IIoT és PLC: együtt, nem egymással szemben

A dolgok ipari internete a gépek újratervezését, a folyamatok átszervezését és a nagy mennyiségű adatok gyors feldolgozásában (big data) rejlő erő kihasználását ígéri a termelékenység és a nyereségesség javítása érdekében. Egyesek szerint ez a nagy változás lesöpörheti a színről a megszokott architektúrákat és eszközöket, például a programozható logikai vezérlőket (PLC-ket). Mások viszont úgy gondolják, hogy az adatgyűjtés robbanásszerű növekedésének köszönhetően még több kisebb eszközt, például mikro vagy nano PLC-ket fognak majd használni, amelyek szinte bárhol el lesznek helyezhetők a gyárban.

Big data: új dolog a nap alatt?

A dolgok ipari internete a folyamatokból és berendezésekből származó nagy mennyiségű adat összegyűjtésére épül, amelyek intenzív elemzése és feldolgozása a felhőben történik. A cél a folyamatok jobb újraoptimalizálása és átszervezése a különböző fejlesztések, például a hulladékok csökkentése és a vevői igényekre való gyorsabb reagálás elérése érdekében. A negyedik ipari forradalom (Ipar 4.0) gyárai berendezéseikben és munkaterületeiken valószínűleg több ezer olyan érzékelőt fognak majd tartalmazni, amelyek különböző aspektusokról tájékoztatnak, mint például a motorok áramai és rezgései, a környezeti hőmérséklet és páratartalom, a végtermék tesztelésével és ellenőrzésével kapcsolatos mérések, a sorozatszámok, a tételszámok és az időbélyegek.

Ahhoz, hogy az Ipar 4.0 sikeres legyen, adatok ezreit kell hatékonyan összegyűjteni, tárolni, rangsorolni, csoportosítani és elemezni a felhőben, és végül azokat a gépeknek továbbítandó, továbbfejlesztett utasításokká, valamint az intelligens üzleti döntésekhez szükséges információkká alakítani. A gépek, a vezérlőrendszerek és a gyári kommunikációs hálózatok kialakítása várhatóan jelentősen megváltozik majd, ami esetleg veszélyeztetni fogja a hagyományos automatizálásban eddig az adatgyűjtési, adatfeldolgozási és vezérlési feladatokat uraló hagyományos eszközök, például a programozható logikai vezérlők (PLC-k) szerepét.

Az a vágy, hogy a gyártási hozam javítása és az üzleti döntéshozatal támogatása érdekében több adatot gyűjtsünk nem újkeletű, nem az Ipar 4.0 hozta magával. A vállalatok már jóval a felhőtechnológia megjelenése előtt is egyre nagyobb mennyiségű adatot akartak begyűjteni a berendezéseiktől, és automatizálni a gyár és a háttérirodai analitikai rendszerek közötti adatcserét. Az ipari PC (IPC) egy példa erre, amely arra szolgál, hogy lehetővé tegye a PC-alapú automatizálást, a döntéshozókhoz és az azok irányából történő zökkenőmentes adatáramlást a vállalati helyi hálózaton keresztül annak minden előnyével. A PLC azonban számos előnyét megtartotta, beleértve a hosszú élettartamát és a nagy megbízhatóságát, továbbá a piaci igényeknek megfelelően fejlődött, növelve a feldolgozási kapacitást, extra funkciókat biztosítva és beépítve a PC-ktől megszokott funkcionalitást.

Egymással szemben

A következő ipari korszak gyáraiban az érzékelők és egyéb adatgyűjtések elterjedése miatt előfordulhat, hogy mindez túlnő a jelenlegi PLC-k által nyújtható lehetőségeken. Egyesek szerint az várható, hogy az érzékelők adatai közvetlenül a felhőbe továbbítódnak majd egy egyszerű protokoll, például az MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) segítségével. A mai, adatokban gazdag gyártási környezetekben nagy előny, hogy az MQTT képes a nagy mennyiségű, változatlan adathalmazok figyelmen kívül hagyására, amelyek a hagyományos lekérdezési/válaszolási protokollok használata esetén eltömíthetik a hálózatokat. Az MQTT publish/subscribe modellje lehetővé teszi az intelligens érzékelők számára, hogy csak az új adatokat tegyék közzé a fogadásra konfigurált eszközöknek. Ismert, hogy néhány fontos fogyasztói IoT- és közösségi platform kihasználja a protokollra jellemző alacsony sávszélesség-igényt, alacsony késleltetési időket és alacsony energiafogyasztást. Az MQTT jól alkalmas a vezérlőrendszerekben való használatra, és az MQTT-modulok közvetlenül a felhőbe vezető útvonalat tudnak biztosítani az IIoT-adatoknak. Ez praktikus módszert kínál egy összekapcsolt gyárban lévő nagyszámú érzékelő által generált adatmennyiség kezelésére.

Egy irányba nézve

Alternatív megoldás lehet a hagyományos központi PLC-knek több kisebb PLC-kkel történő helyettesítése, amelyeket az általuk felügyelt érzékelők és az általuk vezérelt mechanizmusok közelében helyeznek el. Az IIoT-n belüli kommunikációra tervezett mikro és nano PLC-k vannak kifejlődőben, amelyek az ilyen típusú szerepkör betöltésére készülnek, és kis alapterületű, moduláris bővítési lehetőségekkel rendelkező I/O csatornákat biztosítanak.

A Crouzet ezt az igényt saját nano PLC-ik em4 családjával, például az em4 Ethernet-tel szolgálja ki. Az em4 124,6 x 90 mm méretű, és analóg és digitális IO- és relékimeneteket kínál. Digitális és analóg I/O bővítő modulok is rendelkezésre állnak, amelyeknek köszönhetően a készülékcsalád egyaránt a nagy, vagy kis létesítményekben is rugalmasan alkalmazható. A helyi hálózaton belül bárhonnan programozható vagy hibakereshető, és igény szerint további modulok nélkül csatlakoztatható az internetre (1. ábra). Az érzékelők által küldött adatok gyűjtésére alkalmas kényelmes eszközként az em4 képes a mérésadatok egyszerű, ütemezett küldésére e-mailen vagy FTP-n keresztül, vagy a rendszerprogram beállításainak megfelelően e-mail riasztásokat küldeni. Akár tizenhat másik eszközzel tud kommunikálni a hálózaton, és legfeljebb nyolc másik csatlakoztatott em4 egység automatikus felismerésére képes. A 18 x 4 felbontású monokróm kijelző és a 6 gombos billentyűzet lehetővé teszi a PLC közvetlen kezelését az előlapról.

1. ábra: Az em4 Ethernet nano PLC könnyen csatlakoztatható a helyi hálózaton vagy az interneten lévő más berendezésekhez.

A Panasonic kínálatában szerepel egy helytakarékos, ultrakompakt PLC, amely elosztott felügyeletre és vezérlésre, illetve berendezések miniatürizálására alkalmas. Az FP0R sorozat tagjai 90 mm magasak és 25 mm szélesek, és I/O-kat biztosítanak, többek között többtengelyes motorvezérlést is lehetővé tevő impulzus kimenetekkel. Egy készülékhez legfeljebb három bővítőmodul adható hozzá. A beépített FeRAM automatikus, elem nélküli adatmentést biztosít, így a berendezés adatvesztés nélkül kikapcsolható. A PLC akár tizenhat hasonló eszközzel is megoszthatja az információkat egy PLC-Link segítségével, amely az FP Web Server 2 modulon keresztül csatlakozik egy Ethernet hálózathoz. Egyéb motorvezérlési funkciói közé tartoznak a számlálók és a PWM kimenetek. A csatlakoztatható CC_LINK és IO/LINK modulok a népszerű protokollok használatával további rugalmasságot biztosítanak a hálózatépítéshez és az érzékelők felügyeletéhez. A Crouzet em4 és a Panasonic FPOR készülékek programozása a gyártó szabványos programozószoftverével történik.

A Maxim Integrated saját Micro PLC platformjával (2. ábra) a hagyományos PLC-knél jóval kisebb térfogaton belül is nagyobb teljesítményt kívánt nyújtani. A Micro PLC platform digitális és analóg IO moduljai, mint például a MAXREFDES60 0-10 V-os analóg kimeneti modul körülbelül egy hitelkártya méretű helyen is elférnek. Ez a méret és forma lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy egy szabványos PLC általi csatlakoztathatóságot érjenek el körülbelül 10%-os helyigény mellett, feleakkora áramfogyasztással. További Micro PLC modulok is rendelkezésre állnak, beleértve egy 4 csatornás analóg bemeneti modult, 8 csatornás digitális bemeneti és kimeneti modulokat, valamint egy RS-485 kommunikációs kártyát. Mindegyikhez tartozik egy minta C forráskód és tesztadatok is, amelyek segítségével az ipar 4.0-val kompatibilis következő generációs kompakt PLC-k megvalósítása felgyorsítható.

2. ábra: A Maxim Integrated által kifejlesztett Micro PLC egy kompakt moduláris platform, amely lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy hitelkártya méretű I/O kártyák közül válogathassanak.

Összegzés

Az ipari automatizálás története során a PLC-k is oly módon fejlődtek, hogy megbízható és robusztus módszert képezzenek a folyamatok és berendezések felügyeletére és vezérlésére. A piaci igényekhez és a kialakulóban lévő csatlakoztatási és kommunikációs szabványokhoz való alkalmazkodásuknak köszönhetően a PLC-k továbbra is széles körben elterjedt eszközök az ipari berendezések és gyárak tervezői körében. A legújabb mikro- és nanoformátumoknak köszönhetően a PLC helye továbbra is biztosított az IIoT-ben és ezek az eszközök az Ipar 4.0 középpontjában találhatók.