Sinds de introductie van Programmable Logic Controllers (PLC's) is een verscheidenheid aan automatiseringscontrollers gemigreerd naar industriële toepassingen, waaronder Programmable Automation Controllers (PAC's) en de huidige Edge Programmable Industrial Controllers (EPIC's). Gebruikers hebben meer keuzes op het gebied van kosten, footprint, input/output (I/O)-dichtheid, veldbuscompatibiliteit, communicatie, programmeermogelijkheden en verwerkingssnelheid, en de concurrentie tussen toonaangevende controllerleveranciers is toegenomen.
Voor de markt is diversiteit vaak gunstig, maar voor engineers en eindgebruikers kan het ook frustrerend zijn. Het kiezen van een bepaald besturingsplatform is een langetermijninvestering-, met bijbehorende kosten zoals training- en ondersteuningscontracten. Beslissers willen waar voor hun geld.
Maar voordat we onze steun voor dit probleem uitspreken, is het de moeite waard om te kijken hoe de sector zich ontwikkelt. Wat zijn de drijvende krachten achter de verschillende trends op het gebied van besturingsoplossingen? Hoe verlopen deze trends momenteel? Hoe kunnen gebruikers in de toekomst investeren in automatisering om succes te garanderen?
Evolutionaire patronen van industriële controllers
Als we de vooruitgang op het gebied van automatisering en besturing van de afgelopen decennia onderzoeken, wordt het duidelijk hoe een aantal specifieke technologische iteraties de ontwikkeling van nieuwe I/O- en besturingsfuncties hebben aangestuurd.
Toen bijvoorbeeld de eerste I/O-systemen werden ontwikkeld, waren veldbesturings- en detectieapparatuur ook afhankelijk van elektromagnetische en pneumatische componenten die werden beperkt door fysieke eigenschappen die hun levensduur in gevaar zouden brengen. Compacte laag-componenten, zoals solid--relais, zorgden voor de behoefte aan meer opties voor gebruikers om I/O rechtstreeks in hun systemen te integreren. Dit leidde tot de eerste modulaire I/O, terwijl elektronicabedrijven high-tech computing mainstream maakten. De gevoelige elektronica in deze systemen had externe I/O nodig om met de echte wereld te kunnen communiceren. Dit was het eerste serieel adresseerbare I/O-rack, dat een alternatief was voor rack-gebaseerde I/O in PLC's.
De overstap van speciale, stand{0}}alone I/O-apparaten naar modulaire I/O naar bus-I/O is een voorbeeld van het concept van hergebruik in industriële besturing. Besturingsplatforms van de volgende-generatie bevatten ingebouwde I/O-verwerkingscircuits. Modules zijn uitgebreid van 1 I/O-kanaal naar 32 kanalen, zodat I/O nu is ingebouwd in PLC's en andere monolithische apparaten. In sommige gevallen kan elk I/O-kanaal, met de juiste configuratie, een verscheidenheid aan verschillende signaaltypen accepteren.
Dit model laat zien hoe innovatie zich door een sector verspreidt: in de loop van de tijd worden individuele innovaties modulair, werken ze samen met andere technologieën en worden ze vervolgens ingebed in die technologieën als onderdeel van een nieuwe innovatiecyclus.
Voor PLC's en PAC's biedt dit model kleinere controllers en I/O-modules. Omdat wiskundige en programmeerprocessorfuncties rechtstreeks in de besturingskaart en andere apparaten zoals I/O, zenders en netwerkgateways zijn geïntegreerd, wordt er meer rekenkracht gerealiseerd "per vierkante inch". In de loop van de tijd wordt hetzelfde patroon weerspiegeld in de migratie van nieuwe ingebedde communicatie-interfaces en protocolstandaarden naar de controller.
Interconvergentie van verschillende technologieën
De trend naar inter{0}}convergentie is verweven met de integratiecyclus, en technologische innovaties van buiten de industriële controlemarkt vinden geleidelijk hun weg naar controllers. Een blik op de geschiedenis van bus-I/O laat zien hoe deze trend heeft geleid tot de ontwikkeling van nieuwe controllerfuncties.
Van seriële bus-I/O, uitgebreide parallelle I/O-bussen en andere oplossingen waarmee mini- en micro-computers konden communiceren met de I/O. Dit inspireerde ook het idee om zelfstandige I/O-communicatieprocessors te ontwikkelen die de I/O van de computer scheidden en ervoor zorgden dat elke computer met een communicatiepoort ermee kon communiceren.
Naarmate I/O-modules en processors verbeterden, konden vroege hybride controllers ook analoge signaalverwerking bieden, die destijds alleen beschikbaar was in gedistribueerde besturingssystemen (DCS). Omdat ladderlogica-programma's (een PLC-programmeertaal) oorspronkelijk niet bedoeld waren om analoge dataformaten te verwerken, leidde dit tot de creatie van nieuwe programmeertalen voor hybride controllers.
Toen begonnen goedkope-alternatieven voor de IBM-pc de markt te overspoelen. Omdat de pc de primaire besturingsfunctie van het hybridesysteem is, roept dit zorgen op over de betrouwbaarheid. Het was belangrijk voor leveranciers om door de industrie-verbeterde alternatieven te ontwikkelen die de I/O-, netwerk- en programmeercomponenten van de eerdere hybride oplossingen combineerden in één enkel systeem, dat bekend werd als het PAC-systeem. De PAC gebruikte dezelfde processor als de pc en kon een reeks functies bieden die de kloof opvulde tussen de goedkope, op PLC- gebaseerde discrete besturing en de hoge-kosten, DCS-gebaseerde nichemarkt voor procescontrole.
Innovaties bij high{0}}bedrijven en de pc-markt hebben mogelijkheden gecreëerd voor industriële controle. Deze trend begint zich te versnellen, samen met de toenemende convergentie tussen de gebieden van operationele technologie (OT) en informatietechnologie (IT). Een voorbeeld is de golf van mobiele oplossingen die de afgelopen jaren is ontstaan. Het komt ook tot uiting in de drang naar big data, cloudanalyses en ondersteuning voor machinaal leren, technologieën die buiten de industriële automatiseringssector zijn geboren.
Controllers voor de toekomst
Wat zal de controller van de toekomst ons brengen, terwijl de trend naar steeds diepere technologie-integratie, grotere convergentie tussen industrieën en grotere connectiviteit tussen apparaten en systemen zich blijft ontwikkelen?
Hoe moeten ingenieurs hun keuzes maken om ervoor te zorgen dat ze op de hoogte blijven van technologische trends en de voordelen voor hun organisaties helpen maximaliseren? Hier zijn 3 tips om productieorganisaties te helpen bij het kiezen van de juiste besturingstechnologie om hun doelen te bereiken.
1. Focus op design, niet op functie
In het besef dat de technologie in de loop van de tijd zal blijven verbeteren en steeds nauwer geïntegreerd en ingebed zal worden, is het noodzakelijk om prioriteit te geven aan investeringen in controlesystemen die niet gemakkelijk of snel kunnen worden gewijzigd. Ingenieurs moeten de nadruk leggen op de architectuur van het besturingssysteem en niet op enkele van de opvallende- kenmerken van de dag.
2. Zoek naar externe innovaties
Als ingenieurs systemen ontwerpen die in de loop van de tijd evolueren en gelijke tred kunnen houden met de digitale transformatie, wat op zijn beurt het onderhoud en herwerk vermindert, zal dit indruk maken op eindgebruikers, die zich zullen herinneren dat de technologie die de toekomst bepaalt meestal van buiten de industrie komt.
3. Houd een open geest
Terwijl de strijd om marktaandeel in propriëtaire technologieën innovatie belemmert, opent het ondersteunen van open standaarden eindeloze mogelijkheden voor iedereen. Connectiviteit is een van de doelstatistieken voor Industrie 4.0, en naarmate de connectiviteit toeneemt, moeten ingenieurs investeren in technologieën die mogelijkheden kunnen creëren voor verschillende systemen om samen te werken.