ระบบควบคุมเสมือนและ vPLC ในระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

ระบบควบคุมกำลังย้ายจากตู้ควบคุมไปยังชั้นประมวลผล

ระบบควบคุมในอุตสาหกรรมกำลังค่อย ๆ เปลี่ยนจากฮาร์ดแวร์แบบติดตั้งในแร็กโดยเฉพาะไปสู่การประมวลผลที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ PLC เสมือน ซึ่งมักเรียกว่า vPLC ปัจจุบันทำงานอยู่ภายในเซิร์ฟเวอร์อุตสาหกรรมแทนตู้ควบคุมแบบเดิม

การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้แทนที่ตรรกะระบบอัตโนมัติ แต่เป็นการย้ายตำแหน่ง ต้นกำเนิดการควบคุมขยับเข้าใกล้โครงสร้างพื้นฐานด้านไอทีมากขึ้น ขณะที่อุปกรณ์ภาคสนามยังคงเดิมอยู่ในพื้นที่โรงงาน

รูปที่ 1 สายการผลิตยานยนต์กำลังทดลองใช้รูปแบบการประมวลผลระบบควบคุมที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์มากขึ้น

อะไรทำให้ PLC เสมือนแตกต่างอย่างแท้จริง

PLC แบบดั้งเดิมรวมฮาร์ดแวร์และตรรกะขณะทำงานไว้ในอุปกรณ์ที่แข็งแรงทนทานเพียงเครื่องเดียว ส่วน vPLC แยกสองชั้นนี้ออกจากกัน โดยรันไทม์จะทำงานบนโครงสร้างพื้นฐานการประมวลผลมาตรฐาน

การแยกส่วนนี้ช่วยให้การติดตั้งมีความยืดหยุ่น วิศวกรสามารถโคลน ย้าย หรือเพิ่มขนาดอินสแตนซ์ระบบควบคุมข้ามเซิร์ฟเวอร์ได้ โดยไม่ต้องออกแบบระบบควบคุมทั้งหมดใหม่

รูปที่ 2 ระบบ PLC แบบดั้งเดิมยังคงครองตลาดในสภาพแวดล้อมการควบคุมระดับภาคสนามที่ต้องการความแน่นอนของเวลา

ในการติดตั้งบางรูปแบบ ระบบนิเวศอย่าง แพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติของ Siemens ได้รับการขยายด้วยชั้นรันไทม์เสมือน เพื่อรองรับสถาปัตยกรรมแบบไฮบริดที่ผสานการควบคุมที่เอดจ์เข้ากับการจัดการประสานงานระดับไอที

จุดที่สถาปัตยกรรมสะดุด และจุดที่สามารถขยายได้

PLC เสมือนสามารถขยายได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อทรัพยากรการประมวลผลเพิ่มขึ้น หน่วยความจำและกำลังประมวลผลสามารถเพิ่มได้ผ่านการอัปเกรดเซิร์ฟเวอร์มาตรฐาน แทนการเปลี่ยนฮาร์ดแวร์ตามรอบ

โมเดลนี้รองรับระบบอัตโนมัติแบบโมดูลาร์ วิศวกรสามารถสร้างอินสแตนซ์ระบบควบคุมเพิ่มเติมสำหรับสายการผลิตใหม่ได้ โดยไม่ต้องออกแบบโครงสร้าง I/O ใหม่

รูปที่ 3 ระบบ I/O แบบกระจายยังคงแทบไม่เปลี่ยนแปลง แม้การควบคุมจะย้ายไปอยู่ในสภาพแวดล้อมที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์

การติดตั้งในโรงงานและข้อจำกัดที่เกิดขึ้นจริง

โปรโตคอลอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม เช่น PROFINET และ EtherNet/IP ยังคงใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์ภาคสนาม การเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมหลักเกิดขึ้นที่ชั้นประมวลผลการควบคุมซึ่งอยู่เหนือขึ้นไป

สิ่งนี้ทำให้เกิดความท้าทายด้านการผสานรวมไอทีและ OT การแบ่งส่วนเครือข่าย การออกแบบ VLAN และการกำหนดโซนความปลอดภัยทางไซเบอร์กลายเป็นปัจจัยสำคัญต่อการทำงานที่เสถียร

รูปที่ 4 ปัจจุบันเซิร์ฟเวอร์อุตสาหกรรมสามารถโฮสต์เวิร์กโหลดระบบอัตโนมัติหลายประเภท รวมถึงตรรกะควบคุมและบริการ IIoT

เมื่อขยายระบบให้ใหญ่ขึ้น ความซ้ำซ้อนกลายเป็นสิ่งจำเป็น พื้นที่จัดเก็บข้อมูลแบบ RAID การสลับการทำงานของ VM เมื่อเกิดข้อขัดข้อง และเซิร์ฟเวอร์แบบคลัสเตอร์ช่วยลดความเสี่ยงจากการหยุดทำงานในสภาพแวดล้อมการผลิตขนาดใหญ่

เหตุใดการเปลี่ยนแปลงนี้จึงเร่งตัวขึ้นในขณะนี้

โรงงานสมัยใหม่พึ่งพาพีซีอุตสาหกรรมสำหรับการวิเคราะห์ การติดตาม OEE และการเก็บข้อมูลอยู่แล้ว vPLC ขยายชั้นการประมวลผลนี้ไปสู่การควบคุมแบบเรียลไทม์

การหลอมรวมนี้รองรับสถาปัตยกรรม IIoT ข้อมูลสามารถไหลจากตรรกะควบคุมไปยังการวิเคราะห์บนคลาวด์ได้ง่ายขึ้น โดยไม่เกิดคอขวดจากการแปลงโปรโตคอล

การนำเอดจ์คอมพิวติงมาใช้ยังเป็นแรงผลักดันแนวโน้มนี้ ผู้ผลิตต้องการข้อมูลเชิงลึกที่รวดเร็วขึ้น โดยไม่ลดทอนพฤติกรรมที่มีความแน่นอนของเวลาในระดับภาคสนาม

มุมมองของวิศวกรภาคสนามต่อการเปลี่ยนผ่าน

PLC เสมือนจะไม่เข้ามาแทนที่ตัวควบคุมที่แข็งแรงทนทานในวงจรความปลอดภัยที่สำคัญ แต่จะช่วยขยายลำดับชั้นการควบคุมและรองรับเวิร์กโหลดระบบอัตโนมัติที่ไม่สำคัญต่อความปลอดภัย

คุณค่าที่ชัดเจนที่สุดปรากฏในระบบไฮบริด งานความเร็วสูงที่ต้องการความแน่นอนของเวลายังคงทำงานบนฮาร์ดแวร์ PLC โดยเฉพาะ ขณะที่การจัดการประสานงานและตรรกะข้อมูลย้ายไปยังสภาพแวดล้อมเสมือน

ในทางปฏิบัติ สิ่งนี้ก่อให้เกิดสถาปัตยกรรมแบบสมองแยกส่วน ด้านหนึ่งรับประกันการควบคุมที่มีความแน่นอนของเวลา อีกด้านช่วยให้ขยายระบบและผสานรวมการวิเคราะห์ได้

อุตสาหกรรมกำลังมุ่งไปสู่สมดุลนี้ มากกว่าการแทนที่ทั้งหมด

Michael Grant ผู้สื่อข่าวด้านระบบอุตสาหกรรม มีประสบการณ์ 14 ปีในโครงการผสานรวมระบบอัตโนมัติของ Siemens และ Schneider Electric