Автоматизация является одним из ключей к повышению производительности и снижению производственных затрат. Технологические достижения, такие как реле, ПЛК и промышленные ПК (IPC), стимулируют промышленную автоматизацию, которая меняет способ взаимодействия машин и людей. В этой статье будет обсуждаться аппаратное обеспечение вторичной системы управления, широко используемое в промышленной автоматизации, ПЛК и промышленных ПК. Мы также обсудим, какой тип системы двойного управления может быть наиболее подходящим в зависимости от потребностей вашего приложения.
Что такое ПЛК?
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) широко используются для автоматизации процессов на производственных предприятиях. Еще в 1970-х годах ПЛК изменили правила игры в системах автоматизации. ПЛК предназначены для замены электрических панелей и распределительных коробок. Со временем ПЛК были модернизированы до более надежной конструкции, масштабируемой функциональности и программируемых систем. Кроме того, язык программирования для ПЛК (называемый релейной логикой) позволяет гибко настраивать ПЛК для автоматизации машин. Эта надежность и универсальность делают ПЛК популярным выбором для замены старых реле и распределительных коробок.
Что такое промышленный компьютер?
По мере экспоненциального развития полупроводниковых микросхем шло и развитие персональных компьютеров (ПК). По мере того, как компьютерные чипы становятся все более мощными, компактными и дешевыми, промышленные компьютеры набирают силу в отрасли автоматизации. Промышленные ПК могут обеспечивать диспетчерское управление ПЛК, но с дополнительными рабочими нагрузками, такими как ЧМИ, шлюзы, приложения ИИ и т. д. Промышленные ПК могут консолидировать эти рабочие нагрузки с помощью ускорителей производительности, таких как графические процессоры, TPU, VPU, твердотельные накопители NVMe и другие. Возможность консолидации рабочих нагрузок сокращает занимаемое ими аппаратное пространство на заводе. Обычные и промышленные компьютеры имеют очень похожие основные компоненты, такие как ЦП, ОЗУ, твердотельный накопитель и графический процессор. Однако промышленные ПК созданы и спроектированы так, чтобы выдерживать экстремальные условия окружающей среды, от экстремальных температур до ударов и вибрации. Обычные ПК очень быстро выходят из строя при воздействии суровых условий. Некоторые из конструктивных и конструкционных материалов, которые делают промышленные ПК чрезвычайно долговечными, — это безвентиляторные конструкции, цельные корпуса и материалы промышленного класса. Кроме того, широко используются промышленные компьютеры. Они не только поддерживают новейшие технологии, но также поддерживают традиционные технологии, обычно используемые в автоматизации производства, такие как последовательные порты, COM, разъемы M12, DIO, GPIO и т. д., что приводит к быстрому росту промышленных ПК в автоматизации производства.
В чем разница между промышленным компьютером и ПЛК?
1. Операция
ПЛК поставляются с операционной системой реального времени, которая постоянно отслеживает входные данные от подключенных устройств, а затем выполняет команды принятия решений в соответствии со своей программой. Кроме того, операционная система (ОС) ПЛК специально разработана для выполнения задач управления. Таким образом, ПЛК, как правило, не требуют антивирусных программ или средств очистки реестра, что повышает производительность обработки во время работы.
Промышленные ПК могут выполнять те же задачи, что и ПЛК, но их операционные системы позволяют им запускать различные приложения и программы, которые не могут выполняться ПЛК. Благодаря этим возможностям IPC используется не только для целей управления. Промышленные ПК могут консолидировать рабочие нагрузки, снижая нагрузку на оборудование. Однако операционные системы IPC, такие как Windows и Linux, уязвимы для кибератак, но существующее антивирусное программное обеспечение и брандмауэры достаточно совершенны, чтобы снизить этот риск.
2. Программирование
Следующее различие между промышленным ПК и ПЛК заключается в том, как разрабатываются и выполняются программы. ПЛК обычно реализуют выполнение программы на основе сканирования, тогда как промышленные ПК обычно представляют собой программное обеспечение, управляемое событиями. Например, логика программного обеспечения ПЛК указана в стандарте IEC 61131-2, например, релейная логика или другие языки, зависящие от производителя. Напротив, промышленные ПК работают на хорошо известных операционных системах Windows или Linux с использованием таких языков программирования, как C/C++/.NET. Следовательно, промышленные ПК легче программировать из-за их популярности среди разработчиков. Они также позволяют системе взаимодействовать с гораздо большим количеством машин и устройств, чем релейная логика, для изучения которой требуется специальная подготовка благодаря языкам программирования общего назначения, таким как C++.
3. Безопасность
Безопасность — один из недостатков автоматизации производства, и, если ее не воспринимать всерьез, компаниям есть что терять. Промышленные системы должны учитывать два основных принципа безопасности. Во-первых, заблокируйте атаки от несанкционированного внешнего доступа. Во-вторых, доступ пользователя ограничен в соответствии с его правами или полномочиями. В прошлом было известно, что ПЛК невосприимчивы к атакам вредоносных программ. Однако некоторые злоумышленники начали разрабатывать вредоносное ПО для ПЛК, как это произошло со Stuxnet, когда их ПЛК Siemens были скомпрометированы. Однако промышленные ПК также уязвимы для вредоносных программ и требуют комплексной защиты с помощью антивирусного программного обеспечения или аппаратных модулей. Некоторые промышленные компьютеры используют модуль TPM (Trusted Platform Module) 2.0, встроенный в материнскую плату, для шифрования данных.
4. Качество
Что касается качества сборки, то и ПЛК, и промышленные ПК предназначены для работы в экстремальных условиях. Поскольку промышленные ПК отличаются от обычных настольных компьютеров или рабочих станций, промышленные ПК очень надежны и долговечны. Ниже приведены некоторые промышленные характеристики промышленных ПК:
Безвентиляторный дизайн
Широкий диапазон температур
Устойчивость к ударам и вибрации
Высокий рейтинг IP
Расширяемые модули
Расширенный ввод-вывод с поддержкой устаревших технологий
С точки зрения качества сборки ПЛК и промышленные ПК хорошо сочетаются друг с другом. Однако промышленные ПК выигрывают за счет своих компактных размеров. ПЛК часто бывают громоздкими и имеют ограниченные возможности установки. Некоторые ПЛК также могут перегреваться во время установки из-за плохого отвода тепла. Промышленные ПК, для сравнения, относительно малы и поставляются с различными вариантами монтажа, включая крепление VESA, монтаж в стойку и варианты на DIN-рейку. Кроме того, некоторые промышленные ПК оснащены системой управления зажиганием и могут использоваться в транспортных средствах.
5. Расширяемость
Как ПЛК, так и промышленные ПК должны управлять различными устройствами для контроля, мониторинга и связи. Поэтому ПЛК и промышленные ПК оснащены несколькими COM-портами и другими функциями ввода-вывода, включая традиционные технологии. Некоторыми распространенными промышленными протоколами связи являются CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT и EhterNET/IP. Эти технологии уже встроены в большинство ПЛК, хотя оба могут их поддерживать. С другой стороны, промышленные ПК имеют встроенные слоты расширения для повышения их универсальности. Поэтому промышленные ПК имеют более высокий порог количества операций ввода-вывода, которые они могут обработать. Кроме того, промышленные ПК оснащены различными портами COM, LAN, USB и HDMI. Эти функции позволяют промышленным ПК консолидировать рабочие нагрузки разрозненного оборудования, а не только ПЛК. Например, промышленный ПК может запускать приложение ЧМИ самостоятельно, в то время как ПЛК требует отдельного приложения ЧМИ для отображения чего-либо на панели дисплея. Что делает промышленные ПК еще более особенными, так это их способность поддерживать бесчисленные расширения от беспроводных сетевых карт, модулей 5G, дисков SSD до ускорителей GPU.
6. Вычислительная мощность и хранилище
ПЛК являются мощными контроллерами для автоматизации управления, поскольку их микропроцессоры предназначены для выполнения определенных функций. ПЛК легко справляются с высокоскоростным вводом-выводом и небольшими приложениями автоматизации. Однако проекты автоматизации становятся все более продвинутыми и требуют все больше вычислительных ресурсов. Здесь на помощь приходят промышленные ПК. Промышленные ПК используют больше места для хранения и полноценные процессоры, такие как компьютеры рабочих станций, которые могут запускать приложения, требующие больших вычислительных ресурсов и памяти. Кроме того, благодаря ускорителям производительности, таким как GPU, TPU, CPU и VPU, промышленные компьютеры могут выполнять интеллектуальные вычисления, как если бы они находились на интеллектуальной сборочной линии в сотрудничестве с приложениями машинного зрения.
7. Стоимость
Короче говоря, сравнение стоимости ПЛК и IPC показывает, что ПЛК дешевле для небольших приложений, в то время как IPC имеет более высокую начальную стоимость. Однако по мере того, как приложения становятся более сложными и требуют больше вычислительных ресурсов, общая стоимость ПЛК может превысить стоимость промышленного ПК. Хотя первоначальная стоимость ПЛК ниже, когда требуются дополнительные вычислительные мощности или периферийные устройства, цена увеличивается в геометрической прогрессии. Напротив, промышленные ПК имеют более высокие первоначальные затраты, но намного дешевле, когда требуется модернизация вычислительной мощности и масштабируемость.
Как выбрать промышленный ПК и ПЛК
Когда вы выбираете программируемый контроллер для своей системы промышленной автоматизации, свое место должны занимать как ПЛК, так и промышленные ПК. ПЛК больше подходят для запуска небольших систем автоматизации со строгими функциями. Кроме того, ПЛК надежны, экономичны и очень надежны для промышленного применения. С другой стороны, промышленные ПК хорошо подходят для решений с высокими требованиями к вычислительным ресурсам и хранилищам. Для сложных приложений, требующих универсальности контроллера, совокупная стоимость владения (TCO) промышленного ПК невелика. ПЛК безопасны, потому что у них нет беспроводных соединений, промышленные ПК так же безопасны благодаря современному программному обеспечению кибербезопасности, а стандартное оборудование очень надежно. В некоторых приложениях могут использоваться как ПЛК, так и промышленные ПК, чтобы сбалансировать затраты и выгоды друг с другом. В конце концов, это зависит от того, какие функции реализованы в вашем производственном процессе.
