Komputer w świecie PLC

Chociaż termin PAC funkcjonuje w branży produkcyjnej (OT) już od blisko 20 lat, jednostki tego typu są nadal postrzegane jako "bardziej zaawansowane PLC". Na taki stan rzeczy mieli wpływ dostawcy, którzy dodawszy obsługę np. zmiennych nielokowanych lub webserwerów, chętnie wprowadzali na swoje rozwiązania nazwę PAC. Z tych powodów potencjał zaawansowanych systemów PAC - w praktyce komputerów przemysłowych w obudowie PLC, pozostaje często niewykorzystany z uwagi na powierzanie im zadań właściwych dla nawet prostych PLC. W artykule zwracamy uwagę na kilka zagadnień, które przesądzają o tym, że jednostki PAC - takie jak np. Advantech APAX - są optymalnym wyborem.

Duża moc obliczeniowa, rozbudowane funkcje akwizycji i przetwarzania danych, możliwość implementowania zaawansowanych algorytmów, a także łatwość integracji z warstwą IT sprawiają, że rozwiązania takie doskonale sprawdzają się w aplikacjach wykraczających poza typowe sterowanie procesami, liniami produkcyjnymi oraz maszynami. W pełni wyposażona jednostka PAC może z powodzeniem objąć swoją funkcjonalnością aż 4 warstwy modelu ISA95, począwszy od poziomu I/O a na wybranych modułach systemu MES skończywszy. Pomimo tej wszechstronności głównym obszarem zastosowań są rozwiązania lokowane powyżej warstwy PLC, tj. przykładowo: model based predictive control, predictive maintenance, serializacja, zadania optymalizacyjne i monitorowania pracy linii technologicznych.

Typowe dla obszaru OT urządzenia, takie jak jednostki PLC czy stacje procesowe systemów DCS, charakteryzują się długim cyklem życia sięgającym nawet 25 lat. Inwestycje prowadzone są często na przestrzeni wielu lat, niezależnie i przy braku standaryzacji. Skutkuje to silnym zróżnicowaniem technicznym, wielością sieci polowych i znacznymi różnicami w cyklu życia stosowanych rozwiązań. Jednym z pierwszych kroków na drodze do integracji obszaru OT z systemami biznesowymi w ramach projektów IIoT jest zatem integracja pozioma systemów sterowania i standaryzacja interfejsów umożliwiających następnie integrację pionową z systemami biznesowymi.

Jednostki PAC takie jak Advantech APAX doskonale sprawdzają się w takiej roli. PAC może zostać wyposażony w specjalizowane moduły komunikacyjne wspierające takie sieci jak CanOpen, Profibus DP, itp., natomiast standardowe porty LAN często natywnie wspierają Ethernet/IP, ProfiNET, EtherCAT. Co więcej, architektura samej jednostki PAC może być silnie rozpraszana w sensie geograficznym, dzięki czemu nawet pojedynczy PAC może zintegrować systemy sterowania na dużym obszarze. Dodatkowo swoboda programowania sprawia, że PAC może służyć jako zaawansowany konwerter protokołów i inteligentna brama.

Advantech APAX w istocie jest modułowym komputerem przemysłowym, który pracuje pod kontrolą wybranego systemu operacyjnego. Do złudzenia przypomina on jednak sterownik modułowy, a standard zasobów I/O spełnia typowe wymagania aplikacji przemysłowych. Na platformie APAX można zatem uruchamiać specjalizowane aplikacje napisane w jednym z wielu języków programowania. To sprawia, że PAC jest interesującą propozycją dla deweloperów IT poszukujących przemysłowej platformy sprzętowej.

APAX może okazać się również doskonałym wyborem dla programistów OT przyzwyczajonych do standardu IEC61131-3 i typowych dla PLC pięciu języków programowania. Dzięki oprogramowaniu narzędziowemu CoDeSys v3 programiści automatycy mają pełny dostęp do zasobów PAC oraz możliwość nie tylko zaprogramowania algorytmów sterowania, ale również integracji środowiska OT z obszarem IT. Od strony technicznej konwersja jednostki APAX do sterownika programowanego za pomocą CoDeSys-a jest niezwykle prosta i odbywa się przez uruchomienie odpowiednio przygotowanego oprogramowania runtime.

Ciągle jeszcze pojawiają się opinie kwestionujące niezawodność układów programowalnych pracujących pod kontrolą systemów operacyjnych znanych ze świata komputerów PC. Należy jednak zaznaczyć, że zarówno same urządzenia PAC, jak i ich systemy operacyjne są odpowiednio przygotowane do pracy w warunkach przemysłowych.

Jednocześnie w przeciwieństwie do klasycznych PLC jednostki takie jak APAX mogą być wyposażone w potężne procesory Intel Core i7/i3/Celeron. Jeżeli dodamy do tego możliwość zainstalowania przemysłowych dysków SSD/HDD, okaże się, że konfiguracje takie mogą połączyć funkcje nie tylko sterownika, ale również agregatora danych, układu je przetwarzającego oraz platformy dla systemów SCADA i MES.

O tym, że PAC może być stosowany w najbardziej wymagających aplikacjach, dobitnie świadczy fakt, że jednym z typowych obszarów zastosowań stało się sterowanie ruchem. Zaawansowane układy motion wymagają wysoce wydajnych sterowników ruchu. Zastosowanie jednostki PAC z procesorami i7/i3 czy nawet Celeron zapewnia odpowiedni zapas mocy obliczeniowej, a zgodność ze standardem PLC Open Motion Control sprawia, że rozpoczęcie pracy na nowej platformie sprzętowej nie wymaga praktycznie żadnych dodatkowych przygotowań.

Można powiedzieć, że jednostki klasy PAC pojawiły się na rynku zbyt wcześnie, wyprzedzając zapotrzebowanie na tego typu konstrukcje. Dopiero z nastaniem czwartej rewolucji przemysłowej pole ich zastosowań zostało jasno zdefiniowane, choć i teraz standardowy model ISA95 nie przewiduje dla nich wyróżnionego miejsca. Jaka będzie przyszłość rozwiązań PAC? Wydaje się, że zdecydowanie obiecująca. Projektów pod szyldem Przemysł 4.0 będzie przybywać z roku na rok.

Również trend do integracji PLC z systemami SCADA i tworzenia hybryd klasy DCS jest coraz silniejszy, a to z kolei powoduje, że sterowniki PLC coraz bardziej przypominają jednostki PAC pod względem wydajności i wielkości pamięci. Nie bez znaczenia jest również zmiana pokoleniowa. Wśród młodej kadry programistów - automatyków, programowanie w Java, .NET, Python, C++, itp. jest naturalne i tak samo naturalne będzie to, że zaczną oni sięgać po rozwiązania pozwalające zaprogramować się ulubionymi przez nich narzędziami.

Maciej Kuczyński
Advantech Poland
www.advantech.eu