ระบบควบคุมเสมือนและ vPLC ในระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

ระบบควบคุมที่ย้ายจากตู้ควบคุมไปยังชั้นคอมพิวต์

การควบคุมในอุตสาหกรรมกำลังค่อยๆ ย้ายจากฮาร์ดแวร์แร็คเฉพาะทางไปสู่การทำงานที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ PLC เสมือน หรือที่เรียกกันว่า vPLC ตอนนี้ทำงานภายในเซิร์ฟเวอร์อุตสาหกรรมแทนตู้ควบคุมแบบดั้งเดิม

การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้แทนที่ตรรกะอัตโนมัติ แต่เป็นการย้ายตำแหน่ง เครื่องยนต์ควบคุมจะเคลื่อนเข้ามาใกล้โครงสร้างพื้นฐานไอทีมากขึ้น ในขณะที่อุปกรณ์ภาคสนามยังคงเหมือนเดิมบนพื้นโรงงาน

รูปที่ 1. สายการผลิตรถยนต์เริ่มทดลองใช้รูปแบบการทำงานควบคุมที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์มากขึ้น

อะไรที่ทำให้ PLC เสมือนแตกต่างจริงๆ

PLC แบบดั้งเดิมรวมฮาร์ดแวร์และตรรกะรันไทม์ไว้ในอุปกรณ์ที่ทนทานหนึ่งชิ้น vPLC แยกชั้นเหล่านี้ออกจากกัน รันไทม์ทำงานบนโครงสร้างพื้นฐานคอมพิวต์มาตรฐาน

การแยกนี้ช่วยให้มีความยืดหยุ่นในการปรับใช้ วิศวกรสามารถโคลน ย้าย หรือขยายอินสแตนซ์ควบคุมข้ามเซิร์ฟเวอร์ได้โดยไม่ต้องออกแบบระบบควบคุมทั้งหมดใหม่

รูปที่ 2. ระบบ PLC แบบดั้งเดิมยังคงครองตลาดในสภาพแวดล้อมการควบคุมระดับภาคสนามที่ต้องการความแม่นยำสูง

ในบางการใช้งาน ระบบนิเวศเช่น แพลตฟอร์มอัตโนมัติของ Siemens ถูกขยายด้วยชั้นรันไทม์เสมือนเพื่อรองรับสถาปัตยกรรมแบบไฮบริดที่ผสมผสานการควบคุมที่ขอบเครือข่ายและการประสานงานระดับไอที

จุดที่สถาปัตยกรรมล้มเหลวและจุดที่ขยายได้

vPLC ขยายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อทรัพยากรคอมพิวต์เพิ่มขึ้น หน่วยความจำและพลังประมวลผลสามารถเพิ่มได้ผ่านการอัปเกรดเซิร์ฟเวอร์มาตรฐานแทนการเปลี่ยนฮาร์ดแวร์ใหม่

รูปแบบนี้สนับสนุนระบบอัตโนมัติแบบโมดูลาร์ วิศวกรสามารถสร้างอินสแตนซ์ควบคุมเพิ่มเติมสำหรับสายการผลิตใหม่โดยไม่ต้องออกแบบโครงสร้าง I/O ใหม่

รูปที่ 3. I/O แบบกระจายยังคงเหมือนเดิมแม้ว่าการควบคุมจะย้ายไปสู่สภาพแวดล้อมที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์

การใช้งานในโรงงานและข้อจำกัดจริง

โปรโตคอลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรม เช่น PROFINET และ EtherNet/IP ยังคงเชื่อมต่ออุปกรณ์ภาคสนาม การเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมหลักเกิดขึ้นที่ชั้นการทำงานควบคุมด้านบน

สิ่งนี้นำมาซึ่งความท้าทายในการบูรณาการ IT และ OT การแบ่งส่วนเครือข่าย การออกแบบ VLAN และการจัดโซนความปลอดภัยไซเบอร์จึงมีความสำคัญต่อการทำงานที่เสถียร

รูปที่ 4. เซิร์ฟเวอร์อุตสาหกรรมตอนนี้โฮสต์งานอัตโนมัติหลายงานรวมถึงตรรกะควบคุมและบริการ IIoT

ในระดับขนาดใหญ่ ความซ้ำซ้อนเป็นสิ่งจำเป็น ระบบจัดเก็บ RAID การสลับ VM และเซิร์ฟเวอร์แบบคลัสเตอร์ช่วยลดความเสี่ยงของเวลาหยุดทำงานในสภาพแวดล้อมการผลิตขนาดใหญ่

ทำไมการเปลี่ยนแปลงนี้จึงเร่งขึ้นในตอนนี้

โรงงานสมัยใหม่พึ่งพา PC อุตสาหกรรมสำหรับการวิเคราะห์ การติดตาม OEE และการเก็บข้อมูล vPLC ขยายชั้นคอมพิวต์นี้ไปสู่การควบคุมแบบเรียลไทม์

การรวมกันนี้สนับสนุนสถาปัตยกรรม IIoT ข้อมูลไหลได้ง่ายขึ้นจากตรรกะควบคุมไปยังการวิเคราะห์บนคลาวด์โดยไม่มีคอขวดจากการแปลงโปรโตคอล

การนำ edge computing มาใช้ยังเป็นแรงผลักดัน ผู้ผลิตต้องการข้อมูลเชิงลึกที่รวดเร็วขึ้นโดยไม่สูญเสียพฤติกรรมที่แม่นยำในระดับภาคสนาม

มุมมองของวิศวกรภาคสนามต่อการเปลี่ยนผ่านนี้

vPLC จะไม่มาแทนที่ตัวควบคุมที่ทนทานในวงจรความปลอดภัยที่สำคัญ แต่จะขยายลำดับชั้นการควบคุมและรับภาระงานอัตโนมัติที่ไม่สำคัญ

คุณค่าที่ชัดเจนที่สุดอยู่ในระบบไฮบริด งานที่ต้องการความแม่นยำสูงยังคงอยู่บนฮาร์ดแวร์ PLC เฉพาะทาง ในขณะที่การประสานงานและตรรกะข้อมูลย้ายไปยังสภาพแวดล้อมเสมือน

ในทางปฏิบัติ สิ่งนี้สร้างสถาปัตยกรรมแบบแยกสมอง ด้านหนึ่งรับประกันการควบคุมที่แม่นยำ อีกด้านหนึ่งเปิดโอกาสให้ขยายตัวและรวมการวิเคราะห์

อุตสาหกรรมกำลังมุ่งสู่สมดุลนี้มากกว่าการแทนที่ทั้งหมด

ไมเคิล แกรนท์ ผู้สื่อข่าวระบบอุตสาหกรรม มีประสบการณ์ 14 ปีในโครงการบูรณาการอัตโนมัติของ Siemens และ Schneider Electric