Virtuális vezérlőrendszerek és vPLC a modern automatizálásban

A vezérlőrendszerek a szekrényből a számítási rétegbe költöznek

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

Ez a változás nem váltja fel az automatizálási logikát, hanem 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 futtatási környezet szabványos számítási infrastruktúrán működik.

Ez a szétválasztás rugalmas telepítést tesz lehetővé. A mérnökök a teljes vezérlőrendszer újratervezése nélkül klónozhatják, áthelyezhetik vagy méretezhetik 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, amikor bővülnek a számítási erőforrások. A memória és a feldolgozási teljesítmény a hardvercsere-ciklusok helyett szabványos szerverfrissítésekkel növelhető.

Ez a modell moduláris automatizálást támogat. A mérnökök további vezérlőpéldányokat indíthatnak el új gyártósorokhoz anélkül, hogy újra kellene tervezniük a be-/kimeneti struktúrákat.

3. ábra. Az elosztott be-/kimeneti rendszer nagyrészt változatlan marad akkor is, amikor a vezérlés szoftveresen definiált környezetekbe kerül.

Üzemi telepítések és valós korlátok

Az olyan ipari Ethernet-protokollok, mint a PROFINET és az EtherNet/IP, továbbra is összekötik a terepi eszközöket. A fő architekturális változás feljebb, a vezérlés-végrehajtási rétegben történik.

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

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

Nagy léptékben a redundancia elengedhetetlen. A RAID-tárolás, a virtuális gépek feladatátvétele és a fürtözött szerverek csökkentik a kiesés kockázatát a nagy termelési környezetekben.

Miért gyorsul fel most ez az átalakulás?

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

Ez az összeolvadás támogatja az IIoT-architektúrákat. Az adatok könnyebben áramlanak a vezérlési logikából a felhőalapú elemzésekbe, protokoll-átalakítási szűk keresztmetszetek nélkül.

A peremszámítás elterjedése szintén ösztönzi ezt a trendet. A gyártók gyorsabb betekintést szeretnének anélkül, hogy feláldoznák a determinisztikus működést terepi szinten.

Egy terepi mérnök nézőpontja az átmenetről

A virtuális PLC-k nem fogják felváltani a kritikus biztonsági körök robusztus vezérlőit. Kibővítik 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 agyú architektúrát hoz létre. Az egyik oldal garantálja a determinisztikus vezérlést. A másik lehetővé teszi a skálázhatóságot és az elemzési rendszerekkel való integrációt.

Az iparág inkább e felé az egyensúly felé halad, nem pedig a teljes kiváltás irányába.

Michael Grant, ipari rendszerekkel foglalkozó riporter, 14 év tapasztalattal a Siemens és a Schneider Electric automatizálási integrációs projektjeiben