IIoT และ PLC: การอยู่ร่วมกัน ไม่ใช่การเผชิญหน้า

Industrial Internet of Things สัญญาว่าจะออกแบบเครื่องจักรใหม่ จัดระเบียบกระบวนการ และใช้พลังของข้อมูลขนาดใหญ่เพื่อปรับปรุงผลิตภาพและผลกำไร ตามข้อมูลบางอย่าง สถาปัตยกรรมและอุปกรณ์ที่คุ้นเคย เช่น ตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้ (PLC) อาจถูกกำจัดออกไป อีกมุมมองหนึ่งคือ การระเบิดในการรวบรวมข้อมูลจะผลักดันให้อุปกรณ์ขนาดเล็กจำนวนมากขึ้น เช่น PLC ขนาดเล็กหรือนาโนที่สามารถติดตั้งได้เกือบทุกที่ทั่วทั้งโรงงาน

ข้อมูลใหญ่; ความคิดใหม่?

Industrial Internet of Things ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าในการรวบรวมข้อมูลจำนวนมากจากกระบวนการและอุปกรณ์สำหรับการวิเคราะห์อย่างเข้มข้นในระบบคลาวด์ วัตถุประสงค์คือเพื่อปรับปรุงการเพิ่มประสิทธิภาพและการปรับโครงสร้างกระบวนการใหม่ ดำเนินการปรับปรุง เช่น ลดของเสีย และตอบสนองต่อความต้องการของลูกค้าได้เร็วขึ้น โรงงานแห่งการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 (Industry 4.0) น่าจะมีเซ็นเซอร์หลายพันตัวทั่วทั้งอุปกรณ์และพื้นที่ทำงาน โดยจะรายงานในแง่มุมต่าง ๆ ที่หลากหลาย เช่น กระแสมอเตอร์และการสั่นสะเทือน อุณหภูมิแวดล้อมและความชื้น การทดสอบผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายและการวัดการตรวจสอบ หมายเลขซีเรียล แบทช์ ตัวเลข และการประทับเวลา

ความสำเร็จของ Industry 4.0 นั้นต้องการช่องข้อมูลนับพันช่องเพื่อเก็บรวบรวมข้อมูลในระบบคลาวด์อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อจัดเก็บ จัดลำดับความสำคัญ จัดกลุ่มและวิเคราะห์ และสุดท้ายเปลี่ยนเป็นคำสั่งที่ได้รับการปรับปรุงเพื่อสื่อสารกับเครื่องจักร และข้อมูลเพื่อขับเคลื่อนการตัดสินใจทางธุรกิจที่ชาญฉลาด การออกแบบเครื่องจักร ระบบควบคุม และเครือข่ายการสื่อสารในโรงงานคาดว่าจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจก่อให้เกิดภัยคุกคามต่ออุปกรณ์ที่มีหน้าที่รับผิดชอบ เช่น PLC ที่ควบคุมการรวบรวมข้อมูล การประมวลผล และการควบคุมในระบบอัตโนมัติทั่วไป

ความปรารถนาที่จะเก็บรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงผลผลิตและช่วยในการตัดสินใจทางธุรกิจไม่ได้มาจากอุตสาหกรรม 4.0 องค์กรต่างๆ ต่างมองหาการรวบรวมปริมาณข้อมูลที่เพิ่มขึ้นจากอุปกรณ์และการแลกเปลี่ยนอัตโนมัติระหว่างระบบในโรงงานและระบบวิเคราะห์หลังสำนักงานตั้งแต่ก่อน Cloud Industrial PC (IPC) เป็นตัวอย่างหนึ่งของแนวคิดที่เกิดขึ้นเพื่อเปิดใช้งานระบบอัตโนมัติบนพีซีด้วยประโยชน์ของการไหลของข้อมูลอย่างราบรื่นไปยังและจากผู้มีอำนาจตัดสินใจบน LAN ขององค์กร อย่างไรก็ตาม PLC ยังคงรักษาข้อดีหลายประการไว้ รวมถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและความน่าเชื่อถือสูง และยังมีการพัฒนาเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดโดยการเพิ่มความสามารถในการประมวลผล ให้ฟังก์ชันพิเศษ และรวมเอามาตรฐานที่ใช้พีซีเป็นหลัก

การเผชิญหน้า

การเพิ่มจำนวนเซนเซอร์และกิจกรรมการรวบรวมข้อมูลอื่นๆ ทั่วทั้งโรงงานในยุคอุตสาหกรรมหน้า อาจครอบงำความสามารถของ PLC ในปัจจุบัน บางคนแนะนำว่าข้อมูลเซ็นเซอร์จะถูกเก็บรวบรวมโดยตรงไปยังคลาวด์โดยใช้โปรโตคอลขนาดเล็ก เช่น MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีข้อมูลจำนวนมากในปัจจุบันคือ MQTT สามารถเลี่ยงข้อมูลปริมาณมากที่ไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งสามารถอุดตันเครือข่ายได้เมื่อใช้โปรโตคอลแบบสำรวจ/ตอบกลับแบบทั่วไป โมเดลการเผยแพร่/สมัครสมาชิกของ MQTT ช่วยให้เซ็นเซอร์อัจฉริยะเผยแพร่เฉพาะข้อมูลใหม่สำหรับอุปกรณ์ที่กำหนดค่าให้รับข้อมูลเท่านั้น เป็นที่ทราบกันดีว่า IoT และแพลตฟอร์มโซเชียลสำหรับผู้บริโภคที่สำคัญบางตัวใช้ประโยชน์จากความต้องการแบนด์วิดท์ต่ำของโปรโตคอล เวลาแฝงต่ำ และใช้พลังงานต่ำ MQTT เหมาะสมอย่างยิ่งที่จะใช้ในระบบควบคุม และโมดูล MQTT สามารถจัดเตรียมเส้นทางสำหรับการส่งข้อมูล IIoT ไปยังคลาวด์ได้โดยตรง นี่เป็นวิธีที่ปฏิบัติได้จริงในการจัดการข้อมูลที่สร้างโดยเซ็นเซอร์จำนวนมากที่กระจายไปทั่วโรงงานที่เชื่อมต่อ

การอยู่ร่วมกัน

อีกทางหนึ่ง PLC แบบรวมศูนย์แบบเดิมสามารถแทนที่ด้วย PLC ขนาดเล็กหลายตัวที่วางใกล้กับเซ็นเซอร์ที่พวกเขากำลังตรวจสอบและกลไกที่ควบคุม ไมโครหรือนาโน PLC ที่ออกแบบมาเพื่อสื่อสารโดยเป็นส่วนหนึ่งของ IIoT กำลังเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองบทบาทประเภทนี้ โดยให้ช่อง I/O มีขนาดเล็กพร้อมตัวเลือกการขยายแบบแยกส่วน

Crouzet กำลังเตรียมการสำหรับโอกาสนี้ด้วยตระกูล em4 ของ nano PLCs เช่น em4 อีเธอร์เน็ต em4 มีขนาด 124.6 x 90 มม. และมีตัวเลือกเอาต์พุต IO แบบอนาล็อกและดิจิตอลและรีเลย์ นอกจากนี้ยังมีโมดูลขยาย I/O แบบดิจิตอลและอนาล็อก ให้ความยืดหยุ่นเพื่อรองรับการติดตั้งขนาดใหญ่หรือขนาดเล็ก สามารถตั้งโปรแกรมหรือแก้ไขจุดบกพร่องได้จากทุกที่บนเครือข่ายท้องถิ่น และสามารถเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตได้ตามต้องการโดยไม่มีโมดูลเพิ่มเติม (ภาพที่ 1) เป็นวิธีที่สะดวกในการรวบรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์ em4 สามารถส่งบันทึกข้อมูลตามกำหนดการอย่างง่ายทางอีเมลหรือ FTP หรือส่งการแจ้งเตือนทางอีเมลภายใต้การควบคุมของโปรแกรมแอปพลิเคชัน สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์อื่น ๆ ได้มากถึงสิบหกเครื่องบนเครือข่าย และตรวจจับยูนิต em4 ที่เชื่อมต่อได้มากถึงแปดเครื่องโดยอัตโนมัติ จอแสดงผลขาวดำขนาด 18 x 4 และปุ่มกด 6 ปุ่มให้ตัวเลือกในการจัดการ PLC โดยตรงจากแผงด้านหน้า

รูปที่ 1: em4 Ethernet nano PLC เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่น ๆ บน LAN หรืออินเทอร์เน็ตได้อย่างง่ายดาย

Panasonic มี PLC ขนาดกะทัดรัดพิเศษที่ประหยัดพื้นที่ซึ่งเหมาะสำหรับการเฝ้าติดตามและควบคุมแบบกระจาย หรือสำหรับการย่อขนาดอุปกรณ์ FP0R ซีรีส์ มีความสูง 90 มม. และกว้าง 25 มม. และให้ I/O รวมถึงเอาต์พุตพัลส์ที่ช่วยให้สามารถควบคุมมอเตอร์แบบหลายแกนได้ สามารถเพิ่มโมดูลส่วนขยายได้สูงสุดสามโมดูล FeRAM ในตัวให้การสำรองข้อมูลอัตโนมัติโดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ ทำให้อุปกรณ์สามารถปิดเครื่องได้โดยไม่สูญเสียข้อมูล PLC สามารถแบ่งปันข้อมูลกับอุปกรณ์ที่คล้ายกันได้มากถึงสิบหกเครื่องผ่าน PLC-Link ที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายอีเทอร์เน็ตผ่านโมดูล FP Web Server 2 คุณสมบัติอื่น ๆ สำหรับการควบคุมมอเตอร์ ได้แก่ ตัวนับและเอาต์พุต PWM โมดูล CC_LINK และ IO/LINK ที่เชื่อมต่อได้โดยใช้โปรโตคอลยอดนิยมให้ความยืดหยุ่นเป็นพิเศษสำหรับการตรวจสอบเครือข่ายและเซ็นเซอร์ Crouzet em4 และ Panasonic FPOR ได้รับการตั้งโปรแกรมโดยใช้ซอฟต์แวร์การเขียนโปรแกรมมาตรฐานของผู้ผลิต

Maxim Integrated กำหนดให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นภายในปริมาณที่น้อยกว่า PLC แบบเดิมมากด้วยแพลตฟอร์ม Micro PLC (รูปที่ 2) โมดูล IO แบบดิจิตอลและอนาล็อกของ Micro PLC เช่น theMAXREFDES60 โมดูลเอาท์พุตแอนะล็อก 0 - 10 โวลต์พอดีกับพื้นที่ขนาดเท่าบัตรเครดิต ฟอร์มแฟคเตอร์นี้ช่วยให้นักพัฒนาสามารถเชื่อมต่อได้เทียบเท่ากับ PLC มาตรฐานในพื้นที่ประมาณ 10% โดยใช้พลังงานเพียงครึ่งเดียว มีโมดูล Micro PLC อื่นๆ ให้เลือก รวมถึง aโมดูลอินพุตแบบอะนาล็อก 4 ช่อง, โมดูลดิจิตอล 8 ช่องอินพุต และ เอาต์พุต และ การ์ดสื่อสาร RS-485 ทั้งหมดมาพร้อมกับซอร์สโค้ดตัวอย่าง C และข้อมูลทดสอบเพื่อช่วยเร่งการใช้งาน PLC ขนาดกะทัดรัดรุ่นต่อไปที่พร้อมสำหรับอุตสาหกรรม 4.0

รูปที่ 2: Maxim Integrated Micro PLC เป็นแพลตฟอร์มโมดูลาร์ขนาดกะทัดรัดที่ช่วยให้ผู้ใช้เลือกบอร์ด I/O ขนาดเท่าบัตรเครดิตได้หลากหลาย

บทสรุป

PLC มีวิวัฒนาการตลอดระยะประวัติศาสตร์ของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เพื่อให้มีวิธีการตรวจสอบและควบคุมกระบวนการและอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้และทนทาน ด้วยการปรับให้เข้ากับความต้องการของตลาดและมาตรฐานด้านการเชื่อมต่อและการสื่อสารที่เกิดขึ้นใหม่ ทำให้ PLC ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายโดยนักออกแบบอุปกรณ์อุตสาหกรรมและโรงงาน ฟอร์มแฟคเตอร์ไมโครและนาโนล่าสุดควรรักษาตำแหน่งของ PLC ใน IIoT และเป็นหัวใจของอุตสาหกรรม 4.0