Virtuális vezérlőrendszerek és vPLC a modern automatizálásban

Az irányítórendszerek áthelyezése a szekrényből a számítási rétegbe

Az ipari vezérlés lassan elmozdul a dedikált rack hardverektől a szoftveresen definiált végrehajtás felé. A virtuális PLC-k, gyakran vPLC-knek nevezve, ma már ipari szervereken futnak a hagyományos vezérlőszekrények helyett.

Ez a váltás nem helyettesíti az automatizálási logikát, hanem áthelyezi azt. A vezérlőmotor közelebb kerül az IT infrastruktúrához, miközben a terepi eszközök változatlanok maradnak a gyártósoron.

1. ábra. Az autóipari gyártósorok egyre inkább kísérleteznek a szoftveresen definiált vezérlési végrehajtási modellekkel.

Mi teszi valójában különlegessé a virtuális PLC-t

A hagyományos PLC egyetlen masszív eszközben egyesíti a hardvert és a futási logikát. A vPLC ezeket a rétegeket szétválasztja. A futtatás szabványosított számítási infrastruktúrán történik.

Ez a szétválasztás rugalmasságot biztosít a telepítésben. A mérnökök klónozhatják, áthelyezhetik vagy skálázhatják a vezérlési példányokat szerverek között anélkül, hogy az egész vezérlőrendszert újraterveznék.

2. ábra. A hagyományos PLC rendszerek továbbra is uralják a determinisztikus terepi szintű vezérlési környezeteket.

Néhány telepítésnél olyan ökoszisztémák, mint a Siemens automatizálási platformok virtuális futtatási rétegekkel bővülnek, hogy támogassák a hibrid architektúrákat, amelyek ötvözik az élvezérlést és az IT szintű koordinációt.

Hol törik meg az architektúra és hol skálázódik

A virtuális PLC-k hatékonyan skálázódnak, amikor a számítási erőforrások bővülnek. A memória és a feldolgozási kapacitás szabványos szerverfrissítésekkel növelhető hardvercsere helyett.

Ez a modell támogatja a moduláris automatizálást. A mérnökök új vezérlési példányokat indíthatnak új gyártósorokhoz anélkül, hogy az I/O struktúrákat újraterveznék.

3. ábra. Az elosztott I/O nagyrészt változatlan marad, még akkor is, ha a vezérlés szoftveresen definiált környezetekbe kerül.

Gyári telepítések és valós korlátok

Az ipari Ethernet protokollok, mint a PROFINET és az EtherNet/IP továbbra is összekapcsolják a terepi eszközöket. A fő architekturális változás a vezérlési végrehajtási rétegben történik.

Ez IT és OT integrációs kihívásokat hoz magával. A hálózati szegmentáció, VLAN tervezés és kiberbiztonsági zónázás kritikus fontosságú a stabil működéshez.

4. ábra. Az ipari szerverek ma már több automatizálási munkaterhelést is futtatnak, beleértve a vezérlési logikát és az IIoT szolgáltatásokat.

Nagy léptékben a redundancia elengedhetetlen. RAID tárolás, VM failover és klaszterezett szerverek csökkentik a leállás kockázatát nagy gyártási környezetekben.

Miért gyorsul fel most ez az átalakulás

A modern gyárak már ipari PC-kre támaszkodnak elemzésekhez, OEE követéshez és adatgyűjtéshez. A vPLC-k kiterjesztik ezt a számítási réteget valós idejű vezérlésre.

Ez az összeolvadás támogatja az IIoT architektúrákat. Az adatok könnyebben áramlanak a vezérlési logikából a felhőalapú elemzésekbe anélkül, hogy protokollfordítási szűk keresztmetszetek lennének.

Az élvezérlés elfogadása is hajtja ezt a trendet. A gyártók gyorsabb betekintést szeretnének anélkül, hogy feláldoznák a determinisztikus viselkedést a terepi szinten.

Egy terepi mérnök nézőpontja az átmenetről

A virtuális PLC-k nem fogják helyettesíteni a masszív vezérlőket a kritikus biztonsági hurkokban. Kiterjesztik a vezérlési hierarchiát és átvállalják a nem kritikus automatizálási munkaterheléseket.

A legerősebb érték a hibrid rendszerekben jelenik meg. A nagy sebességű determinisztikus feladatok dedikált PLC hardveren maradnak, míg az összehangolás és az adatlogika a virtuális környezetekbe kerül.

Gyakorlatban ez egy kettős architektúrát hoz létre. Az egyik oldal garantálja a determinisztikus vezérlést, a másik pedig a skálázhatóságot és az elemzési integrációt.

Az ipar inkább erre az egyensúlyra törekszik, mint a teljes cserére.

Michael Grant, Ipari rendszerek tudósító, 14 év tapasztalat a Siemens és Schneider Electric automatizálási integrációs projektjeiben