ระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรมกำลังเกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างอย่างเงียบ ๆ การควบคุมไม่ได้จำกัดอยู่เพียงในตู้ PLC หรือชั้น SCADA อีกต่อไป แต่กำลังขยับเข้าใกล้กระบวนการมากขึ้น โดยเข้าไปอยู่ภายในอุปกรณ์ภาคสนามที่เดิมมีหน้าที่เพียงรายงานข้อมูล

การเปลี่ยนผ่านนี้เห็นได้อย่างชัดเจนในระบบนิเวศ IO-Link ซึ่งเซนเซอร์ แอคชูเอเตอร์ และเกตเวย์สามารถประมวลผลตรรกะได้โดยตรงที่เอดจ์ แพลตฟอร์ม SICK SIG300 แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงนี้ด้วยการฝังพฤติกรรมที่ตั้งโปรแกรมได้ไว้ภายในชั้นการรวมเซนเซอร์ แทนที่จะพึ่งพาตัวควบคุมส่วนกลาง

ผลที่ตามมาคือ วิศวกรไม่ได้มีหน้าที่เพียงเดินสายอุปกรณ์อีกต่อไป แต่กำลังกระจายความอัจฉริยะไปทั่วพื้นที่การผลิต

ตรรกะการควบคุมย้ายไปยังเอดจ์ภาคสนาม

สแตกระบบอัตโนมัติแบบดั้งเดิมแบ่งหน้าที่ออกเป็น I/O ภาคสนาม การประมวลผลของ PLC และการกำกับดูแลโดย SCADA โครงสร้างนี้เคยช่วยให้ระบบมีความชัดเจนและน่าเชื่อถือ

อย่างไรก็ตาม เซนเซอร์อัจฉริยะและมาสเตอร์ IO-Link กำลังทำให้ขอบเขตเหล่านี้เลือนลาง อุปกรณ์สามารถตีความสัญญาณ ประมวลผลกฎ และสั่งงานเอาต์พุตได้โดยไม่ต้องรอรอบการทำงานของ PLC

เกตเวย์ SIG300 แสดงให้เห็นว่าระบบ IO-Link รวมการตรวจจับและการประมวลผลตรรกะไว้ในอุปกรณ์เอดจ์เดียวกันได้อย่างไร

สถาปัตยกรรมนี้ช่วยลดการพึ่งพาการประมวลผลแบบรวมศูนย์และเพิ่มความเร็วในการตอบสนองในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงรวดเร็ว เช่น ระบบบรรจุภัณฑ์ ระบบประกอบ และระบบขนถ่ายวัสดุ

ภายในโมเดลการกำหนดค่า IO-Link

SIG300 เชื่อมต่อผ่านอินเทอร์เฟซ USB-C ซึ่งเปิดใช้งานเว็บเซิร์ฟเวอร์ภายในเครื่อง วิศวกรสามารถกำหนดค่าพอร์ต กำหนดโปรไฟล์ IO-Link และจัดการอินพุตหรือเอาต์พุตดิจิทัลได้โดยตรงผ่านสภาพแวดล้อมการทำงานบนเบราว์เซอร์

การออกแบบนี้ไม่จำเป็นต้องสื่อสารกับ PLC อย่างต่อเนื่องระหว่างการตั้งค่า อีกทั้งยังแยกทราฟฟิกการกำหนดค่าออกจากเครือข่ายการผลิต ช่วยเพิ่มความปลอดภัยของระบบและความปลอดภัยระหว่างการทดสอบเดินระบบ

การกำหนดค่าระดับพอร์ตช่วยให้แต่ละช่องสัญญาณสลับระหว่างโหมด IO-Link อินพุตดิจิทัล หรือเอาต์พุตดิจิทัลได้

เมื่อระบุอุปกรณ์ผ่านไฟล์ IODD แล้ว ระบบจะรับรู้ความหมายของเซนเซอร์ที่เชื่อมต่อได้ ทำให้สามารถวินิจฉัยได้ละเอียดขึ้นและแมปข้อมูลเข้าสู่ชั้นตรรกะได้โดยตรง

ในขั้นตอนนี้ วิศวกรสามารถลดการพึ่งพา PLC สำหรับงานตัดสินใจพื้นฐานได้แล้ว

การประมวลผลตรรกะโดยไม่ต้องรอรอบการทำงานของ PLC

การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดปรากฏในตัวแก้ไขตรรกะ ค่าจากเซนเซอร์ไม่ได้เป็นเพียงสตรีมข้อมูลแบบพาสซีฟอีกต่อไป แต่กลายเป็นอินพุตของบล็อกการตัดสินใจแบบเรียลไทม์ที่ทำงานอยู่ภายในมาสเตอร์ IO-Link เอง

ในการกำหนดค่าอย่างง่าย เซนเซอร์วัดระยะจะส่งข้อมูลไปยังไฟสัญญาณแบบเสา ค่าดิบแบบแอนะล็อกจะถูกประมวลผล ปรับสเกล และแมปโดยตรงไปยังส่วนต่าง ๆ ของเอาต์พุต

ตรรกะจากเซนเซอร์ไปยังแอคชูเอเตอร์โดยตรงช่วยขจัดการประมวลผล PLC ขั้นกลางสำหรับงานควบคุมอย่างง่าย

บล็อกการหารช่วยปรับพฤติกรรมการกำหนดสเกลให้ละเอียดขึ้น ทำให้ระยะทางจริงสอดคล้องกับความละเอียดของเอาต์พุตภาพ การคำนวณแบบกระจายลักษณะนี้ช่วยลดภาระการสแกนของ PLC พร้อมเพิ่มความแน่นอนของการทำงานที่เอดจ์

สำหรับผู้สร้างเครื่องจักร นั่นหมายถึงรูทีนแลดเดอร์ที่น้อยลงและรอบการทดสอบเดินระบบที่รวดเร็วขึ้น

ตำแหน่งของตรรกะเอดจ์ IO-Link ในระบบจริง

สถาปัตยกรรมนี้มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในระบบการผลิตแบบโมดูล แต่ละสถานีสามารถทำงานได้เกือบอิสระ ขณะเดียวกันก็ยังรายงานสถานะไปยัง PLC หรือชั้น SCADA ส่วนกลาง

ตัวอย่างเช่น ในระบบสายพานลำเลียง เซนเซอร์สามารถควบคุมไฟแสดงสถานะของแต่ละโซนได้โดยตรง ในสายการบรรจุ เซนเซอร์วัดระยะสามารถสั่งกลไกคัดทิ้งได้โดยไม่เกิดความหน่วงจากตัวควบคุม

ในสถาปัตยกรรมขนาดใหญ่ มาสเตอร์ IO-Link จะทำหน้าที่เป็นโหนดควบคุมขนาดเล็กภายในระบบนิเวศ PLC และ PAC ที่กว้างขึ้น ช่วยลดคอขวดด้านการสื่อสารระหว่างทรัพยากรแบบกระจาย

แรงผลักดันของอุตสาหกรรมสู่ความอัจฉริยะแบบกระจาย

ผู้จำหน่ายอุปกรณ์อุตสาหกรรมกำลังฝังพลังการประมวลผลลงในฮาร์ดแวร์ภาคสนามมากขึ้น IO-Link, Ethernet APL และโมดูล I/O อัจฉริยะ ล้วนสะท้อนแนวโน้มเดียวกัน นั่นคือการผลักความอัจฉริยะลงไปยังระดับล่าง

การเปลี่ยนแปลงนี้สอดคล้องกับกลยุทธ์การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์และการนำการวิเคราะห์ข้อมูลที่เอดจ์มาใช้ ข้อมูลไม่ได้เดินทางขึ้นด้านบนเพียงอย่างเดียวอีกต่อไป การตัดสินใจกำลังเดินทางลงด้านล่างเช่นกัน

ระบบอย่าง SICK SIG300 แสดงให้เห็นว่าการกำหนดค่า การรับข้อมูล และการประมวลผลตรรกะสามารถอยู่ร่วมกันในชั้นอุปกรณ์เดียวได้โดยไม่ต้องใช้ตัวควบคุมภายนอก

แพลตฟอร์มการรวมระบบจากระบบนิเวศระบบอัตโนมัติชั้นนำ เช่น ระบบ Siemens SIMATIC ก็กำลังพัฒนาไปสู่สถาปัตยกรรมแบบไฮบริด ซึ่งอุปกรณ์เอดจ์รับหน้าที่ประมวลผลตรรกะเฉพาะพื้นที่

มุมมองทางวิศวกรรมต่อการเปลี่ยนผ่าน

จากมุมมองทางวิศวกรรม โมเดลนี้ช่วยเพิ่มการตอบสนองและลดความซับซ้อนของระบบในลูปควบคุมเฉพาะพื้นที่ อย่างไรก็ตาม ยังนำมาซึ่งความท้าทายด้านการออกแบบรูปแบบใหม่

การกระจายตรรกะจำเป็นต้องมีเอกสารกำกับและการควบคุมเวอร์ชันที่เข้มงวด หากไม่มีสิ่งเหล่านี้ การแก้ไขปัญหาจะทำได้ยากขึ้นเมื่อความอัจฉริยะกระจายอยู่ตามโหนดหลายจุด

ระบบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจะสร้างสมดุลระหว่างการประสานงานแบบรวมศูนย์กับความเป็นอิสระของเอดจ์ แทนที่จะเข้ามาแทนที่ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งทั้งหมด

ข้อมูลเชิงลึกจากภาคสนาม

เครือข่าย IO-Link ที่มีตรรกะฝังอยู่ไม่ได้เข้ามาแทนที่ PLC แต่กำลังนิยามใหม่ว่าส่วนใดควรอยู่ภายใน PLC

การตัดสินใจซ้ำ ๆ ที่ต้องการความหน่วงต่ำกำลังย้ายไปยังภาคสนาม ส่วนการประสานงานระดับสูงยังคงอยู่ในตัวควบคุมส่วนกลาง การแยกหน้าที่เช่นนี้กำลังกลายเป็นสถาปัตยกรรมมาตรฐานใหม่ในการออกแบบระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

มุมมองของผู้เขียน

Daniel Mercer นักวิเคราะห์อุตสาหกรรม | มีประสบการณ์ 14 ปีในระบบอัตโนมัติภาคอุตสาหกรรม

Daniel Mercer มีประสบการณ์ทำงานกับการติดตั้งระบบควบคุมที่ใช้ Siemens และ Emerson รวมถึงมีประสบการณ์ภาคสนามด้านการรวมระบบ IO-Link และสถาปัตยกรรม PLC แบบกระจายสำหรับการผลิตและการประยุกต์ใช้งานด้านพลังงาน

ในมุมมองของเขา ตรรกะเอดจ์ของ IO-Link เป็นวิวัฒนาการที่ใช้งานได้จริงมากกว่าจะเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ โดยช่วยลดภาระของตัวควบคุมและเพิ่มความเป็นอิสระในระดับเครื่องจักร เมื่อมีการกำกับดูแลอย่างเหมาะสม