Ο αυτοματισμός είναι ένα από τα κλειδιά για την αύξηση της παραγωγικότητας και τη μείωση του κόστους παραγωγής. Οι τεχνολογικές εξελίξεις όπως τα ρελέ, τα PLC και οι βιομηχανικοί υπολογιστές (IPC) οδηγούν τον βιομηχανικό αυτοματισμό, ο οποίος αλλάζει τον τρόπο αλληλεπίδρασης μηχανών και ανθρώπων. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει το υλικό δευτερεύοντος συστήματος ελέγχου που χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικούς αυτοματισμούς, PLC και βιομηχανικούς υπολογιστές. Θα συζητήσουμε επίσης ποιος τύπος συστήματος διπλού ελέγχου μπορεί να είναι ο καταλληλότερος ανάλογα με τις ανάγκες της εφαρμογής σας.
Τι είναι ένα PLC;
Οι προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές (PLC) χρησιμοποιούνται ευρέως για την αυτοματοποίηση των διαδικασιών σε εργοστάσια παραγωγής. Πίσω στη δεκαετία του 1970, τα PLC άλλαξαν το παιχνίδι στα συστήματα αυτοματισμού. Τα PLC έχουν σχεδιαστεί για να αντικαθιστούν ηλεκτρικούς πίνακες και κουτιά διακλάδωσης. Με την πάροδο του χρόνου, τα PLC έχουν αναβαθμιστεί σε πιο στιβαρά σχέδια, επεκτάσιμη λειτουργικότητα και προγραμματιζόμενα συστήματα. Επιπλέον, η γλώσσα προγραμματισμού για PLC (που ονομάζεται ladder logic) επιτρέπει την ευέλικτη προσαρμογή των PLC για αυτοματισμό μηχανών. Αυτή η αξιοπιστία και η ευελιξία καθιστούν τα PLC δημοφιλή επιλογή για την αντικατάσταση παλαιότερων ρελέ και κουτιών διακλάδωσης.
Τι είναι ένας βιομηχανικός υπολογιστής;
Στη διαδικασία της εκθετικής ανάπτυξης μικροκυκλωμάτων ημιαγωγών υπήρξε και ανάπτυξη προσωπικών υπολογιστών (PC). Καθώς τα τσιπ υπολογιστών γίνονται πιο ισχυρά, μικρότερα και φθηνότερα, οι βιομηχανικοί υπολογιστές κερδίζουν έδαφος στη βιομηχανία αυτοματισμών. Οι βιομηχανικοί υπολογιστές μπορούν να παρέχουν εποπτικό έλεγχο PLC αλλά με περισσότερους φόρτους εργασίας, όπως HMI, πύλες, εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης κ.λπ. Οι βιομηχανικοί υπολογιστές μπορούν να ενοποιήσουν αυτούς τους φόρτους εργασίας με επιταχυντές απόδοσης όπως GPU, TPU, VPU , NVMe SSD και άλλα. Η δυνατότητα ενοποίησης φόρτου εργασίας μειώνει τον χώρο υλικού τους στο εργοστάσιο. Οι συμβατικοί και βιομηχανικοί υπολογιστές έχουν πολύ παρόμοια βασικά στοιχεία όπως CPU, RAM, SSD και GPU. Ωστόσο, οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι κατασκευασμένοι και σχεδιασμένοι για να αντέχουν σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, από ακραίες θερμοκρασίες μέχρι κραδασμούς και κραδασμούς. Οι απλοί υπολογιστές καταστρέφονται πολύ γρήγορα όταν εκτίθενται σε σκληρά περιβάλλοντα. Μερικά από τα υλικά σχεδιασμού και κατασκευής που κάνουν τους Industrial PC εξαιρετικά ανθεκτικούς είναι σχέδια χωρίς ανεμιστήρα, μονοκόμματες θήκες και υλικά βιομηχανικής ποιότητας. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ευρέως οι βιομηχανικοί υπολογιστές. Δεν υποστηρίζουν μόνο την πιο πρόσφατη τεχνολογία, αλλά υποστηρίζουν και παραδοσιακές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται συνήθως στον αυτοματισμό εργοστασίων, όπως σειριακές θύρες, υποδοχές COM, M12, DIO, GPIO κ.λπ., οδηγώντας στην ταχεία ανάπτυξη των βιομηχανικών υπολογιστών στον εργοστασιακό αυτοματισμό.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός βιομηχανικού υπολογιστή και ενός PLC;
1. Λειτουργία
Τα PLC διαθέτουν ένα λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο που παρακολουθεί συνεχώς την είσοδο από συνδεδεμένες συσκευές και στη συνέχεια εκτελεί εντολές λήψης αποφάσεων σύμφωνα με το πρόγραμμά του. Επιπλέον, το λειτουργικό σύστημα (OS) του PLC έχει σχεδιαστεί ειδικά για την εκτέλεση εργασιών ελέγχου. Έτσι, τα PLC γενικά δεν απαιτούν προγράμματα προστασίας από ιούς ή καθαριστικά μητρώου, γεγονός που αυξάνει την απόδοση επεξεργασίας κατά τη λειτουργία.
Οι βιομηχανικοί υπολογιστές μπορούν να εκτελούν τις ίδιες εργασίες με ένα PLC, αλλά τα λειτουργικά τους συστήματα τους επιτρέπουν να εκτελούν διάφορες εφαρμογές και προγράμματα που ένα PLC δεν μπορεί. Με αυτές τις δυνατότητες, το IPC χρησιμοποιείται για περισσότερους από σκοπούς διαχείρισης. Οι βιομηχανικοί υπολογιστές μπορούν να ενοποιήσουν τον φόρτο εργασίας, μειώνοντας την επιβάρυνση του υλικού. Ωστόσο, τα λειτουργικά συστήματα IPC όπως τα Windows και το Linux είναι ευάλωτα σε επιθέσεις στον κυβερνοχώρο, αλλά το υπάρχον λογισμικό προστασίας από ιούς και τα τείχη προστασίας είναι αρκετά προηγμένα για να μετριάσουν αυτόν τον κίνδυνο.
2. Προγραμματισμός
Η επόμενη διαφορά μεταξύ ενός Industrial PC και ενός PLC είναι ο τρόπος με τον οποίο αναπτύσσονται και εκτελούνται τα προγράμματα. Τα PLC συνήθως υλοποιούν εκτέλεση προγράμματος που βασίζεται σε σάρωση, ενώ οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι συνήθως λογισμικό που βασίζεται σε συμβάντα. Για παράδειγμα, η λογική λογισμικού PLC καθορίζεται στο πρότυπο IEC 61131-2, όπως το ladder logic ή άλλες γλώσσες που αφορούν τον προμηθευτή. Αντίθετα, οι βιομηχανικοί υπολογιστές τρέχουν σε γνωστά λειτουργικά συστήματα Windows ή Linux που χρησιμοποιούν γλώσσες προγραμματισμού όπως η C/C++/.NET. Συνεπώς, οι βιομηχανικοί υπολογιστές προγραμματίζονται ευκολότερα λόγω της δημοτικότητάς τους μεταξύ των προγραμματιστών. Επιτρέπουν επίσης στο σύστημα να επικοινωνεί με πολύ περισσότερες μηχανές και συσκευές από τη λογική της κλίμακας, η οποία απαιτεί ειδική εκπαίδευση για εκμάθηση, χάρη σε γλώσσες προγραμματισμού γενικής χρήσης, όπως η C++.
3. Ασφάλεια
Η ασφάλεια είναι ένα από τα μειονεκτήματα του εργοστασιακού αυτοματισμού και αν δεν ληφθεί σοβαρά υπόψη, οι εταιρείες έχουν πολλά να χάσουν. Τα βιομηχανικά συστήματα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη δύο βασικές αρχές ασφάλειας. Αρχικά, αποκλείστε επιθέσεις από μη εξουσιοδοτημένη εξωτερική πρόσβαση. Δεύτερον, η πρόσβαση του χρήστη είναι περιορισμένη σύμφωνα με τα δικαιώματα ή τις εκχωρήσεις του. Στο παρελθόν, τα PLC ήταν γνωστό ότι είχαν ανοσία σε επιθέσεις κακόβουλου λογισμικού. Ωστόσο, ορισμένοι εισβολείς έχουν αρχίσει να αναπτύσσουν κακόβουλο λογισμικό PLC, όπως συνέβη με το Stuxnet όταν τα Siemens PLC τους παραβιάστηκαν. Ωστόσο, οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι επίσης ευάλωτοι σε κακόβουλο λογισμικό και απαιτούν ολοκληρωμένη προστασία με λογισμικό προστασίας από ιούς ή μονάδες υλικού. Ορισμένοι βιομηχανικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν ένα TPM (Trusted Platform Module) 2.0 ενσωματωμένο στη μητρική πλακέτα για την κρυπτογράφηση δεδομένων.
4. Ποιότητα
Όσον αφορά την ποιότητα κατασκευής, τόσο τα PLC όσο και τα βιομηχανικά PC είναι σχεδιασμένα να λειτουργούν σε ακραίες συνθήκες. Επειδή οι βιομηχανικοί υπολογιστές διαφέρουν από τους συμβατικούς επιτραπέζιους υπολογιστές ή σταθμούς εργασίας, οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι πολύ στιβαροί και ανθεκτικοί. Ακολουθούν ορισμένα βιομηχανικά χαρακτηριστικά των βιομηχανικών υπολογιστών:
Σχέδιο χωρίς ανεμιστήρα
Ευρύ φάσμα θερμοκρασίας
Ανθεκτικό σε κραδασμούς και κραδασμούς
Υψηλή βαθμολογία IP
Επεκτάσιμες μονάδες
Προηγμένες I/O με υποστήριξη τεχνολογιών παλαιού τύπου
Όσον αφορά την ποιότητα κατασκευής, τα PLC και τα βιομηχανικά PC πάνε καλά μαζί. Οι βιομηχανικοί υπολογιστές, ωστόσο, επωφελούνται από το συμπαγές μέγεθος τους. Τα PLC είναι συχνά ογκώδη και έχουν περιορισμένες επιλογές εγκατάστασης. Ορισμένα PLC μπορεί επίσης να υπερθερμανθούν κατά την εγκατάσταση λόγω κακής απαγωγής θερμότητας. Οι βιομηχανικοί υπολογιστές, συγκριτικά, είναι σχετικά μικροί και διαθέτουν μια ποικιλία επιλογών τοποθέτησης, συμπεριλαμβανομένης της βάσης VESA, της βάσης βάσης και των επιλογών ράγας DIN. Επιπλέον, ορισμένοι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι εξοπλισμένοι με σύστημα ελέγχου ανάφλεξης και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οχήματα.
5. Επεκτασιμότητα
Τόσο τα PLC όσο και οι βιομηχανικοί υπολογιστές πρέπει να ελέγχουν διάφορες συσκευές για έλεγχο, παρακολούθηση και επικοινωνία. Επομένως, τα PLC και οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι εξοπλισμένοι με πολλαπλές θύρες COM και άλλες λειτουργίες I/O, συμπεριλαμβανομένων των παραδοσιακών τεχνολογιών. Μερικά κοινά βιομηχανικά πρωτόκολλα επικοινωνίας είναι τα CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT και EhterNET/IP. Αυτές οι τεχνολογίες είναι ήδη ενσωματωμένες στα περισσότερα PLC, αν και και τα δύο μπορούν να τα υποστηρίξουν. Από την άλλη πλευρά, οι βιομηχανικοί υπολογιστές διαθέτουν ενσωματωμένες υποδοχές επέκτασης για να αυξήσουν την ευελιξία τους. Επομένως, οι βιομηχανικοί υπολογιστές έχουν υψηλότερο όριο για τον αριθμό των λειτουργιών I/O που μπορούν να επεξεργαστούν. Επιπλέον, οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι εξοπλισμένοι με διάφορες θύρες COM, LAN, USB και HDMI. Αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν στους Βιομηχανικούς Η/Υ να ενοποιούν τον φόρτο εργασίας από ανόμοιο εξοπλισμό, όχι μόνο από PLC. Για παράδειγμα, ένας βιομηχανικός υπολογιστής μπορεί να τρέξει μια εφαρμογή HMI μόνος του, ενώ ένα PLC απαιτεί μια ξεχωριστή εφαρμογή HMI για να εμφανίσει κάτι σε έναν πίνακα οθόνης. Αυτό που κάνει τους βιομηχανικούς υπολογιστές ακόμα πιο ξεχωριστούς είναι η ικανότητά τους να υποστηρίζουν αμέτρητες επεκτάσεις από κάρτες ασύρματου δικτύου, μονάδες 5G, μονάδες SSD έως επιταχυντές GPU.
6. Υπολογιστική ισχύς και αποθήκευση
Τα PLC είναι ισχυροί ελεγκτές για την αυτοματοποίηση του ελέγχου επειδή οι μικροεπεξεργαστές τους είναι σχεδιασμένοι να εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες. Τα PLC μπορούν εύκολα να χειριστούν εφαρμογές I/O υψηλής ταχύτητας και μικρές εφαρμογές αυτοματισμού. Ωστόσο, τα έργα αυτοματισμού γίνονται πιο προηγμένα και απαιτούν περισσότερους υπολογιστικούς πόρους. Εδώ έρχονται στη διάσωση οι βιομηχανικοί υπολογιστές. Οι βιομηχανικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν περισσότερο χώρο αποθήκευσης και πλήρεις επεξεργαστές, όπως υπολογιστές σταθμών εργασίας, που μπορούν να εκτελούν εφαρμογές έντασης υπολογιστών και έντασης αποθήκευσης. Επιπλέον, με επιταχυντές απόδοσης όπως GPU, TPU, CPU και VPU, οι βιομηχανικοί υπολογιστές μπορούν να εκτελούν έξυπνους υπολογισμούς σαν να βρίσκονταν σε μια έξυπνη γραμμή συναρμολόγησης σε συνεργασία με εφαρμογές μηχανικής όρασης.
7. Κόστος
Εν ολίγοις, η σύγκριση του κόστους ενός PLC και ενός IPC δείχνει ότι ένα PLC είναι φθηνότερο για μικρότερες εφαρμογές, ενώ ένα IPC έχει υψηλότερο αρχικό κόστος. Ωστόσο, καθώς οι εφαρμογές γίνονται πιο πολύπλοκες και απαιτούν περισσότερους υπολογιστικούς πόρους, το συνολικό κόστος ενός PLC μπορεί να υπερβαίνει αυτό ενός βιομηχανικού υπολογιστή. Αν και το αρχικό κόστος ενός PLC είναι χαμηλότερο, όταν απαιτείται πρόσθετη ισχύς επεξεργασίας ή περιφερειακά, η τιμή αυξάνεται εκθετικά. Αντίθετα, οι βιομηχανικοί υπολογιστές έχουν υψηλότερο αρχικό κόστος, αλλά είναι πολύ φθηνότεροι όταν απαιτούνται αναβαθμίσεις ισχύος επεξεργασίας και επεκτασιμότητα.
Πώς να επιλέξετε βιομηχανικό υπολογιστή και PLC
Όταν επιλέγετε έναν προγραμματιζόμενο ελεγκτή για το σύστημα βιομηχανικού αυτοματισμού σας, τόσο τα PLC όσο και τα βιομηχανικά PC θα πρέπει να έχουν τη θέση τους. Τα PLC είναι πιο κατάλληλα για τη λειτουργία μικρών συστημάτων αυτοματισμού με αυστηρές λειτουργίες. Επιπλέον, τα PLC είναι αξιόπιστα, οικονομικά και ιδιαίτερα αξιόπιστα για βιομηχανικές εφαρμογές. Από την άλλη πλευρά, οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι κατάλληλοι για λύσεις με υψηλές απαιτήσεις σε υπολογιστικούς πόρους και αποθήκευση. Για πολύπλοκες εφαρμογές που απαιτούν ευελιξία ελεγκτή, το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας (TCO) ενός βιομηχανικού υπολογιστή είναι χαμηλό. Τα PLC είναι ασφαλή επειδή δεν έχουν ασύρματες συνδέσεις, οι βιομηχανικοί υπολογιστές είναι εξίσου ασφαλείς χάρη στο λογισμικό αιχμής στον κυβερνοχώρο και το τυπικό υλικό είναι πολύ αξιόπιστο. Ορισμένες εφαρμογές ενδέχεται να χρησιμοποιούν τόσο PLC όσο και βιομηχανικούς υπολογιστές για να εξισορροπούν το κόστος και τα οφέλη μεταξύ τους. Τελικά, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά που εφαρμόζονται στη διαδικασία παραγωγής σας.
