ระบบควบคุมกำลังย้ายจากตู้ควบคุมไปยังชั้นประมวลผล

ระบบควบคุมในอุตสาหกรรมกำลังค่อย ๆ เปลี่ยนจากฮาร์ดแวร์แบบติดตั้งในแร็กโดยเฉพาะ ไปสู่การทำงานที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ ขณะนี้ PLC เสมือน ซึ่งมักเรียกว่า vPLC ทำงานอยู่ภายในเซิร์ฟเวอร์อุตสาหกรรม แทนที่จะอยู่ในตู้ควบคุมแบบเดิม

การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้แทนที่ลอจิกระบบอัตโนมัติ แต่เป็นการย้ายตำแหน่งของลอจิก เครื่องยนต์ควบคุมเข้าใกล้โครงสร้างพื้นฐานด้านไอทีมากขึ้น ขณะที่อุปกรณ์ภาคสนามยังคงเหมือนเดิมในพื้นที่โรงงาน

รูปที่ 1. สายการผลิตยานยนต์กำลังทดลองใช้รูปแบบการทำงานของระบบควบคุมที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์มากขึ้น

สิ่งที่ทำให้ PLC เสมือนแตกต่างอย่างแท้จริง

PLC แบบดั้งเดิมรวมฮาร์ดแวร์และลอจิกขณะทำงานไว้ในอุปกรณ์ที่ทนทานเพียงเครื่องเดียว ส่วน vPLC จะแยกสองชั้นนี้ออกจากกัน โดยให้รันไทม์ทำงานบนโครงสร้างพื้นฐานด้านการประมวลผลมาตรฐาน

การแยกส่วนนี้ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการติดตั้งใช้งาน วิศวกรสามารถโคลน ย้าย หรือขยายอินสแตนซ์ควบคุมระหว่างเซิร์ฟเวอร์ได้ โดยไม่ต้องออกแบบระบบควบคุมทั้งหมดใหม่

รูปที่ 2. ระบบ PLC แบบดั้งเดิมยังคงครองตลาดในสภาพแวดล้อมการควบคุมระดับภาคสนามที่ต้องการการทำงานแบบกำหนดแน่นอน

ในการติดตั้งใช้งานบางรูปแบบ ระบบนิเวศ เช่น แพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติของ Siemens ได้รับการเสริมด้วยชั้นรันไทม์เสมือน เพื่อรองรับสถาปัตยกรรมแบบไฮบริดที่ผสานการควบคุมที่เอดจ์เข้ากับการจัดการประสานงานระดับไอที

จุดที่สถาปัตยกรรมติดข้อจำกัดและจุดที่สามารถขยายได้

PLC เสมือนสามารถขยายได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อทรัพยากรการประมวลผลเพิ่มขึ้น หน่วยความจำและกำลังประมวลผลสามารถเพิ่มได้ด้วยการอัปเกรดเซิร์ฟเวอร์มาตรฐาน แทนการรอรอบเปลี่ยนฮาร์ดแวร์

โมเดลนี้รองรับระบบอัตโนมัติแบบโมดูลาร์ วิศวกรสามารถสร้างอินสแตนซ์ควบคุมเพิ่มเติมสำหรับสายการผลิตใหม่ได้ โดยไม่ต้องออกแบบโครงสร้าง I/O ใหม่ทั้งหมด

รูปที่ 3. ระบบ I/O แบบกระจายยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก แม้การควบคุมจะย้ายไปอยู่ในสภาพแวดล้อมที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์

การติดตั้งใช้งานในโรงงานและข้อจำกัดที่เกิดขึ้นจริง

โปรโตคอลอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม เช่น PROFINET และ EtherNet/IP ยังคงทำหน้าที่เชื่อมต่ออุปกรณ์ภาคสนาม การเปลี่ยนแปลงหลักทางสถาปัตยกรรมเกิดขึ้นในชั้นการทำงานของระบบควบคุมที่อยู่ถัดขึ้นไป

สิ่งนี้นำมาซึ่งความท้าทายในการผสานรวมไอทีและ OT การแบ่งส่วนเครือข่าย การออกแบบ VLAN และการแบ่งโซนด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์กลายเป็นปัจจัยสำคัญต่อการทำงานที่เสถียร

รูปที่ 4. ปัจจุบันเซิร์ฟเวอร์อุตสาหกรรมรองรับเวิร์กโหลดระบบอัตโนมัติหลายรูปแบบ รวมถึงลอจิกควบคุมและบริการ IIoT

เมื่อขยายระบบให้มีขนาดใหญ่ ความซ้ำซ้อนจึงเป็นสิ่งจำเป็น ระบบจัดเก็บข้อมูลแบบ RAID การสลับทำงานแทนของ VM และเซิร์ฟเวอร์แบบคลัสเตอร์ช่วยลดความเสี่ยงจากการหยุดทำงานในสภาพแวดล้อมการผลิตขนาดใหญ่

เหตุใดการเปลี่ยนแปลงนี้จึงกำลังเร่งตัวขึ้นในขณะนี้

โรงงานสมัยใหม่พึ่งพาพีซีอุตสาหกรรมสำหรับการวิเคราะห์ การติดตาม OEE และการเก็บรวบรวมข้อมูลอยู่แล้ว vPLC จึงขยายชั้นการประมวลผลนี้ไปสู่การควบคุมแบบเรียลไทม์

การบรรจบกันนี้รองรับสถาปัตยกรรม IIoT ข้อมูลสามารถไหลจากลอจิกควบคุมไปยังการวิเคราะห์บนคลาวด์ได้ง่ายขึ้น โดยไม่ติดข้อจำกัดจากคอขวดในการแปลงโปรโตคอล

การนำเอดจ์คอมพิวติ้งมาใช้งานยังเป็นแรงขับเคลื่อนแนวโน้มนี้ ผู้ผลิตต้องการข้อมูลเชิงลึกที่รวดเร็วยิ่งขึ้น โดยไม่ลดทอนพฤติกรรมการทำงานแบบกำหนดแน่นอนในระดับภาคสนาม

มุมมองของวิศวกรภาคสนามต่อการเปลี่ยนผ่าน

PLC เสมือนจะไม่เข้ามาแทนที่ตัวควบคุมที่มีความทนทานในวงจรนิรภัยที่สำคัญ แต่จะช่วยขยายลำดับชั้นการควบคุมและรองรับเวิร์กโหลดระบบอัตโนมัติที่ไม่สำคัญต่อความปลอดภัย

คุณค่าที่โดดเด่นที่สุดปรากฏในระบบไฮบริด งานที่ต้องการความเร็วสูงและการทำงานแบบกำหนดแน่นอนยังคงอยู่บนฮาร์ดแวร์ PLC โดยเฉพาะ ขณะที่การจัดการประสานงานและลอจิกข้อมูลย้ายไปอยู่ในสภาพแวดล้อมเสมือน

ในทางปฏิบัติ สิ่งนี้ทำให้เกิดสถาปัตยกรรมแบบสมองแยกส่วน ด้านหนึ่งรับประกันการควบคุมแบบกำหนดแน่นอน อีกด้านหนึ่งช่วยให้ขยายระบบและผสานรวมการวิเคราะห์ข้อมูลได้

อุตสาหกรรมกำลังมุ่งไปสู่ความสมดุลนี้ แทนที่จะเปลี่ยนระบบทั้งหมดในคราวเดียว

Michael Grant นักข่าวด้านระบบอุตสาหกรรม มีประสบการณ์ 14 ปีในโครงการผสานรวมระบบอัตโนมัติของ Siemens และ Schneider Electric