A vezérlőrendszerek a szekrényből a számítási rétegbe költöznek

Az ipari vezérlés lassan eltávolodik a dedikált rackhardverektől, és a szoftveresen definiált végrehajtás felé mozdul. A virtuális PLC-k, amelyeket gyakran vPLC-knek neveznek, ma már hagyományos vezérlőszekrények helyett ipari szervereken futnak.

Ez az átalakulás nem váltja ki az automatizálási logikát. Csupán áthelyezi azt. A vezérlőmotor közelebb kerül az IT-infrastruktúrához, miközben a terepi eszközök változatlanok maradnak az üzemi területen.

1. ábra. Az autóipari gyártósorokon egyre gyakrabban kísérleteznek a szoftveresen definiált vezérlés-végrehajtási modellekkel.

Mitől különbözik valójában egy virtuális PLC?

A hagyományos PLC egyetlen robusztus eszközben egyesíti a hardvert és a futtatási logikát. A vPLC szétválasztja ezeket a rétegeket. A futtatókörnyezet szabványos számítási infrastruktúrán hajtódik végre.

Ez a szétválasztás rugalmas telepítést tesz lehetővé. A mérnökök a teljes vezérlőrendszer újratervezése nélkül klónozhatják, áthelyezhetik vagy skálázhatják a vezérlőpéldányokat a szerverek között.

2. ábra. A hagyományos PLC-rendszerek továbbra is meghatározóak a determinisztikus, terepi szintű vezérlési környezetekben.

Egyes telepítésekben az olyan ökoszisztémákat, mint a Siemens automatizálási platformjai, virtualizált futtatási rétegekkel egészítik ki, hogy támogassák a terepi vezérlést és az IT-szintű összehangolást ötvöző hibrid architektúrákat.

Hol törik meg az architektúra, és hol skálázható?

A virtuális PLC-k hatékonyan skálázhatók a számítási erőforrások bővülésekor. A memória és a feldolgozási teljesítmény a hardvercsere-ciklusok helyett szabványos szerverfrissítésekkel növelhető.

Ez a modell moduláris automatizálást tesz lehetővé. A mérnökök további vezérlőpéldányokat indíthatnak el az új gyártósorokhoz anélkül, hogy újra kellene tervezniük az I/O-struktúrákat.

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

Üzemi telepítések és valós korlátok

Az ipari Ethernet-protokollok, például a PROFINET és az EtherNet/IP, továbbra is a terepi eszközök csatlakoztatására szolgálnak. A legfontosabb architekturális változás a vezérlés-végrehajtási rétegben, feljebb történik.

Ez IT- és OT-integrációs kihívásokat teremt. A hálózati szegmentálás, a VLAN-tervezés és a kiberbiztonsági zónák kialakítása kulcsfontosságúvá válik a stabil működéshez.

4. ábra. Az ipari szerverek ma már több automatizálási munkaterhelést tárolnak, köztük vezérlési logikát és IIoT-szolgáltatásokat.

Nagy léptékben a redundancia elengedhetetlenné válik. A RAID-tárolás, a VM-ek feladatátvétele és a fürtözött szerverek csökkentik a kiesés kockázatát nagy gyártási környezetekben.

Miért gyorsul fel most ez az átalakulás?

A modern gyárak már most is ipari számítógépekre támaszkodnak az elemzések, az OEE-követés és az adatgyűjtés során. A vPLC-k ezt a számítási réteget valós idejű vezérléssel bővítik.

Ez a konvergencia támogatja az IIoT-architektúrákat. Az adatok könnyebben jutnak el a vezérlési logikából a felhőalapú elemzésekbe, a protokollfordításból adódó szűk keresztmetszetek nélkül.

Az edge computing terjedése szintén hajtja ezt a trendet. A gyártók gyorsabb betekintést szeretnének elérni anélkül, hogy feláldoznák a determinisztikus működést a terepi szinten.

Az átállás egy terepi mérnök szemszögéből

A virtuális PLC-k nem fogják kiváltani a kritikus biztonsági körök robusztus vezérlőit. Bővíteni fogják a vezérlési hierarchiát, és átveszik a nem kritikus automatizálási munkaterheléseket.

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

A gyakorlatban ez megosztott architektúrát hoz létre. Az egyik oldal garantálja a determinisztikus vezérlést. A másik lehetővé teszi a skálázhatóságot és az elemzési rendszerek integrációját.

Az iparág inkább ezen egyensúly felé halad, nem pedig a teljes kiváltás felé.

Michael Grant, ipari rendszerek szakújságírója, 14 év tapasztalattal a Siemens és a Schneider Electric automatizálási integrációs projektjeiben