Dall'introduzione dei controllori logici programmabili (PLC), una varietà di controllori di automazione sono migrati verso applicazioni industriali, inclusi i controllori di automazione programmabili (PAC) e gli odierni controllori industriali programmabili all'avanguardia (EPIC). Gli utenti hanno più scelte in termini di costi, ingombro, densità di input/output (I/O), compatibilità del bus di campo, comunicazioni, capacità di programmazione e velocità di elaborazione, e la concorrenza tra i principali fornitori di controller si è intensificata.
Per il mercato, la diversità è spesso vantaggiosa, ma può anche essere frustrante per ingegneri e utenti finali. La scelta di una particolare piattaforma di controllo è un investimento a lungo-termine, con spese associate come contratti di formazione e supporto. I decisori vogliono ottenere il valore dei loro soldi.
Ma prima di esprimere sostegno alla questione, vale la pena dare un’occhiata a come si sta evolvendo il settore. Quali sono le forze trainanti dietro le diverse tendenze delle soluzioni di controllo? Come si stanno sviluppando queste tendenze attualmente? In che modo gli utenti possono investire nell'automazione in futuro per garantire il successo?
Modelli evolutivi dei controllori industriali
Esaminando i progressi nell’automazione e nel controllo negli ultimi decenni, è chiaro come una serie di iterazioni tecnologiche specifiche abbiano guidato lo sviluppo di nuove funzionalità di I/O e di controllo.
Ad esempio, quando furono sviluppati i primi sistemi I/O, anche i dispositivi di controllo e rilevamento sul campo facevano affidamento su componenti elettromagnetici e pneumatici limitati da proprietà fisiche che ne avrebbero compromesso la longevità. I componenti compatti e a bassa-tensione, come i relè-a stato solido, hanno portato alla necessità di più opzioni per consentire agli utenti di integrare I/O direttamente nei loro sistemi. Ciò portò al primo I/O modulare, nello stesso periodo in cui le aziende elettroniche stavano introducendo l'elaborazione ad alta tecnologia- nel mainstream. L'elettronica sensibile di questi sistemi richiedeva I/O esterni per interagire con il mondo reale. Questo è stato il primo rack I/O indirizzabile in serie, un'alternativa all'I/O basato su rack-nei PLC.
Il passaggio da dispositivi I/O dedicati e autonomi-a I/O modulari e I/O bus esemplifica il concetto di riutilizzo nel controllo industriale. Le piattaforme di controllo di prossima-generazione incorporano circuiti di elaborazione I/O integrati. I moduli sono passati da 1 canale I/O a 32 canali, fino ad avere ora I/O integrati nei PLC e in altri dispositivi monolitici. In alcuni casi, con la corretta configurazione, ciascun canale I/O può accettare una varietà di tipi di segnale diversi.
Questo modello dimostra come l’innovazione si diffonde in un settore: nel tempo, le singole innovazioni diventano modulari, funzionano con altre tecnologie e quindi vengono integrate in tali tecnologie come parte di un nuovo ciclo di innovazione.
Per PLC e PAC, questo modello fornisce controller e moduli I/O più piccoli. Poiché le funzioni matematiche e di programmazione del processore sono integrate direttamente nella scheda di controllo e in altri dispositivi come I/O, trasmettitori e gateway di rete, viene realizzata una maggiore potenza di calcolo "per pollice quadrato". Nel corso del tempo, lo stesso modello si riflette nella migrazione di nuove interfacce di comunicazione integrate e standard di protocollo nel controller.
Interconvergenza di diverse tecnologie
La tendenza verso l'inter-convergenza è intrecciata con il ciclo di integrazione e le innovazioni tecnologiche esterne al mercato del controllo industriale si stanno gradualmente facendo strada nei controller. Uno sguardo alla storia degli I/O bus mostra come questa tendenza abbia portato allo sviluppo di nuove funzionalità del controller.
Dall'I/O del bus seriale, ai bus I/O paralleli estesi e ad altre soluzioni che consentivano ai mini- e ai micro-computer di interagire con l'I/O. Ciò ha ispirato anche l'idea di sviluppare processori di comunicazione I/O autonomi-che separassero l'I/O dal computer e consentissero a qualsiasi computer dotato di una porta di comunicazione di interagire con esso.
Con il miglioramento dei moduli I/O e dei processori, i primi controller ibridi furono anche in grado di fornire l'elaborazione del segnale analogico, che all'epoca era disponibile solo nei sistemi di controllo distribuito (DCS). Poiché i programmi in logica ladder (un linguaggio di programmazione PLC) non erano originariamente destinati a gestire formati di dati analogici, ciò ha portato alla creazione di nuovi linguaggi di programmazione per i controller ibridi.
Poi, alternative a basso-costo al PC IBM iniziarono a inondare il mercato. Poiché il PC è la funzione di controllo primaria del sistema ibrido, ciò solleva preoccupazioni sull’affidabilità. Era importante per i fornitori sviluppare alternative migliorate per il settore- che combinassero i componenti I/O, rete e programmazione delle precedenti soluzioni ibride in un unico sistema, che divenne noto come sistema PAC. Il PAC utilizzava lo stesso processore del PC e poteva fornire un set di funzionalità che colmava il divario tra il controllo discreto a basso costo, basato su PLC- e il controllo discreto mercato di nicchia del controllo di processo basato su DCS-ad alti-costi.
Le innovazioni nelle aziende high-tecnologiche e nel mercato dei PC hanno aperto nuove opportunità per il controllo industriale. Questa tendenza sta cominciando ad accelerare insieme alla crescente convergenza tra i campi della tecnologia operativa (OT) e della tecnologia dell’informazione (IT). Un esempio è l’ondata di soluzioni mobili emersa negli ultimi anni. Ciò si riflette anche nella spinta verso i big data, l’analisi del cloud e il supporto del machine learning, tecnologie nate al di fuori del settore dell’automazione industriale.
Controller per il futuro
Mentre la tendenza verso un’integrazione tecnologica sempre più profonda, una maggiore convergenza tra settori e una maggiore connettività tra dispositivi e sistemi continua ad evolversi, cosa ci porterà il controller del futuro?
In che modo gli ingegneri dovrebbero fare le loro scelte per assicurarsi di rimanere al passo con le tendenze tecnologiche e contribuire a massimizzare i vantaggi per le loro organizzazioni? Ecco 3 suggerimenti per aiutare le organizzazioni manifatturiere a scegliere la giusta tecnologia di controllo per raggiungere i propri obiettivi.
1. Concentratevi sul design, non sulla funzionalità
Comprendendo che la tecnologia continuerà a migliorare nel tempo, diventando sempre più strettamente integrata e incorporata, è necessario dare priorità agli investimenti in sistemi di controllo che non possono essere modificati facilmente o rapidamente. Gli ingegneri devono enfatizzare l'architettura del sistema di controllo piuttosto che alcune delle-caratteristiche più accattivanti del momento.
2. Cerca innovazioni esterne
Se gli ingegneri progettano sistemi che si evolvono nel tempo e riescono a tenere il passo con la trasformazione digitale, che a sua volta riduce manutenzione e rilavorazioni, impressionerà gli utenti finali, che ricorderanno che la tecnologia che definisce il futuro di solito proviene dall’esterno del settore.
3. Mantieni una mente aperta
Mentre la battaglia per la quota di mercato delle tecnologie proprietarie ostacola l’innovazione, il supporto degli standard aperti apre infinite possibilità per tutti. La connettività è uno degli obiettivi di misurazione per l'Industria 4.0 e, con l'aumento della connettività, gli ingegneri devono investire in tecnologie in grado di creare opportunità per la collaborazione di sistemi diversi.