Kể từ khi giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình (PLC), nhiều bộ điều khiển tự động hóa đã chuyển sang các ứng dụng công nghiệp, bao gồm bộ điều khiển tự động hóa khả trình (PAC) và bộ điều khiển công nghiệp khả trình biên (EPIC) ngày nay. Người dùng có nhiều lựa chọn hơn về mặt chi phí, diện tích, mật độ đầu vào/đầu ra (I/O), khả năng tương thích bus trường, thông tin liên lạc, khả năng lập trình và tốc độ xử lý, đồng thời sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp bộ điều khiển hàng đầu ngày càng gay gắt.
Đối với thị trường, sự đa dạng thường có lợi nhưng cũng có thể gây khó chịu cho các kỹ sư và người dùng cuối. Việc chọn một nền tảng điều khiển cụ thể là một khoản đầu tư{1}dài hạn, kèm theo các chi phí liên quan như hợp đồng đào tạo và hỗ trợ. Những người ra quyết định muốn nhận được giá trị đồng tiền của họ.
Nhưng trước khi lên tiếng ủng hộ vấn đề này, cần xem xét ngành này đang phát triển như thế nào. Động lực đằng sau các xu hướng giải pháp kiểm soát khác nhau là gì? Những xu hướng này hiện đang diễn ra như thế nào? Người dùng có thể đầu tư vào tự động hóa như thế nào trong tương lai để đảm bảo thành công?
Mô hình tiến hóa của bộ điều khiển công nghiệp
Xem xét những tiến bộ trong tự động hóa và điều khiển trong vài thập kỷ qua, có thể thấy rõ một số lần lặp lại công nghệ cụ thể đã thúc đẩy sự phát triển của các tính năng điều khiển và I/O mới như thế nào.
Ví dụ, khi hệ thống I/O đầu tiên được phát triển, các thiết bị cảm biến và điều khiển trường cũng dựa vào các thành phần điện từ và khí nén bị giới hạn bởi các đặc tính vật lý sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của chúng. Các thành phần nhỏ gọn,{1}}điện áp thấp, chẳng hạn như rơle trạng thái{2}}rắn, đã thúc đẩy nhu cầu có thêm tùy chọn để người dùng tích hợp I/O trực tiếp vào hệ thống của họ. Điều này dẫn đến I/O mô-đun đầu tiên, cùng lúc với việc các công ty điện tử đang đưa-điện toán công nghệ cao vào xu hướng phổ biến. Các thiết bị điện tử nhạy cảm trong các hệ thống này yêu cầu I/O bên ngoài để tương tác với thế giới thực. Đây là giá I/O có thể định địa chỉ theo chuỗi đầu tiên, là giải pháp thay thế cho I/O dựa trên giá-trong PLC.
Việc chuyển từ các thiết bị I/O chuyên dụng,{0}}độc lập sang I/O mô-đun sang I/O bus minh họa cho khái niệm tái sử dụng trong điều khiển công nghiệp. Nền tảng điều khiển thế hệ-tiếp theo kết hợp mạch xử lý I/O nhúng. Các mô-đun đã mở rộng từ 1 kênh I/O lên 32 kênh, đến nay đã tích hợp I/O vào PLC và các thiết bị nguyên khối khác. Trong một số trường hợp, với cấu hình phù hợp, mỗi kênh I/O có thể chấp nhận nhiều loại tín hiệu khác nhau.
Mô hình này chứng tỏ sự đổi mới lan rộng khắp một ngành như thế nào: theo thời gian, những đổi mới riêng lẻ trở thành mô-đun, hoạt động với các công nghệ khác và sau đó được đưa vào các công nghệ đó như một phần của chu kỳ đổi mới mới.
Đối với PLC và PAC, mô hình này cung cấp các bộ điều khiển và mô-đun I/O nhỏ hơn. Bởi vì các chức năng của bộ xử lý toán học và lập trình được tích hợp trực tiếp vào bảng điều khiển và các thiết bị khác như I/O, bộ phát và cổng mạng nên sẽ nhận được nhiều sức mạnh tính toán hơn "trên mỗi inch vuông". Theo thời gian, mô hình tương tự được phản ánh trong quá trình di chuyển các giao diện truyền thông nhúng mới và các tiêu chuẩn giao thức sang bộ điều khiển.
Sự hội tụ của các công nghệ khác nhau
Xu hướng hướng tới sự-hội tụ đan xen với chu kỳ hội nhập và những đổi mới công nghệ từ bên ngoài thị trường điều khiển công nghiệp đang dần dần xâm nhập vào bộ điều khiển. Nhìn lại lịch sử của bus I/O cho thấy xu hướng này đã dẫn đến sự phát triển các tính năng của bộ điều khiển mới như thế nào.
Từ I/O bus nối tiếp, bus I/O song song mở rộng và các giải pháp khác cho phép máy tính mini- và micro-tương tác với I/O. Điều này cũng truyền cảm hứng cho ý tưởng phát triển các bộ xử lý giao tiếp I/O độc lập giúp tách I/O khỏi máy tính và cho phép bất kỳ máy tính nào có cổng giao tiếp tương tác với nó.
Khi các mô-đun I/O và bộ xử lý được cải tiến, các bộ điều khiển lai đời đầu cũng có thể cung cấp khả năng xử lý tín hiệu tương tự, vào thời điểm đó chỉ có trong các hệ thống điều khiển phân tán (DCS). Do các chương trình logic bậc thang (ngôn ngữ lập trình PLC) ban đầu không nhằm mục đích xử lý các định dạng dữ liệu tương tự, điều này dẫn đến việc tạo ra các ngôn ngữ lập trình mới cho bộ điều khiển lai.
Sau đó, các lựa chọn thay thế{0}}chi phí thấp cho IBM PC bắt đầu tràn ngập thị trường. Vì PC là chức năng điều khiển chính của hệ thống hybrid nên điều này làm nảy sinh mối lo ngại về độ tin cậy. Điều quan trọng là các nhà cung cấp phải phát triển các giải pháp thay thế-nâng cao trong ngành kết hợp các thành phần I/O, mạng và lập trình của các giải pháp kết hợp trước đó vào một hệ thống duy nhất, được gọi là hệ thống PAC. PAC sử dụng cùng bộ xử lý như PC và có thể cung cấp một bộ tính năng lấp đầy khoảng cách giữa điều khiển rời rạc dựa trên-PLC, chi phí thấp và điều khiển rời rạc dựa trên PLC{6}} thị trường ngách kiểm soát quy trình dựa trên DCS-chi phí cao, DCS.
Những đổi mới ở các công ty công nghệ cao{0}}và thị trường PC đã mở ra cơ hội kiểm soát công nghiệp. Xu hướng này đang bắt đầu tăng tốc cùng với sự hội tụ ngày càng tăng giữa lĩnh vực công nghệ vận hành (OT) và công nghệ thông tin (IT). Một ví dụ là làn sóng giải pháp di động nổi lên trong những năm gần đây. Nó cũng được phản ánh trong nỗ lực hỗ trợ dữ liệu lớn, phân tích đám mây và học máy, những công nghệ ra đời bên ngoài lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.
Bộ điều khiển cho tương lai
Khi xu hướng tích hợp công nghệ ngày càng sâu hơn, sự hội tụ lớn hơn giữa các ngành cũng như khả năng kết nối lớn hơn giữa các thiết bị và hệ thống tiếp tục phát triển, bộ điều khiển trong tương lai sẽ mang đến cho chúng ta điều gì?
Các kỹ sư nên đưa ra lựa chọn như thế nào để đảm bảo họ luôn đi đầu trong các xu hướng công nghệ và giúp tối đa hóa lợi ích cho tổ chức của họ? Dưới đây là 3 mẹo giúp các tổ chức sản xuất lựa chọn công nghệ điều khiển phù hợp để đạt được mục tiêu của mình.
1. Tập trung vào thiết kế chứ không phải chức năng
Hiểu rằng công nghệ sẽ tiếp tục cải tiến theo thời gian, ngày càng được tích hợp và nhúng chặt chẽ hơn, cần ưu tiên đầu tư vào các hệ thống điều khiển không thể thay đổi dễ dàng hoặc nhanh chóng. Các kỹ sư cần nhấn mạnh vào kiến trúc của hệ thống điều khiển thay vì một số tính năng-bắt mắt hiện nay.
2. Tìm kiếm những đổi mới bên ngoài
Nếu các kỹ sư thiết kế các hệ thống phát triển theo thời gian và có thể theo kịp quá trình chuyển đổi kỹ thuật số, từ đó giảm thiểu việc bảo trì và làm lại, điều đó sẽ gây ấn tượng với người dùng cuối, những người sẽ nhớ rằng công nghệ xác định tương lai thường đến từ bên ngoài ngành.
3. Giữ một tâm trí cởi mở
Trong khi cuộc chiến giành thị phần về công nghệ độc quyền cản trở sự đổi mới thì việc hỗ trợ các tiêu chuẩn mở sẽ mở ra những khả năng vô tận cho mọi người. Khả năng kết nối là một trong những thước đo mục tiêu của Công nghiệp 4.0 và khi khả năng kết nối tăng lên, các kỹ sư cần đầu tư vào các công nghệ có thể tạo cơ hội cho các hệ thống khác nhau hoạt động cùng nhau.