Wzrost popularności wirtualnych sterowników PLC: transformacja nowoczesnych systemów sterowania

Systemy sterowania wirtualnego nie są już tylko narzędziami do symulacji offline. Obecnie inżynierowie korzystają z wirtualnych sterowników PLC (vPLC) do zarządzania rzeczywistymi sygnałami wejściowymi, sterowania wyjściami oraz realizacji złożonej kontroli ruchu. Najwięksi gracze branżowi, tacy jak Siemens, potwierdzili tę zmianę modelem S7-1500V. Ponadto linia produkcyjna Audi Edge Cloud 4 Production dowodzi, że oparta na IT  automatyzacja fabryczna jest gotowa na produkcję seryjną o dużej skali.

Zrozumienie ewolucji vPLC

Tradycyjny  sterownik PLC znajduje się w szafie sterowniczej i wykorzystuje specjalnie zaprojektowane, wielordzeniowe procesory do dedykowanych zadań automatyzacji. Natomiast vPLC to sterownik oparty na oprogramowaniu, zainstalowany na serwerze przemysłowym lub komputerze PC. To oprogramowanie wykorzystuje ogromną moc obliczeniową nowoczesnych procesorów klasy high-end do realizacji logiki. Choć fizyczny sprzęt nadal stanowi podstawę wielu zakładów, podejście definiowane programowo zyskuje na znaczeniu dzięki rozwojowi IIoT.

Przełamywanie zależności od sprzętu

Jednym z głównych czynników napędzających rozwój vPLC jest „odłączenie” od sprzętu. Tradycyjnie sprzęt i oprogramowanie były nierozłączne i własnościowe. Kupując konkretną markę, byliśmy związani z jej ekosystemem. Wirtualne sterowniki PLC oddzielają logikę sterowania od fizycznego urządzenia. Dzięki temu można zainstalować, sklonować lub przenieść program na dowolny kompatybilny komputer. Ta elastyczność zapobiega uzależnieniu producentów od jednego dostawcy sprzętu.

Skalowalność i zabezpieczenie na przyszłość

Fizyczne  systemy sterowania często mają stałe ograniczenia pamięci i mocy obliczeniowej. Jeśli projekt przerasta możliwości sprzętu, trzeba kupić i zainstalować nową jednostkę. Natomiast vPLC oferują znacznie łatwiejszą ścieżkę rozbudowy. Można zwiększyć pamięć na serwerze lub uruchomić nowe instancje PLC w miarę wzrostu wymagań fabryki. Skalowanie staje się więc kwestią konfiguracji oprogramowania, a nie fizycznego okablowania.

Integracja sieci IT i OT

Większość nowoczesnych urządzeń polowych I/O korzysta z protokołów  automatyzacji przemysłowej takich jak PROFINET, EtherNet/IP czy Modbus TCP. Ponieważ protokoły te działają na standardowej infrastrukturze Ethernet, vPLC naturalnie integrują się z istniejącą siecią IT. Wymaga to jednak ścisłej współpracy działów IT i OT. Inżynierowie muszą zaprojektować solidne topologie VLAN, aby zapewnić, że ruch maszynowy pozostaje bezpieczny i deterministyczny.

Obawy dotyczące niezawodności i wytrzymałości

Tradycyjne sterowniki PLC są zaprojektowane do pracy w trudnych warunkach, radząc sobie z wysoką temperaturą, kurzem i wilgocią. Są wysoce deterministyczne i przeznaczone do zadań krytycznych dla bezpieczeństwa. Natomiast standardowe serwery nie mają wytrzymałych obudów ani redundantnych zasilaczy charakterystycznych dla sterowników przemysłowych. Wybierając vPLC, należy upewnić się, że sprzęt hostujący znajduje się w chronionym miejscu lub spełnia normy przemysłowe, aby zapobiec katastrofalnym przestojom.

Minimalizowanie pojedynczego punktu awarii

Skupienie całej logiki fabrycznej na jednym serwerze stwarza poważne ryzyko. Jeśli ten serwer ulegnie awarii, cała linia produkcyjna zatrzymuje się. Aby temu zapobiec, inżynierowie muszą wdrożyć zabezpieczenia, takie jak pamięć RAID, redundantne serwery oraz maszyny wirtualne (VM) dla szybkiego odzyskiwania. Podczas gdy rozproszony system fizycznych sterowników PLC izoluje awarie, scentralizowany vPLC wymaga bardziej zaawansowanej strategii odzyskiwania po awarii.