IIoT și PLC: coexistență, nu confruntare

Internetul industrial al lucrurilor promite să reproiecteze utilajele, să reorganizeze procesele și să exploateze puterea informațiilor de tip big data pentru a îmbunătăți productivitatea și profitabilitatea. Potrivit unora, arhitecturile și dispozitivele familiare, cum ar fi controlerele logice programabile (PLC), ar putea fi eliminate. Un alt punct de vedere este acela că explozia colectării datelor va conduce la trecerea către un număr și mai mare de dispozitive mai mici, cum ar fi micro sau nano PLC-urile, ce pot fi instalate aproape oriunde în fabrică.

Big data, o idee nouă?

Internetul industrial al lucrurilor se bazează pe colectarea unor cantități mari de date de la procese și echipamente, în vederea unei analize intensive în cloud. Obiectivul este intensificarea reoptimizării și reorganizării proceselor, urmărind îmbunătățiri precum reducerea risipei și un răspuns mai rapid la cererile clienților. Probabil că în echipamentele și zonele de lucru din fabricile celei de-a patra revoluții industriale (Industry 4.0) vor exista multe mii de senzori care vor raporta aspecte diverse precum curenții și vibrațiile motoarelor, temperatura și umiditatea mediului ambiant, măsurătorile de testare și inspecție a produsului final, numerele de serie, numerele de lot și marcajele de timp.

Pentru ca Industry 4.0 să aibă succes, este nevoie ca aceste mii de canale de date să fie colectate în mod eficient în cloud pentru a fi stocate, prioritizate, grupate și analizate și, în cele din urmă, transformate în instrucțiuni îmbunătățite care să fie comunicate mașinilor, precum și în informații care să conducă la luarea unor decizii de afaceri inteligente. Se preconizează că vor exista modificări semnificative ale modului de proiectare a mașinilor, a sistemelor de control și a rețelelor de comunicații din fabrică, ceea ce ar putea reprezenta o amenințare pentru dispozitivele existente, cum ar fi controlerele logice programabile (PLC), care au dominat până acum sarcinile de colectare, procesare și control al datelor în automatizarea convențională.

Dorința de a colecta mai multe date pentru a îmbunătăți randamentul producției și pentru a ajuta la luarea deciziilor de afaceri nu a apărut odată cu Industry 4.0. Întreprinderile căutau să colecteze cantități tot mai mari de date de la echipamente și să automatizeze schimburile între sistemele analitice din fabrică și cele din back office cu mult înainte de apariția cloud-ului. PC-ul industrial (IPC) este un exemplu de concept care a apărut pentru a permite automatizarea bazată pe PC-uri, cu avantajele unui flux de date fără întreruperi către și de la factorii de decizie din LAN-ul corporativ. Totuși, PLC-ul păstrează o serie de avantaje, inclusiv cicluri de viață lungi și o fiabilitate ridicată, și a evoluat, totodată, pentru a răspunde nevoilor pieței prin creșterea capacității de procesare, prin furnizarea de funcționalități suplimentare și prin încorporarea standardelor bazate pe PC.

Confruntare

Proliferarea senzorilor și a altor activități de colectare a datelor în fabricile din următoarea eră industrială ar putea depăși capacitățile PLC-urilor actuale. Unii sugerează că datele senzorilor vor fi colectate direct în cloud prin intermediul unui protocol ușor, cum ar fi MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Un avantaj major pentru mediul de producție bogat în date al zilelor noastre, este că MQTT poate ocoli cantități mari de date care rămân neschimbate și care pot bloca rețelele în timpul utilizării protocoalelor convenționale de interogare/răspuns. Modelul de publicare/subscriere al MQTT le permite senzorilor inteligenți să publice numai date noi pe care să le primească dispozitivele configurate. Se știe că anumite platforme IoT și sociale importante pentru consumatori profită de cerințele de lățime de bandă redusă, de latența redusă și de consumul redus de energie ale protocolului. MQTT se pretează bine la utilizarea în sistemele de control, iar modulele MQTT ar putea oferi o cale pentru trimiterea datelor IIoT direct în cloud. Acest protocol oferă un mijloc practic de gestionare a datelor generate de numărul mare de senzori distribuiți în întreaga fabrică conectată.

Coexistență

Alternativ, PLC-ul centralizat convențional ar putea fi înlocuit cu mai multe PLC-uri mai mici, care sunt plasate mai aproape de senzorii pe care îi monitorizează și de mecanismele pe care le controlează. Pentru a îndeplini acest tip de rol, sunt în curs de dezvoltare micro sau nano PLC-urile, concepute pentru comunicarea ca parte a IIoT, oferind canale de intrare/ieșire cu o amprentă mică și opțiuni de extindere modulară.

Crouzet răspunde acestei oportunități cu familia sa em4 de nano PLC-uri, cum ar fi em4 Ethernet. Dimensiunea em4 este de 124,6 x 90 mm și acesta oferă o selecție de intrări/ieșiri analogice și digitale și ieșiri pentru relee. De asemenea, sunt disponibile module de expansiune de intrare/ieșire digitale și analogice, oferind flexibilitatea de a se adapta la instalații mari sau mici. Acesta poate fi programat sau depanat de oriunde din rețeaua locală și poate fi conectat la internet la cerere, fără module suplimentare (Figura 1). Ca mijloc convenabil de colectare a datelor de la senzori, em4 poate trimite simple înregistrări de date programate prin e-mail sau FTP, sau poate trimite alerte prin e-mail sub controlul programului de aplicație. Acesta poate comunica cu până la șaisprezece alte dispozitive din rețea și poate detecta automat până la opt unități em4 conectate. Un afișaj monocrom de 18 x 4 și o tastatură cu 6 butoane oferă opțiunea de gestionare a PLC-ului direct de pe panoul său frontal.

Figura 1: em4 Ethernet nano PLC se conectează cu ușurință la alte echipamente din LAN sau de pe internet.

Panasonic are un PLC ultra-compact și eficient din punct de vedere al spațiului, potrivit pentru monitorizarea și controlul distribuite sau pentru miniaturizarea echipamentelor. Seria FP0R are o înălțime de 90 mm și o lățime de 25 mm și oferă intrare/ieșire, inclusiv ieșiri de impulsuri care permit controlul motorului pe mai multe axe. Se pot adăuga până la trei module de expansiune. Memoria FeRAM încorporată asigură o copie de rezervă automată a datelor fără baterii, permițând oprirea alimentării echipamentului fără pierderea datelor. PLC-ul poate partaja informații cu până la șaisprezece dispozitive similare prin intermediul unui PLC-Link conectat la o rețea Ethernet prin intermediul unui modul FP Web Server 2. Alte caracteristici pentru controlul motorului includ contoare și ieșiri PWM. Modulele conectabile CC_LINK și IO/LINK care utilizează protocoale populare oferă o flexibilitate suplimentară pentru conectarea în rețea și monitorizarea senzorilor. em4 Crouzet și Panasonic FPOR sunt programate cu ajutorul software-ului de programare standard al producătorului.

Maxim Integrated și-a propus să ofere mai multă performanță într-un volum mult mai mic decât cel al PLC-urilor tradiționale cu platforma sa Micro PLC (Figura 2). Modulele de intrare/ieșire digitale și analogice ale micro PLC-urilor, cum ar fi modulul de ieșire analogică MAXREFDES60 0–10 volți, se încadrează într-un spațiu de mărimea unui card de credit. Acest factor de formă le permite dezvoltatorilor să obțină o conectivitate comparabilă cu cea a unui PLC standard în aproximativ 10% din spațiu și la jumătate din putere. Sunt disponibile și alte module Micro PLC, inclusiv un modul de intrare analogică cu 4 canale, module de intrare și ieșire digitală cu 8 canale și o cartelă de comunicații RS-485. Toate sunt însoțite de cod sursă C exemplu și de date de testare pentru a ajuta la accelerarea implementării PLC-urilor compacte de generație următoare, pregătite pentru Industry 4.0.

Figura 2: Maxim Integrated Micro PLC este o platformă modulară compactă care îi permite utilizatorului să aleagă dintr-o gamă de plăci de intrare/ieșire de dimensiunea unei cărți de credit.

Concluzie

PLC-urile au evoluat de-a lungul istoriei automatizării industriale pentru a oferi un mijloc fiabil și robust de monitorizare și control al proceselor și echipamentelor. Prin adaptarea la cerințele pieței și la standardele emergente de conectivitate și comunicare, PLC-urile continuă să fie utilizate pe scară largă de către proiectanții de echipamente industriale și în fabrici. Cei mai noi factori de formă micro și nano trebuie să asigure poziția PLC-ului în IIoT și în centrul Industry 4.0.