Новости при програмируемите логически контролери

• PLC контролерите са неизменни елементи на системите за индустриална автоматизация от зората на съвременното производство
  
  
• От тогава до днес програмируемото управление е претърпяло значително технологично развитие
  
  
• Съвременният програмируем контролер е много по-надежден, издръжлив, гъвкав и мащабируем от предшествениците си

Програмируемите логически контролери (PLC) са неизменни елементи на системите за индустриална автоматизация от зората на съвременното производство. От тогава до днес програмируемото управление е претърпяло значително технологично развитие, а моделите от последно поколение в каталозите на водещите производители са все по-надеждни и издръжливи и разполагат с все по-богат набор от интелигентни функции.

Глобалният пазар на PLC системи се оценява на 12,2 млрд. щатски долара през настоящата година, като се очаква да надхвърли 15 млрд. долара до 2029 г. PLC контролерите, които традиционно служат като основа на процесната и дискретната промишлена автоматизация, в наши дни са все по-широко разпространени с нарастващото възприемане на принципите на Industry 4.0 в различни сектори. Основен фактор за ръста в приложенията им е увеличеното внедряване на индустриални роботи в автомобилната промишленост, електрониката и други отрасли. Като един от водещите клиентски сегменти за PLC системите, промишлената роботика се превръща в ключов двигател за по-нататъшното развитие на пазара на програмируеми контролери, а прогнозите са тази тенденция да продължи да се разгръща с все по-масовата роботизация на фабриките по цял свят, където в експлоатация по данни на IFR вече са близо 4,3 млн. робота.

Еволюцията в сегмента

PLC системите са считани от мнозина за гръбнак на промишлената автоматизация, като неминуемо еволюират паралелно с нея и се адаптират се към всяка следваща вълна от технологии. Това е валидно и днес, вече близо шест десетилетия след първия програмируем контролер Modicon 084, разработен от Дик Морли и екипа му за General Motors. Иновации, като изкуствения интелект, облачните и периферните изчисления, IIoT, 5G свързаността, добавената и виртуалната реалност, навлизат широко във всички възможни направления на индустрията, а PLC контролерите далеч не правят изключение. “Въоръжени” с осъвременен функционален арсенал, тези компактни промишлени компютърни системи се превръщат в основна градивна единица на интелигентната автоматизация, дигитализацията и Industry 4.0, като позволяват динамично регулиране и управление на индустриалните процеси на базата на данни от обратна връзка в реално време.

С помощта на усъвършенствани функции, като самодиагностика, автомониторинг и прогнозна поддръжка, програмируемите контролери от последно поколение предварително идентифицират различни проблеми с оборудването, минимизират престоите и повишават оперативната ефективност. Все по-важна тема в контекста на развитието им е киберсигурността, която е задължителен елемент от дигиталната трансформация на индустриалните системи с цел осигуряване на надеждна защита на чувствителните данни, критичните процеси и инфраструктури от киберзаплахи.

Поглеждайки към миналото на PLC, няма как да пропуснем един сравнително дълъг период, в който спектърът на приложение на тези системи е значително по-тесен, а използването им – много по-ограничено по мащаб. Тогава програмируемите логически контролери разчитат на собствено програмиране за управление основно на полеви устройства. В практиката постепенно навлизат т. нар. програмируеми контролери за автоматизация (Programmable Automation Controllers, PACs), при които фокусът е върху значително по-стандартизирани и модулни програмни езици и скоро стават популярно решение за управление на цели производствени линии и съоръжения.

Днес границите между тези два продуктови сегмента са доста размити, тъй като PLC контролерите се използват за управление на все по-голямо разнообразие (по тип и мащаб) от системи, процеси и оборудване. Програмните езици, които в миналото почти изравняват броя на производителите в сегмента, днес са все по-малко и все по-универсални. Стандартизацията в тази посока е желателна по редица причини, като се започне с възможността PLC инженерите и техниците да работят по-лесно с повече разнообразни продукти от различни производители, както и обучените и опитни кадри да намират лесно реализация в различни компании, вместо да за “закотвени” в дадена фирма поради ограничени до конкретна технология компетенции. А от гледна точка на приложенията, стандартизираното програмиране значително разширява приложната област на PLC контролерите.

Водещи тенденции

Миниатюризацията и паралелното експоненциално подобряване на производителността са тенденции, валидни в пълна сила и за програмируемите контролери, при които с всяко следващо поколение все по-голяма изчислителна мощ се “пакетира” във все по-малки корпуси. Стандартизацията в този смисъл позволява на производителите да се фокусират върху някои по-важни от програмния език аспекти на технологията, например възможности за модулно I/O разширяване, бързодействие и капацитет за обработка на данни.

Така програмируемите контролери получават значително по-широки възможности за подобряване на ергономията в модерната индустрия чрез автоматизирането на повторяеми, тежки и уморителни дейности. Тези устройства играят ключова роля и в непрекъснато разрастващата се IIoT екосистема като нейни градивни блокове, които обезпечават безпроблемната свързаност и комуникация между интелигентните устройства и системи в производството. Чрез отдалечено наблюдение и интегриране на данни PLC контролерите позволяват по-ефективна и синхронизирана работа на елементите на промишлените мрежи. Конвергенцията между програмируемото управление и Industrial Internet of Things коренно трансформира индустриалните среди, като дава възможност за все по-масово автоматизирано вземане на решения, базирани на данни, което от своя страна корелира с по-висока производителност и надеждност и значително по-малко загуби на ресурси.

Достъпът до данни за технологичните процеси в реално време и функциите за динамично регулиране на параметрите на системите за автоматизация и свързаното с тях оборудване “в движение” създават условия за изграждането на по-интелигентни, прозрачни и ефективни производствени приложения.

С нарастващата интеграция на програмируеми контролери в IIoT платформи с цел подобряване на свързаността, споделяне на данни, отдалечен мониторинг и управление, предприятията могат да извличат все повече добавена бизнес стойност от анализа на данни и превантивната поддръжка. Паралелно с това съвременният програмируем контролер става все по-гъвкав и мащабируем. Благодарение на това системите за автоматизация могат по-детайлно и задълбочено да бъдат персонализирани и адаптирани спрямо изискванията на конкретни индустрии, приложения и предприятия.

И още една основополагаща за бъдещото развитие на PLC контролерите тенденция – моделите от нова генерация се проектират за още по-висока от стандартната издръжливост и устойчивост на агресивни индустриални среди и тежки експлоатационни условия, включително на екстремни температури, удари и вибрации, влага, контакт с химикали, прах, замърсявания и т. н. В допълнение електронните сигнали във все повече платформи се заменят от оптични, за да се гарантира оптимална надеждност дори в среди, за които са характерни електромагнитни смущения. Така PLC контролерите могат сигурно да се използват и с чувствителни или критични процеси в отдалечени локации, които се нуждаят от прецизно управление и наблюдение.

В контекста на все по-широкото навлизане на зелените технологии в индустрията енергийната ефективност и устойчивостта също се нареждат сред водещите тенденции в съвременното развитие на този ключов продуктов сегмент от индустриалната автоматизация. На ниво контролер те се постигат посредством внедряването на алгоритми за оптимизиране на потреблението на енергия и минимизиране на загубите на ресурси. Друг зелен подход към проектирането и производството на PLC контролери е използването на рециклируеми материали, както и на модулни дизайни, които позволяват подмяна на отделни компоненти вместо на цялото устройство с цел удължаване на експлоатационния живот и по-малко отпадъци от жизнения цикъл на продукта.

PLC в епохата на данните и изчисленията

Данните са основната разменна единица в епохата на четвъртата индустриална революция и интелигентната производствена автоматизация. В резултат на технологичния напредък в сегмента през последните години програмируемите логически контролери от последно поколение могат да извличат от екосистемите все по-полезна и използваема информация. Огромните масиви от данни, които съвременните контролери е необходимо да събират в реално време, да обработват, резюмират и изпращат към мрежата, са свързани с интензивно използване на ресурси и с необходимост от подобряване на бързината и изчислителния капацитет на тези устройства. Ако в зората на IoT основният фокус е върху количеството или обема на масивите от данни, с технологичното съзряване на концепцията и пречупването й през призмата на програмируемия контрол акцентът преминава върху качеството на информацията и потенциала й да се трансформира в добавена стойност.

Истинска революция в индустриалната автоматизация настъпва с навлизането на облачните и периферните изчисления. Периферните платформи и специализираните PLC модули осигуряват отлична платформа за хостване например на алгоритми за машинно самообучение, каквито все по-широко се използват при обработката на изображения от автоматизирана визуална инспекция, за обучение, детекция на грешки, дефекти и т. н.

Друга ключова тенденция при програмируемите контролери е т. нар. периферна интелигентност (edge intelligence), която създава условия за усъвършенствано децентрализирано управление на индустриалните мрежи или разпределяне/позициониране на процеса по вземане на решения по-близо до сензорите и изпълнителните механизми в рамките на контролната архитектура. Това значително намалява времезакъсненията (латентността), подобрява отзивчивостта на системата и съкращава времената за реакция, като цялостно повишава надеждността в комплексни промишлени сценарии.

Програмируемият логически контрол постепенно се слива и с друга ключова изчислителна технология – облачната, а това задава нови стандарти в достъпа до данни и мащабируемостта на системите за автоматизация с помощта на инструменти за централизиран анализ на информация, колаборативна обработка и синхронизирани операции. Така облак базираните платформи разкриват нови области на приложение на PLC контролерите в индустрията и производството, елиминирайки фактора пространство за техническите, инженерните и развойните екипи.

Разширяването на функционалността на програмируемите контролери с облачни и периферни изчисления позволява по-ефективно обработване и съхранение на данни, както и улеснения им обмен между PLC и облак базирани платформи с цел дистанционен мониторинг, анализ и вземане на решения.

Програмируемото управление и подривните технологии

Няма как да бъде направен обзор на тенденциите и новостите при програмируемите логически контролери без да се разгледа и взаимовръзката им с т. нар. “disruptive” или подривни технологии – атрибути на Industry 4.0, дигитализацията и най-новата производствена и промишлена парадигма.

Изкуственият интелект – иновацията, която е на път да осъществи истинско пренасищане на технологичния свят, давайки заявка да превземе и трансформира всяка форма на комуникация между хората и машините, се оказва изключително полезен в сегмента на PLC контролерите. AI алгоритмите и машинното самообучение водят до изцяло ново ниво на интелигентна функционалност при тези системи, като им позволяват още по-ефективно да оптимизират процеси, да прогнозират проблеми и да адаптират и прилагат контролни стратегии на база идентифицирани модели и зависимости в потоците от данни.

Така платформите за автоматизация неизменно стават по-умни, независими и автономни, като същевременно получават и все по-голям контрол върху машини, роботи, линии и цели производствени екосистеми в модерните фабрики и предприятия, които все по-често могат да функционират самостоятелно и без необходимост от операторски надзор. Тук възниква логичният въпрос какво би станало, ако този задълбочен контрол бъде използван за злонамерени цели? Производителите на PLC системи адресират въпросния риск посредством разширен набор от функции за киберсигурност, чрез който да бъдат адекватно защитени критичните инфраструктури в индустрията. Такива са протоколите за криптиране, инструментите за контрол на достъпа, механизмите за потвърждаване, верифициране и оторизиране, технологиите за детекция на непозволено проникване в системите и т. н.

Друга фундаментална технология, която коренно трансформира PLC приложенията в модерната индустрия, е 5G свързаността. Мрежите от последно поколение позволяват по-бърза и надеждна комуникация с възможности за обмен и обработка на данни в реално време, както и подобрена мобилност. Благодарение на способността си да реагират бързо на входящи потоци от данни и да поддържат безжична свързаност, програмируемите логически контролери с 5G осигуряват по-голяма гъвкавост и отзивчивост на системите за индустриална автоматизация. Интегрирането на PLC технологията в комуникационни мрежи от пета генерация дава възможност за разработването на широк спектър от иновативни решения в сегмента с приложения в производството, промишлеността, телекомуникациите, енергийния и водния сектор и т. н.

Сред подривните иновации, които се комбинират отлично с програмируемия логически контрол, са виртуалната и добавената реалност. Посредством тези технологии и специални устройства, на които да се изпълняват, например VR/AR очила и каски, могат лесно, удобно и интуитивно да се провеждат симулации, обучения за работа с PLC, отстраняване на проблеми и поддръжка. Чрез обогатяване на физическото пространство с дигитална информация екипите по техническо обслужване могат дистанционно да дават визуални насоки на операторите на място как да взаимодействат с нови или непознати за тях устройства.