Integracja rozwiązań przetwarzania brzegowego w sterownikach programowalnych logicznych (PLC) i automatyki (PAC)

Przetwarzanie brzegowe obejmuje cały zestaw infrastruktury, narzędzi i procesów wspierających zarządzanie czynnościami związanymi z obsługą danych przy użyciu indywidualnych ich źródeł, takich jak inteligentne urządzenia brzegowe na brzegach sieci, a nie w scentralizowanej infrastrukturze.

Pomaga ono w konsolidacji istniejących aplikacji dostarczanych przez producentów urządzeń (takich jak oprogramowanie monitorujące i sterujące) do postaci pojedynczej platformy, jednocześnie umożliwiając działanie innych ważnych aplikacji na tej samej platformie. Ułatwia to rozwój maszyn i urządzeń obsługujących przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT), a także dodawanie przyszłych aplikacji, które wspierają rozwijające się potrzeby klientów w zakresie Przemysłu 4.0 i inteligentnej produkcji.

Rozróżnienie między sterownikami programowalnymi logicznymi (PLC) i automatyki (PAC)

Zarówno sterowniki programowalne logiczne (ang. Programmable Logic Controller — PLC) jak sterowniki programowalne automatyki (ang. Programmable Automation Controller — PAC) wykorzystują protokoły i sieci takie jak Ethernet, ControlNET, DeviceNET, a także łączą się z oprogramowaniem i bazami danych takimi jak OPC, SQL i inne. Podstawową różnicą między nimi są odpowiednie interfejsy programistyczne, dzięki którym mogą pełnić różne funkcje. Ponieważ sterowniki PAC są programowane w języku C lub C++, urządzenia mają otwartą architekturę i modułową budowę. Z kolei sterowniki PLC charakteryzują się prostym, programowanym wykonaniem. W rezultacie funkcjonują z ograniczoną pamięcią i dyskretnymi wejściami i wyjściami.

Wraz z postępem technologicznym różnica między nimi wydaje się zmniejszać. Istnieje jednak różnica między użytecznością a wydajnością. Dzięki łatwości programowania oferowanej przez moduły PAC, łatwo jest dołączyć lub odłączyć komponenty od sterownika PAC. Z drugiej strony, sterowniki PLC to systemy oparte na przewodach, a dodawanie urządzeń wymaga dodatkowego okablowania. Przyczyną tego jest fakt, że małe obudowy i kompaktowe terminale są trudne do okablowania przy użyciu tradycyjnych metod.

Technologia przetwarzania brzegowego w sterownikach PLC i PAC

W dokumentacji Przemysł 4.0 – Przetwarzanie brzegowe w środowisku przemysłowym objaśnione zostało to, jak przejście na infrastrukturę sterowania kompatybilną z technologią przetwarzania brzegowego pomogło we wprowadzeniu zmianach w architekturach sterowania przemysłowego, a dostawcy i użytkownicy przyczynili się do stworzenia bardziej elastycznego i konfigurowalnego środowiska. Trend w kierunku architektur sterowanych zdarzeniami w technologii informacyjnej (IT)/technologii operacyjnej (OT) zapewnia wyjątkową możliwość połączenia danych z hali fabrycznej z rozwiązaniami inteligentnego zarządzania opartymi na chmurze. Przetwarzanie brzegowe służy jako pomost między nimi, łącząc zmiany w obrębie hali produkcyjnej z systemami planowania i zarządzania zasobami przedsiębiorstwa zaprojektowanymi w celu automatyzacji procesów biznesowych oraz szybkiego i wydajnego uzyskiwania wglądu.

W wielu przypadkach bardziej sensowne może być zintegrowanie przetwarzania danych IoT i innych zadań bezpośrednio z modułem przeznaczonym do automatyki przemysłowej, takim jak sterownik programowalny automatyki. Sterowniki PAC, które rzeczywiście oferują procesory o wyższej wydajności, mogą uruchamiać szerszy zakres oprogramowania niż sterowniki PLC. W przeciwieństwie do logiki drabinkowej, sterowniki PAC oferują obecnie wizualne i tekstowe języki programowania, umożliwiając bardziej wyrafinowaną manipulację i analizę danych w czasie rzeczywistym pochodzących z czujników lokalnych i zdalnych.

Niektóre sterowniki PAC charakteryzują się architekturą podobną do standardowego sterownika PLC. Mogą one również zawierać inteligentne moduły sterujące, które umożliwiają prostą instalację i obsługę silników i innych podobnych urządzeń w zakresie instrukcji dotyczących prędkości, zatrzymania i uruchomienia. W ostatnich latach pojawił się inny typ sterownika PAC, łączący zdolność do obsługi lokalnych modułów I/O z łącznością sieciową i programowalnością inteligentnych bramek. Sterowniki PAC są budowane na platformach sprzętowych, takich jak Arduino, Raspberry Pi i komputery przemysłowe oparte na systemie Linux. W rezultacie zapewniają dostęp do różnych narzędzi programistycznych, takich jak Node-RED i Python. Nowoczesna łączność sieciowa udostępniana przez platformy PAC zapewnia integrację między krytycznym dla bezpieczeństwa środowiskiem PLC, warstwą Thin Edge oraz funkcjami analitycznymi zwykle wykonywanymi w obrębie warstwy Thick Edge i w chmurze.

Przemysłowe sterowniki brzegowe oferują sterowanie definiowane programowo z rozszerzonymi możliwościami optymalizacji, a wszystko to przy spełnieniu rygorystycznych wymogów niezawodności, bezpieczeństwa i ochrony w zastosowaniach przemysłowych. Sterowniki brzegowe są logicznym wyborem dla automatyki przemysłowej i IIoT ze względu na połączenie zadań sterowania i przetwarzania brzegowego. Bramki brzegowe, urządzenia brzegowe oraz nowe sterowniki brzegowe, które łączą sterowniki PLC/PAC i przetwarzanie brzegowe w jeden system, to główne formy przemysłowej technologii brzegowej w ramach automatyki maszyn. Kontrolery brzegowe to skok generacyjny dla przemysłowych systemów sterowania opartych na sterownikach PLC i PAC, zapewniający bezpieczne połączenie między sterowaniem deterministycznym w czasie rzeczywistym a aplikacjami niedeterministycznymi, które analizują i optymalizują procesy biznesowe z wykorzystaniem danych zewnętrznych.

Zakres komunikacji sterowników PLC i PAC

Podstawowe sterowniki PLC to często typowo fizyczne konstrukcje lub takie, które wykorzystują bardzo ograniczony i zastrzeżony system operacyjny, gdyż są to wyspecjalizowane urządzenia sterujące o określonym zakresie funkcjonalnym. Dzięki zastosowaniu systemu RTOS, sterowniki PAC zostały wzbogacone o bardziej zaawansowane usługi komunikacyjne i funkcjonalne przy jednoczesnym zachowaniu deterministycznego czasu pracy. Wcześniej sterowniki PLC były odizolowane lub komunikowały się za pomocą powolnych i nieefektywnych łączy szeregowych. W sterownikach PAC zastosowano lepszą implementację protokołów przemysłowych oraz sieć Ethernet w celu zwiększenia łączności i interoperacyjności. Sterowniki brzegowe zapewniają wszystkie te korzyści, a jednocześnie są w stanie funkcjonować w środowisku coraz bardziej połączonym z IT.

Sterowniki PLC wykorzystywały głównie zastrzeżoną logikę drabinkową i podstawowe narzędzia do tworzenia aplikacji. Sterowniki PAC mogą zapewniać wsparcie dla konwencjonalnych języków programowania IEC-61131-3, niestandardowych bloków kodu użytkownika oraz pewnych podstawowych możliwości ponownego wykorzystania kodu i projektowania obiektowego poprzez wykorzystanie pomysłów czerpanych z szerszej bazy branży oprogramowaniowej. Dobrze zaprojektowany sterownik brzegowy utrzymuje deterministyczny czas pracy, jednocześnie zapewniając środowisko obliczeniowe do wykonywania analiz, agregacji danych i innych zaawansowanych funkcji.

Korzyści wynikające z zastosowania sterownika brzegowego

Gdy użytkownicy wymagają jedynie zestawu funkcji sterownika PLC/PAC, sterownik brzegowy może być określony jako spełniający tę rolę. Osoby bardziej zainteresowane (i być może lepiej obeznane technicznie) powinny jednak szukać sterowników brzegowych, które mają natywny zestaw narzędzi przyjaznych dla IT, takich jak system operacyjny Linux, interpreter Python, bezpieczne gniazda, wbudowaną bazę danych i zgodność z OPC Foundation, OPC UA. Prostszym zadaniem jest bezpieczne skoordynowanie deterministycznego i ogólnego systemu operacyjnego na jednej platformie sprzętowej niż instalowanie oddzielnych systemów. System operacyjny ogólnego przeznaczenia ma dostęp do szerszego zakresu źródeł informacji, a także do danych o wysokiej wierności z systemu deterministycznego i urządzeń IIoT. Ma również możliwość prowadzenia lokalnych działań analitycznych i realizacji wyrafinowanych algorytmów. Wyniki mogą być wykorzystane do doradzania systemowi deterministycznemu w zakresie optymalnego działania. Ponadto system operacyjny ogólnego przeznaczenia nadaje się do przekształcania surowych danych w wstępnie przetworzone informacje, które mogą być bezpiecznie udostępniane systemom wyższego poziomu.

Ten blog poświęcony jest integracji przetwarzania brzegowego w sterownikach PLC i PAC; aby uzyskać więcej informacji na temat przetwarzania brzegowego i jego różnych form oraz konieczności zapewnienia kompleksowego bezpieczeństwa, zachęcamy do zapoznania się z dokumentacją „Przemysł 4.0 – Przetwarzanie brzegowe w środowisku przemysłowym”.