Produkcja maszyn (OEM)

Sterowniki i kontrolery przemysłowe

Sterowniki programowalne to nieodłączna część świata automatyki przemysłowej, zaś popyt na nie niezmiennie się utrzymuje. Które branże w Polsce będą wykazywały największe zainteresowanie tymi urządzeniami? Które są ich potencjalnie największymi odbiorcami? Od odpowiedzi na te pytania rozpoczynamy pierwszą z analiz publikowanych w IRA 2024. W opracowaniu również m.in.: opis wymogów klientów odnośnie do sterowników, przedstawienie nowości technologicznych w branży oraz rozwiązań alternatywnych do PLC.

Które branże będą wykazywały największe zainteresowanie sterownikami programowalnymi? Taką na pewno jest spożywcza, gdzie sterowniki służą do kontroli i automatyzacji procesów produkcyjnych. Drugim, niezmiennie perspektywicznym sektorem, jest ten zrzeszający firmy wytwarzające maszyny. W ich przypadku PLC stanowią centralne elementy tworzonych systemów sterowania i kontroli. Mówiąc o ważnych zastosowaniach, naturalnie należy też wskazać obszar motoryzacyjny, gdzie sterowniki programowalne wykorzystywane są do sterowania procesami produkcyjnymi oraz kontroli działania różnorodnych innych systemów – np. związanych z transportem wewnętrznym.

Kolejną branżą, która może przyczynić się w Polsce do wzrostów sprzedaży sterowników programowalnych, jest energetyka, w której PLC wykorzystuje się do sterowania pracą podsystemów elektrowni, systemów przetwarzania energii i innych. W perspektywie najbliższych lat coraz większe znaczenie będą miały też sektory związane z OZE oraz zastosowaniami infrastrukturalnymi / transportowymi. Oprócz wymienionych rynków duży potencjał dla PLC mają też: branża farmaceutyczna, opakowaniowa, chemiczna oraz petrochemiczna. W tych sektorach sterowniki programowalne służą do kontroli i automatyzacji procesów produkcyjnych oraz zapewnienia bezpieczeństwa prowadzenia procesów produkcyjnych.

W zestawieniu odpowiedzi, podobnie jak w poprzednich badaniach, tworzy się tzw. długi ogon. Chodzi o dużą liczbę i różnorodność potencjalnych aplikacji, co potwierdza fakt uniwersalności sterowników. Wskazuje to również na to, że PLC jeszcze przez długi czas będą pozostawały popularnymi, bazowymi elementami aplikacji automatyki – i to nie tylko przemysłowej.

Piotr Adamczyk

ASTOR

Jak wygląda dzisiaj branża dystrybucji PLC/PAC w Polsce? Jak wpłynęły na nią wydarzenia ostatnich lat?

Polski rynek sterowników PLC i kontrolerów PAC był sektorem zdominowanym przez kluczowych dostawców automatyki. Jednak załamanie łańcucha dostaw, problemy na rynku półprzewodników oraz wojna na Ukrainie wpłynęły znacząco na to, co wybierali klienci. A w wielu przypadkach wybierali po prostu to, co było dostępne.

Problemy z dostępnością dotykały i dotykają wszystkich bez wyjątków, stąd też kluczowa okazała się zdolność do szybkiej adaptacji do zmiennych warunków w zakresie dostępności oraz elastyczność. Do tego ważna była swoista zwinność w obszarze przeprojektowania elektroniki układów, aby móc wykorzystać w urządzeniach komponenty, które były aktualnie dostępne. To niestety pociągnęło za sobą znaczący wzrost kosztów, którego efekty obserwujemy od dwóch ostatnich lat w postaci wzrostu cen oferowanych produktów.

Na większy popyt na rynku automatyki przełożyło się również mniejsze bezrobocie i wzrost płacy minimalnej, co napędzało potrzebę automatyzacji obszarów, w których brakowało pracowników. Wzrost zainteresowania w zakresie automatyzacji to element, który miał bardzo pozytywny wpływ na rozwój obszarów pokrewnych i oferty uzupełniającej układy PLC/PAC o rozwiązania z zakresu HMI oraz Motion.

Potrzeby i wymogi odbiorców

Według badań ponad 65% respondentów uważa niezawodność i bezawaryjność za jedną z najważniejszych cech sterowników programowalnych. Nie dziwi to, zważywszy na fakt, że sterowniki programowalne stanowią rdzeń wielu systemów automatyki i sterowania. Kolejną ważną cechą jest cena zakupu, którą wskazało aż 73% respondentów. PLC stanowią kluczowe elementy systemów sterowania i kontroli, warunkując działanie maszyn i urządzeń technologicznych. Z tych powodów muszą one pracować bezawaryjnie – i to w kontekście długiego, wieloletniego okresu użytkowania. Jeżeli zaś chodzi o aspekt cenowy, to dotyczy on w szczególności systemów ze sterownikami modułowymi, które są rozbudowywane przez moduły we/wy i inne.

Trzecie miejsce statystyki zajęło wskazanie marki, podobnie dużo osób zaznaczyło kwestie łatwości programowania. Do tej kategorii zaliczyć można też dostępność funkcjonalnych, intuicyjnych w użyciu narzędzi programistycznych. Jeżeli zaś chodzi o markę, to kategoria ta jest o tyle specyficzna, że w wielu aplikacjach dobór urządzenia jest często określony z góry, zaś odbiorca korzysta z tego, co zapisano na liście referencyjnej. Ważne miejsce zajęło wreszcie wskazanie dotyczące obsługi interfejsów komunikacyjnych. Można tutaj zaobserwować wzrost w stosunku do poprzednich badań, co niewątpliwie jest pochodną procesów cyfryzacji zachodzących w branży automatyki przemysłowej.

Nowości technologiczne

O nowości na rynku pytamy przy okazji każdego badania i tym razem uzyskaliśmy tutaj bardzo wiele wskazań, które zebraliśmy w postaci listy z krótkimi komentarzami. Zdaniem respondentów trendami w branży PLC są dzisiaj:

Rozwój możliwości komunikacyjnych, rozwój IIoT (Industrial Internet of Things) – sterowniki zapewniają coraz większe możliwości wymiany danych z wykorzystaniem różnych protokołów komunikacyjnych, w szczególności Industrial Ethernet, co pozwala na łatwiejsze zbieranie i przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym.
Integracja – coraz łatwiejsza integracja różnych systemów i urządzeń umożliwia bardziej kompleksową kontrolę procesów produkcyjnych. Respondenci wskazywali tutaj zarówno integrację HMI z PLC, jak też łączenie sterowników z innymi urządzeniami (np. z obszaru systemów wizyjnych). W szczególności jednak często wskazywane były HMI, dzięki którym możliwa jest kontrola i monitorowanie pracy maszyn oraz urządzeń, sterowanie nimi, a także łatwe przetwarzanie i prezentowanie danych operatorowi.
Praca jako urządzenia krawędziowe – przetwarzanie informacji bezpośrednio w urządzeniu pozwala na bardziej efektywną transmisję, analizę i zarządzanie danymi w procesach produkcyjnych.
Funkcje Motion – sterowniki zapewniają większe możliwości sterowania ruchem i funkcjonalność Motion Control. Jest to szczególnie pożądane w przypadku ich wykorzystania w maszynach.
Wzrost wykorzystania chmury obliczeniowej – użycie rozwiązań chmurowych pozwala na przechowywanie i przetwarzanie danych w sposób bardziej efektywny, elastyczny i skalowalny, zaś sterowniki coraz częściej mają funkcje zapewniające możliwość bezpośredniej wymiany danych z chmurami obliczeniowymi.
Programowanie językami wysokiego poziomu – oprócz standardowych języków programowania (IEC 61131-3), w branży PLC coraz szerzej zapewniane są możliwości wykorzystywania języków wysokiego poziomu, co zbliża sterowniki do kontrolerów automatyki i platform PC.
Konteneryzacja – wykorzystanie technologii umożliwiającej tworzenie i uruchamianie aplikacji w izolowanych środowiskach.
Rozwój sztucznej inteligencji – umożliwia wykorzystanie sieci neuronowych w sterownikach programowalnych do analizy i przetwarzania danych, m.in. w celu wykrywania anomalii w procesach produkcyjnych.
Agregowanie danych, lepsze alarmowanie – sterowniki mają większe możliwości w zakresie agregowania oraz przetwarzania danych. Jeżeli chodzi o alarmowanie, to dostawcy wskazali na skuteczniejsze funkcje alarmowe i powiadamiania o sytuacjach nietypowych.
Bezpieczeństwo – sterowniki programowalne zapewniają coraz wyższy poziom bezpieczeństwa, zarówno jeżeli chodzi o bezpieczeństwo procesów (redundancja), jak też cyberbezpieczeństwo.
Wsparcie dla MQTT – protokół ten jest coraz popularniejszy w odniesieniu do PLC, zwłaszcza w kontekście IoT oraz Industry 4.0, gdzie dane muszą być wymieniane pomiędzy różnymi urządzeniami i systemami.
Zdalne sterowanie, zdalny dostęp – trend ten wiąże się z komunikacją i dotyczy zapewniania możliwości zdalnego monitoringu oraz kontroli systemów. Jest to szczególnie pożądane przez producentów maszyn.

Trendy rozwojowe w dziedzinie PLC, podsumowując, obejmują wiele różnych obszarów, takich jak bezpieczeństwo, integracja, IoT, przetwarzanie danych czy komunikacja z chmurą obliczeniową. Wraz z rosnącym postępem technologicznym sterowniki PLC również stają się coraz bardziej zaawansowane, ale też elastyczne. Sprzyja temu również wykorzystanie w tej dziedzinie technologii cyfrowych oraz rozwiązań znanych z branży IT. W efekcie kolejne generacje PLC – nawet tych kompaktowych – zapewniają coraz większe możliwości obliczeniowe i aplikacyjne.

Mariusz Bąba

Weidmüller

Co zmieniło się w ostatnich latach w technologiach i funkcjonalności PLC? W jakim kierunku rozwijają się te produkty?

W ostatnich latach nastąpiła znaczna zmiana, jeżeli chodzi o sposoby komunikacji sterowników PLC. Stało się to za sprawą zaspokajania potrzeb użytkowników związanych z aplikacjami IIoT (Industrial Internet of Things). Nowe sterowniki, oprócz standardowych magistrali komunikacyjnych, wyposażone są też w środowisko Node-Red, które umożliwia w prosty sposób ich skomunikowanie ze światem Internetu Rzeczy. Sterownik staje się urządzeniem, które oprócz wykonywania swojej podstawowej funkcjonalności, jaką jest zarządzanie procesem, umożliwia jego pełną interakcję z siecią i systemami chmurowymi.

Drugim znaczącym trendem jest coraz częstsze odchodzenie od płatnych licencji środowiska inżynierskiego. Przykładem takiego rozwiązania może być sterownik u-control web. Nie wymaga on instalacji żadnego narzędzia inżynierskiego, a pełna obsługa jest zapewniona przez standardową przeglądarkę internetową z poziomu komputera, tabletu, a nawet smartfona.

Co zamiast sterowników programowalnych?

Rozwojowi PLC towarzyszy już od wielu lat ewolucja innych urządzeń i systemów, w szczególności komputerów przemysłowych. Urządzenia te mogą być programowane w językach wysokiego poziomu, pozwalają na akwizycję dużych ilości danych, ich przetwarzanie oraz transmisję. IPC mogą też być łatwo rozbudowywane o dodatkowe interfejsy, moduły funkcjonalne oraz pamięć, co pozwala na ich stosowanie w różnych aplikacjach w przemyśle, energetyce czy transporcie. Drugą z ważnych grup urządzeń są kontrolery automatyki, czyli PAC. Jest to grupa urządzeń umiejscawianych pośrednio między PLC i IPC, biorąc pod uwagę cechy oraz funkcjonalność. Są one w praktyce wielofunkcyjnymi platformami sterowania i kontroli.

Dostawcy sterowników niezmiennie rozwijają funkcjonalność swoich produktów, tak aby sprostać wymaganiom rynku. Obecne PLC są urządzeniami o dużych możliwościach komunikacyjnych i obliczeniowych, a jednocześnie zachowują cechy, za które zawsze były cenione – odporność, niezawodność i elastyczność rozbudowy. Są one również kompaktowe, zaś znajomość ich programowania jest powszechna wśród automatyków. Nawet jeżeli są zastępowane przez inne technologie, to tylko w części aplikacji – przykładem jest wykorzystanie popularnych przekaźników programowalnych w prostszych aplikacjach sterowania. Tak też stwierdziła przeważająca (84%) liczba respondentów.

Najpopularniejsze zdaniem dystrybutorów marki sterowników sprzedawanych w Polsce; zestawienie nie dotyczy udziałów firm w rynku

Mariusz Pacan

WAGO

Czy dzisiaj wymogiem stawianym dostawcom jest posiadanie jednego, kompleksowego narzędzia do programowania, uruchamiania i diagnostyki systemów sterowania?

Unifikacja pozwala upraszczać i z tego względu wydaje się być kusząca. Pytanie jednak, co w kontekście konkretnego systemu sterowania i zadań związanych z automatyzacją owo pojęcie "kompleksowego narzędzia" będzie oznaczać? Co chcemy otrzymać? Biorąc pod uwagę fakt, że spektrum oczekiwań odbiorców jest bardzo szerokie i niejednorodne, również unifikacja samego oprogramowania może stanowić wyzwanie.

Na rynku widzimy wyraźnie dwa główne nurty. Jeden obejmuje tworzenie rozbudowanego, zunifikowanego w ramach oferty sprzętowej producenta oprogramowania narzędziowego. Zapewnia ono wygodną integrację rozwiązań własnych, przy jednoczesnej, zwykle trudniejszej, integracji rozwiązań spoza własnego ekosystemu. Drugi dotyczy tendencji budowania oferty szerokiego grona producentów / specjalistów w węższym obszarze automatyzacji, których łączy uniwersalna platforma programistyczna zgodna ze standardem IEC 61131-3, taka jak np. CODESYS. Użytkownicy otrzymują kompleksowość oraz ujednolicone podejście do integracji w ramach otwartego, szerokiego i zróżnicowanego pod względem możliwości wyboru ekosystemu.

Jedno jest pewne: z punktu widzenia celu – dobrego, uzasadnionego technicznie i ekonomicznie systemu sterowania – im łatwiej i wygodniej, tym lepiej. "Łatwiej" wyraża się w niskiej barierze wejścia – np. zerowych lub małych nakładach na narzędzia programistyczne, standaryzacji czy szkoleniach i wsparciu technicznym. Im wygodniej, w ramach danego środowiska, tym lepiej także dla integratora, dostawcy maszyny i finalnie użytkownika. O wygodzie decydują dostępne mechanizmy upraszczające konfigurację i integrację poszczególnych elementów systemu od dowolnie wybranego producenta, czy też po prostu programowanie zgodne z normą i wygodny zestaw bibliotek. W efekcie to wszystko bezpośrednio przekłada się na nakłady, potrzeby kadrowe i determinuje wybór.

Co zmieniło się ostatnich latach w technologiach i funkcjach PLC? W jakim kierunku rozwijają się te urządzenia?

Moce obliczeniowe rosną, podobnie jak zasoby pamięci i funkcje systemów operacyjnych. To co było wyróżnikiem dużych PLC dziś staje się standardem dostępnym nawet w małych, kompaktowych wersjach. Zadania obecnie realizowane przez sterowniki daleko wykraczają poza klasyczne sterowanie. Niespotykana łatwość żonglowania danymi, bezpośrednia komunikacja z systemami bazodanowymi przedsiębiorstw, rozbudowane funkcjonalności webserwerów – to tylko kilka przykładów. Postępuje zacieranie granic pomiędzy automatyką, a IT. Dostępne w PLC, już na poziomie firmware, środowisko Docker wraz z aplikacjami takimi jak InfluxDB, Grafana, Node-RED wzmacniają ten trend.

W świecie, gdzie wszystko jest ze sobą połączone, a standardem jest Ethernet, nie sposób uciec od kwestii cyberbezpieczeństwa oraz wydajnych mechanizmów wymiany danych pomiędzy rozproszonymi obiektami i/lub aplikacjami w chmurze. Tu z pewnością na znaczeniu zyskuje protokół MQTT oraz stojące za nim mechanizmy – autentykacja, szyfrowanie, synchronizacja czasu, buforowanie danych przy utracie transmisji. MQTT coraz śmielej wzbogaca środowisko przemysłowe i, w zakresie wymiany danych, wypiera klasyczne, opracowane dekady temu protokoły. Kolejnym przykładem może być rosnące wykorzystanie protokołów telecontrol takich jak DNP3. Kojarzony głównie z telemechaniką w infrastrukturze krytycznej, dziś może być łatwo uruchomiony na każdym, nawet najmniejszym, sterowniku PLC WAGO i wydajniej niż np. Modbus wspierać systemy monitoringu, czy telesterowania.

Rosnąca świadomość i konieczność rozważania kwestii dotyczących bezpieczeństwa sieciowego w układach sterowania jest dziś faktem. Cyberbezpieczeństwo zależy od integratorów, użytkowników i producentów. W WAGO podchodzimy do tej kwestii systemowo. Stąd nasze wysiłki i certyfikacja według normy IEC 62443-4-1.

Najbardziej perspektywiczne branże będące odbiorcami PLC i podobnych produktów

Sterowniki są coraz częściej integrowane z innymi urządzeniami. Przykładowo mogą być wbudowywane w serwonapędy i układy sterowania ruchem czy też łączone z HMI. Szczególnie to ostatnie – dostępność sterowników zintegrowanych z panelami – już od lat wpływa na rynek, zaś urządzenia te znajdują wielu nabywców. Nadają się one doskonale do tworzenia kompaktowych systemów sterowania, choćby w maszynach. Według 30% respondentów rośnie na nie popyt, również 30% dostawców uznało, że popularyzują się w części aplikacji – w tych mniej złożonych. Wyniki te są nieco słabsze niż w poprzednich badaniach, ale wpisują się w trend długoterminowy. Jednocześnie aż 40% osób uznało, że PLC stanowią jedynie uzupełnieniem oferty. Sterowniki są ponadto integrowane z modułami do komunikacji bezprzewodowej. Według ankietowanych istnieje grupa aplikacji, takich jak przykładowo te w sektorze wod-kan i instalacjach rozproszonych, gdzie tego typu urządzenia są najbardziej popularne. Tak odpowiedziało ponad 50% osób, jednocześnie reszta stwierdziła inaczej.

Więcej informacji o rynku PLC

Bieżąca analiza stanowi element cyklu publikacji badań, które przedstawiamy w Informatorach Rynkowych Automatyki. Osoby zainteresowane opisem sytuacji na rynku, omówieniem działających tam producentów i dystrybutorów, a także zestawieniami popularnych w kraju sterowników zapraszamy do lektury kolejnego wydania IRA, tj. edycji na 2025 rok. Część tych informacji, lecz bazujących na badaniach sprzed kilku lat, zawarto również w poprzednim informatorze (IRA 2023).