

چرا مدیریت PLC در چند سایت به گلوگاه تبدیل شده است

در بسیاری از تأسیسات، حتی تغییرات کوچک در منطق کنترل همچنان به استقرار دستی در هر سایت تولیدی نیاز دارد. مهندسان باید سازگاری میان‌افزار را اعتبارسنجی کنند، بازه‌های زمانی تعمیر و نگهداری را هماهنگ سازند و پیش از بازگشت سیستم‌ها به مدار، راستی‌آزمایی محلی را انجام دهند.

با گسترش تولید شرکت‌ها در مناطق مختلف، این مدل به‌طور فزاینده‌ای دشوار می‌شود. ناهمگونی‌های جزئی در نسخه‌های نرم‌افزار یا پیکربندی‌های سخت‌افزاری می‌توانند به‌مرور زمان میان تأسیسات شکاف عملیاتی ایجاد کنند.

تولیدکنندگانی که زیرساخت‌های ترکیبی اتوماسیون خود را بر پایه پلتفرم‌های Allen-Bradley ControlLogix و سیستم‌های Siemens SIMATIC S7 ساخته‌اند، اغلب هنگام افزایش تولید یا نوسازی زیرساخت با پیچیدگی‌های بیشتری در یکپارچه‌سازی مواجه می‌شوند.

هزینه عملیاتی چندپارگی فروشندگان

اکوسیستم‌های سنتی PLC معمولاً به نرم‌افزارهای مهندسی اختصاصی، پروتکل‌های ارتباطی ویژه هر فروشنده و مدل‌های صدور مجوز بسته متکی هستند. این محدودیت‌ها قابلیت همکاری را کاهش می‌دهند و راهبردهای نوسازی بلندمدت را پیچیده می‌کنند.

هنگامی که سخت‌افزار به پایان عمر خود می‌رسد، تولیدکنندگان اغلب با پروژه‌های مهاجرت پرهزینه‌ای مواجه می‌شوند که هم به بازطراحی کنترل و هم به جایگزینی زیرساخت نیاز دارند. قفل‌شدن به فروشنده همچنین انعطاف‌پذیری در تأمین را کاهش می‌دهد و پذیرش فناوری‌های نرم‌افزاری نوظهور را به تأخیر می‌اندازد.

برای سازمان‌های مهندسی که صدها دارایی پراکنده را مدیریت می‌کنند، با افزایش تنوع زیرساخت، بار عملیاتی به‌سرعت افزایش می‌یابد.

SoftPLC منطق کنترل را به نرم‌افزاری قابل‌حمل منتقل می‌کند

معماری SoftPLC رابطه میان سخت‌افزار و برنامه‌های کنترل را به‌طور بنیادی تغییر می‌دهد. به‌جای آنکه منطق مستقیماً در کنترلرهای اختصاصی تعبیه شود، بارهای کاری اتوماسیون به‌صورت برنامه‌های نرم‌افزاری روی پلتفرم‌های رایانش صنعتی اجرا می‌شوند.

مدل‌های استقرار کانتینری قابلیت حمل را بیش‌ازپیش بهبود می‌دهند. یک برنامه کنترل اعتبارسنجی‌شده می‌تواند بدون پیکربندی مجدد گسترده از محیط توسعه به محیط تولید منتقل شود و ناهمگونی‌های استقرار میان تأسیسات را کاهش دهد.

این رویکرد، ارتقاها را از رویدادهای تعمیر و نگهداری سخت‌افزارمحور به استقرارهای نرم‌افزارمحور تبدیل می‌کند که از محیط‌های متمرکز مدیریت می‌شوند.

پلتفرم‌های مدرن لبه صنعتی امکان اجرای هم‌زمان چند برنامه اتوماسیون را فراهم می‌کنند و درعین‌حال از ارکستراسیون متمرکز پشتیبانی می‌کنند.

بهبود مقیاس‌پذیری از طریق انتزاع سخت‌افزار

برنامه‌های کنترل مستقل از سخت‌افزار، انعطاف‌پذیری بیشتری در برنامه‌ریزی چرخه عمر و گسترش زیرساخت در اختیار تولیدکنندگان قرار می‌دهند. تیم‌های مهندسی می‌توانند برنامه‌ها را روی چندین پلتفرم رایانشی مستقر کنند، بدون آنکه مجبور باشند منطق کنترل را برای هر فروشنده سخت‌افزار بازنویسی کنند.

این انعطاف‌پذیری بهره‌برداری از منابع را نیز بهبود می‌دهد. سیستم‌های سنتی PLC اغلب بخش بزرگی از ظرفیت رایانشی بلااستفاده را به وظایف کنترلی مجزا اختصاص می‌دهند. محیط‌های SoftPLC مبتنی بر لبه به چندین برنامه اجازه می‌دهند منابع پردازشی را کارآمدتر به‌اشتراک بگذارند.

تأسیساتی که در پلتفرم‌های رایانش صنعتی مقیاس‌پذیر سرمایه‌گذاری می‌کنند، بیش‌ازپیش اتوماسیون نرم‌افزارمحور را راهبردی بلندمدت برای گسترش عملیات می‌دانند.

مدیریت یکپارچه لبه، عملیات پراکنده را متحول می‌کند

با پراکنده‌تر شدن عملیات صنعتی، پلتفرم‌های ارکستراسیون متمرکز به‌عنوان یک لایه عملیاتی حیاتی ظهور کرده‌اند. این سیستم‌ها به تیم‌های مهندسی اجازه می‌دهند برنامه‌ها را از راه دور و در چندین تأسیسات مستقر، پایش، به‌روزرسانی و به نسخه قبلی بازگردانند.

برخلاف مدیریت متمرکز سنتی فناوری اطلاعات، ارکستراسیون لبه صنعتی باید استقلال محلی را حفظ کند. سیستم‌های تولیدی نمی‌توانند کاملاً به اتصال ابری وابسته باشند، زیرا الزامات دسترس‌پذیری در عملیات حیاتی مطلق است.

پلتفرم‌های مدرن ارکستراسیون، دید متمرکز را با قابلیت اطمینان اجرای محلی متوازن می‌کنند. برنامه‌ها حتی هنگام اختلال شبکه نیز به‌طور مستقل به کار خود ادامه می‌دهند و تیم‌های مهندسی همچنان کنترل متمرکز چرخه عمر را حفظ می‌کنند.

پیوند میان فناوری عملیاتی صنعتی و فناوری اطلاعات سازمانی

شکاف میان فناوری عملیاتی و زیرساخت فناوری اطلاعات سازمانی، از نظر تاریخی نوسازی صنعتی را کند کرده است. سیستم‌های تولیدی بر کنترل قطعی و دسترس‌پذیری تمرکز دارند، درحالی‌که فناوری اطلاعات سازمانی بر مقیاس‌پذیری، امنیت سایبری و چابکی نرم‌افزاری تأکید می‌کند.

پلتفرم‌های رایانش لبه با پشتیبانی هم‌زمان از پروتکل‌های صنعتی مانند Modbus، EtherCAT و PROFINET و همچنین APIهای مدرن و بارهای کاری کانتینری، این شکاف را کاهش می‌دهند.

نتیجه، زیرساختی یکپارچه‌تر است که می‌تواند بدون اتکا به لایه‌های متعدد میان‌افزار سفارشی، از تحلیل‌های هوش مصنوعی، نگهداری پیش‌بینانه و دید عملیاتی در سراسر کارخانه پشتیبانی کند.

تأسیساتی که زیرساخت شبکه صنعتی پراکنده خود را نوسازی می‌کنند، بیش‌ازپیش برای ساده‌سازی یکپارچه‌سازی و بهبود مدیریت امنیت سایبری به معماری‌های بومی لبه متکی هستند.

آینده اتوماسیون با ارکستراسیون نرم‌افزاری رقم خواهد خورد

گذار به اتوماسیون نرم‌افزارمحور بازتاب‌دهنده تحولی است که سال‌ها پیش رایانش سازمانی را دگرگون کرد. سازمان‌های صنعتی اکنون همان سرعت استقرار، مقیاس‌پذیری و قابلیت‌های ارکستراسیون متمرکزی را انتظار دارند که در محیط‌های بومی ابر یافت می‌شود.

PLCهای سنتی سال‌ها همچنان به ارائه خدمات برای برنامه‌های حیاتی و قطعی ادامه خواهند داد. بااین‌حال، مسیر کلی اتوماسیون صنعتی به‌طور فزاینده‌ای روشن می‌شود. تولیدکنندگان رقابت‌پذیر به‌سوی معماری‌هایی حرکت می‌کنند که در آن برنامه‌های کنترل ماژولار، قابل‌حمل، به‌صورت متمرکز مدیریت‌شده و به‌طور نزدیک با تحلیل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی یکپارچه هستند.

شرکت‌هایی که زودتر نوسازی را آغاز می‌کنند، احتمالاً در بهره‌وری استقرار، ثبات عملیاتی و مقیاس‌پذیری در شبکه‌های تولید جهانی مزیت‌های قابل‌اندازه‌گیری به دست خواهند آورد.

پلتفرم‌های ارکستراسیون متمرکز برای مدیریت برنامه‌های صنعتی پراکنده در مقیاس سازمانی به ضرورتی اساسی تبدیل می‌شوند.

از دیدگاه مهندسی، مهم‌ترین تغییر صرفاً جایگزین کردن PLCهای سخت‌افزاری با SoftPLCها نیست. تحول بزرگ‌تر، عملیاتی است. کنترل صنعتی از منطق مجزای سطح ماشین به زیرساخت نرم‌افزاریِ دارای ارکستراسیون متمرکز تکامل می‌یابد؛ زیرساختی که می‌تواند از هوش مصنوعی، تحلیل‌ها و تولید جهانیِ پراکنده پشتیبانی کند.

نویسنده: Nathan Cole | تحلیلگر ارشد سیستم‌های صنعتی
Nathan Cole بیش از ۱۳ سال تجربه در زمینه زیرساخت اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های کنترل پراکنده و فناوری‌های رایانش لبه دارد. سوابق او شامل پروژه‌های یکپارچه‌سازی میدانی با پلتفرم‌های Siemens، Emerson، Beckhoff Automation، Yokogawa و Schneider Electric در صنایع تولیدی، تولید برق و فرایندی است.