هل يمكن لأجهزة الكمبيوتر الصناعية أن تحل محل PLCs؟
2025-11-11
فيما يتعلق بوظائف التحكم، يمكن لأجهزة الكمبيوتر عمومًا القيام بكل ما يمكن أن تفعله PLCs، وفي بعض الأحيان يمكن لأجهزة الكمبيوتر القيام بذلك بشكل أفضل. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الصناعية أن تحل جزئيًا محل PLCs في بعض سيناريوهات التحكم الصناعي، ولكن هناك اختلافات كبيرة بين الاثنين من حيث تحديد المواقع الوظيفية، والموثوقية، والتكلفة، ويجب أن يتم الاختيار بناءً على احتياجات محددة.
الاختلافات الوظيفية في تحديد المواقع: تم تصميم PLCs خصيصًا للتحكم الصناعي. وظائفها الأساسية هي التحكم المنطقي (مثل برمجة مخطط السلم)، والاستجابة في الوقت الحقيقي، وقدرات مكافحة التدخل. إنها مناسبة للتعامل مع مهام التحكم الأساسية مثل تبديل الكميات والمؤقتات والعدادات.
الموثوقية والقدرة على التكيف البيئي
تستخدم PLCs تصميمات من الدرجة الصناعية (مثل التشغيل بدون مروحة، ونطاق واسع من درجات الحرارة، ومقاومة الغبار والماء)، مما يتيح التشغيل المستقر في البيئات القاسية مع التداخل الكهرومغناطيسي القوي والاهتزاز، مما يحقق متوسط الوقت بين حالات الفشل (MTBF) لأكثر من 20000 ساعة.
التكلفة والصيانة
تتميز أجهزة PLC بتكاليف أقل، وسهلة الصيانة، ولديها منحنى تعلم منخفض لبرمجة منطق السلم، مما يجعلها مناسبة لمشاريع التحكم الصغيرة والمتوسطة الحجم.
تعد أجهزة الكمبيوتر الصناعية أكثر تكلفة وتتطلب صيانة احترافية، مما يجعلها مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب حسابات معقدة أو تفاعلًا بين الإنسان والآلة.
التطبيق
PLC: يستخدم في التطبيقات التي تتطلب أداء وموثوقية عالية في الوقت الحقيقي، مثل التحكم في خط الإنتاج، وتشابك المعدات، وحماية السلامة.
الكمبيوتر الصناعي: يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب حوسبة عالية الأداء، مثل الحصول على البيانات والفحص البصري والتحكم الموزع؛ غالبا ما تستخدم جنبا إلى جنب مع PLC.
اتجاهات التكنولوجيا: تم استخدام بعض أجهزة الكمبيوتر الصناعية المتطورة (مثل أنظمة التشغيل الآلي المعتمدة على الكمبيوتر) في تطبيقات التحكم المعقدة مثل تصنيع السيارات والمصانع الذكية، ولكن هناك حاجة إلى تصميم وحدات وتكوينات زائدة عن الحاجة لتحسين الموثوقية.
يستخدم الكمبيوتر الصناعي المدمج بدون مروحة B5300 معالجات Intel® Celeron/Atom/Core منخفضة الطاقة، مما يضمن أداءً مستقرًا.
تعمل على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع، وتحافظ على التشغيل المستقر حتى في البيئات غير المستقرة، وتلبي احتياجات مختلف المعدات التجارية والآلية وغير المراقبة. في حالات معينة، يمكنها أن تحل محل معدات التحكم الصناعية المعتمدة على PLC بشكل كامل.
تتمتع كل من أجهزة الكمبيوتر الشخصية وPLCs بمزايا وتطبيقات فريدة في مجال الأتمتة الصناعية. وفي المستقبل، قد يظهران اتجاهاً للتقارب، لكن احتمال استبدال أحدهما بالكامل بالآخر ضئيل.
منذ إدخالها في الأتمتة الصناعية العسكرية في أوائل التسعينيات، تخترق أجهزة الكمبيوتر الصناعية بشكل مطرد مختلف المجالات وتكتسب تطبيقًا واسع النطاق. ويرجع ذلك إلى انفتاح أجهزة الكمبيوتر الشخصية، ووفرة أجهزتها وبرامجها ومواردها البشرية، ودعمها من مجموعة واسعة من الموظفين الهندسيين والفنيين، ومعرفتها لجمهور واسع. لقد نما معدل تطبيق أنظمة التحكم الصناعية المعتمدة على الكمبيوتر (بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الشخصية المدمجة) بسرعة. كما تبنى كبار مصنعي أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وشركات تكامل أنظمة التحكم الصناعية أيضًا نهج تكنولوجيا الكمبيوتر الصناعي، مما جعل تكنولوجيا التحكم الصناعي المعتمدة على الكمبيوتر إحدى التقنيات السائدة في بداية هذا القرن.
تعد التكلفة المنخفضة لأجهزة الكمبيوتر الصناعية عاملاً مهمًا آخر يساهم في إمكاناتها باعتبارها الاتجاه السائد لأتمتة التحكم الصناعي. في أنظمة الأتمتة التقليدية، يتم احتكار الأتمتة الأساسية إلى حد كبير بواسطة PLCs و DCS، في حين أن أتمتة العمليات والإدارة تتكون بشكل أساسي من العديد من أجهزة كمبيوتر العمليات المتطورة أو أجهزة الكمبيوتر الصغيرة. إن التكلفة العالية لأجهزتها وبرامج النظام وبرامج التطبيقات تمنع العديد من الشركات. في المراحل المبكرة والمتوسطة من تطوير المؤسسة، يعد اختيار أتمتة التحكم الصناعي منخفضة التكلفة هو الخيار المفضل. علاوة على ذلك، نظرًا لأن وحدات التحكم الصناعية المعتمدة على الكمبيوتر الشخصي أثبتت أنها موثوقة مثل PLCs، ويتم قبولها بسهولة من قبل المشغلين وأفراد الصيانة، كما أنها سهلة التركيب والاستخدام، وتوفر وظائف تشخيصية متقدمة، فإنها توفر لمتكاملي الأنظمة خيارات أكثر مرونة. ولذلك، بدأ المزيد والمزيد من الشركات المصنعة في اعتماد حلول التحكم في أجهزة الكمبيوتر الصناعية في أجزاء من عمليات الإنتاج الخاصة بهم.
ومن المتوقع أن تركز المنافسة بين أجهزة الكمبيوتر الشخصية الصناعية وأجهزة PLC في المقام الأول على التطبيقات المتطورة، حيث تكون البيانات معقدة ويكون تكامل المعدات مرتفعًا. وبالنظر إلى اتجاهات التطوير، من المرجح أن يقع مستقبل أنظمة التحكم بين أجهزة الكمبيوتر الشخصية الصناعية وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، وقد بدأت علامات هذا التقارب في الظهور بالفعل. لفترة طويلة قادمة، ستكمل تقنية ناقل المجال ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وأجهزة الكمبيوتر الصناعية بعضها البعض وتعزز بعضها البعض، لكن مزايا أجهزة الكمبيوتر الصناعية ستصبح أكثر بروزًا، وسيتوسع نطاق تطبيقها بسرعة ليشمل جميع مجالات التحكم الصناعي.
أنظمة الإدارة والتحكم المتكاملة
مع تعمق تغلغل تكنولوجيا الإنترنت في مجال التحكم الصناعي، أصبح التكامل بين أنظمة التحكم والإدارة أمرًا لا مفر منه. وهذا يجعل من الممكن تحقيق الأهداف المرجوة منذ فترة طويلة المتمثلة في الإدارة والتحكم المتكاملين، ومعلوماتية المؤسسات الصناعية، والأتمتة القائمة على الشبكات في صناعة الأتمتة الصناعية. تسمح الإدارة والتحكم المتكاملان للمؤسسات باختيار أفضل الحلول المناسبة حقًا للعصر الاقتصادي الجديد، وبالتالي تحسين كفاءة الإنتاج وتعزيز القدرة التنافسية في السوق. ولذلك، فإن الاتجاه الجديد في تطوير تكنولوجيا التحكم الصناعي هو تحقيق أنظمة ذكية مفتوحة وموزعة من خلال تقنيات Ethernet والويب، وتوفير حلول التحكم الصناعية المعيارية والموزعة والقابلة لإعادة الاستخدام بناءً على معايير بروتوكول Ethernet وTCP/IP. وأهم جانب لها هو تطوير برامج التحكم والإدارة الصناعية المعتمدة على الشبكة.
يتضمن إنشاء نظام تحكم متكامل دمج أنظمة وتقنيات متعددة. فيما يتعلق بتكامل الأنظمة المتعددة، الجانب الأول هو تكامل الأنظمة المتعددة ضمن شبكة التحكم الميدانية، والتي تتضمن ثلاثة نماذج للتكامل. الأول هو تكامل أنظمة التحكم Fieldbus (FCS) وأنظمة التحكم في البيانات (DCS)، حيث ينفذ FCS حلقات القياس والتحكم الأساسية، ويعمل DCS كإدارة ومنسق على مستوى أعلى لتنفيذ وظائف التحكم والتحسين المتقدمة المعقدة. والثاني هو تكامل أنظمة التحكم Fieldbus (FCS)، وDCS، وPLCs، حيث، في المواقف التي بها تشابك منطقي معقد، يقوم PLC وFCS بتنفيذ حلقات القياس والتحكم الأساسية، ويعمل DCS كإدارة ومنسق على مستوى أعلى لتنفيذ وظائف التحكم والتحسين المتقدمة المعقدة. والثالث هو تكامل FCSs المتعددة، ومعالجة مشكلات التحويل بين بروتوكولات الاتصال المختلفة. يتضمن ذلك التركيز على قابلية التشغيل البيني لأجهزة ناقل المجال المختلفة وتطوير التكوين الموحد والمراقبة والبرامج لتحقيق التكامل السلس دون التضحية بوظيفة وأداء كل نظام مستقل أو التأثير عليهما. ثانيا، هناك تكامل شبكات الإدارة والتحكم. في إدارة المؤسسة المستقبلية، ستنشأ كمية كبيرة من البيانات من شبكة التحكم. يتطلب بناء أنظمة برمجيات تطبيقات المؤسسة، بما في ذلك قواعد البيانات في الوقت الفعلي، وقواعد البيانات التاريخية، ونشر البيانات، واستخراج البيانات، وحسابات النماذج، ومحاكاة العمليات، وتصميم الوصفات، وتحسين العمليات، ومراقبة المعلمات، وتحليل الانحراف، وتشخيص الأخطاء، إنشاء قواعد بيانات مختلفة على الإنترنت / بيئة شبكة تطبيقات الويب لتحقيق الإدارة والتحكم المتكاملين حقًا. وهذا يوفر دعمًا ذكيًا في اتخاذ القرار لبرنامج التحكم وبيانات قيمة لبرنامج الإدارة.
فيما يتعلق بالتكامل التكنولوجي، يتضمن ذلك تكامل التقنيات المختلفة مثل تقنية التشغيل البيني للمعدات، وتكنولوجيا تبادل البيانات العامة، والإيثرنت، والإيثرنت الصناعي. تتضمن تقنية تبادل البيانات العامة تقنية التبادل الديناميكي للبيانات DDE، وتقنية التبادل الديناميكي لشبكة NetDDE، وتقنية التوصيل البيني لقاعدة البيانات المفتوحة ODBC، ونموذج كائن مكون COM/DCOM، وتقنية OPC. تتيح تقنية Ethernet+TCP/IP النقل المباشر ومشاركة معلمات التحكم وحالة عقد الشبكة في المجال الصناعي داخل شبكة معلومات المؤسسة، وبالتالي تجنب الصعوبات في دمج PLCs وDCSs وFCSs بسبب وجود بروتوكولات متعددة.
الاختلافات الوظيفية في تحديد المواقع: تم تصميم PLCs خصيصًا للتحكم الصناعي. وظائفها الأساسية هي التحكم المنطقي (مثل برمجة مخطط السلم)، والاستجابة في الوقت الحقيقي، وقدرات مكافحة التدخل. إنها مناسبة للتعامل مع مهام التحكم الأساسية مثل تبديل الكميات والمؤقتات والعدادات.
الموثوقية والقدرة على التكيف البيئي
تستخدم PLCs تصميمات من الدرجة الصناعية (مثل التشغيل بدون مروحة، ونطاق واسع من درجات الحرارة، ومقاومة الغبار والماء)، مما يتيح التشغيل المستقر في البيئات القاسية مع التداخل الكهرومغناطيسي القوي والاهتزاز، مما يحقق متوسط الوقت بين حالات الفشل (MTBF) لأكثر من 20000 ساعة.
التكلفة والصيانة
تتميز أجهزة PLC بتكاليف أقل، وسهلة الصيانة، ولديها منحنى تعلم منخفض لبرمجة منطق السلم، مما يجعلها مناسبة لمشاريع التحكم الصغيرة والمتوسطة الحجم.
تعد أجهزة الكمبيوتر الصناعية أكثر تكلفة وتتطلب صيانة احترافية، مما يجعلها مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب حسابات معقدة أو تفاعلًا بين الإنسان والآلة.
التطبيق
PLC: يستخدم في التطبيقات التي تتطلب أداء وموثوقية عالية في الوقت الحقيقي، مثل التحكم في خط الإنتاج، وتشابك المعدات، وحماية السلامة.
الكمبيوتر الصناعي: يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب حوسبة عالية الأداء، مثل الحصول على البيانات والفحص البصري والتحكم الموزع؛ غالبا ما تستخدم جنبا إلى جنب مع PLC.
اتجاهات التكنولوجيا: تم استخدام بعض أجهزة الكمبيوتر الصناعية المتطورة (مثل أنظمة التشغيل الآلي المعتمدة على الكمبيوتر) في تطبيقات التحكم المعقدة مثل تصنيع السيارات والمصانع الذكية، ولكن هناك حاجة إلى تصميم وحدات وتكوينات زائدة عن الحاجة لتحسين الموثوقية.
يستخدم الكمبيوتر الصناعي المدمج بدون مروحة B5300 معالجات Intel® Celeron/Atom/Core منخفضة الطاقة، مما يضمن أداءً مستقرًا.
تعمل على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع، وتحافظ على التشغيل المستقر حتى في البيئات غير المستقرة، وتلبي احتياجات مختلف المعدات التجارية والآلية وغير المراقبة. في حالات معينة، يمكنها أن تحل محل معدات التحكم الصناعية المعتمدة على PLC بشكل كامل.
تتمتع كل من أجهزة الكمبيوتر الشخصية وPLCs بمزايا وتطبيقات فريدة في مجال الأتمتة الصناعية. وفي المستقبل، قد يظهران اتجاهاً للتقارب، لكن احتمال استبدال أحدهما بالكامل بالآخر ضئيل.
تطوير أجهزة الكمبيوتر الصناعية
منذ إدخالها في الأتمتة الصناعية العسكرية في أوائل التسعينيات، تخترق أجهزة الكمبيوتر الصناعية بشكل مطرد مختلف المجالات وتكتسب تطبيقًا واسع النطاق. ويرجع ذلك إلى انفتاح أجهزة الكمبيوتر الشخصية، ووفرة أجهزتها وبرامجها ومواردها البشرية، ودعمها من مجموعة واسعة من الموظفين الهندسيين والفنيين، ومعرفتها لجمهور واسع. لقد نما معدل تطبيق أنظمة التحكم الصناعية المعتمدة على الكمبيوتر (بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الشخصية المدمجة) بسرعة. كما تبنى كبار مصنعي أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وشركات تكامل أنظمة التحكم الصناعية أيضًا نهج تكنولوجيا الكمبيوتر الصناعي، مما جعل تكنولوجيا التحكم الصناعي المعتمدة على الكمبيوتر إحدى التقنيات السائدة في بداية هذا القرن.
تعد التكلفة المنخفضة لأجهزة الكمبيوتر الصناعية عاملاً مهمًا آخر يساهم في إمكاناتها باعتبارها الاتجاه السائد لأتمتة التحكم الصناعي. في أنظمة الأتمتة التقليدية، يتم احتكار الأتمتة الأساسية إلى حد كبير بواسطة PLCs و DCS، في حين أن أتمتة العمليات والإدارة تتكون بشكل أساسي من العديد من أجهزة كمبيوتر العمليات المتطورة أو أجهزة الكمبيوتر الصغيرة. إن التكلفة العالية لأجهزتها وبرامج النظام وبرامج التطبيقات تمنع العديد من الشركات. في المراحل المبكرة والمتوسطة من تطوير المؤسسة، يعد اختيار أتمتة التحكم الصناعي منخفضة التكلفة هو الخيار المفضل. علاوة على ذلك، نظرًا لأن وحدات التحكم الصناعية المعتمدة على الكمبيوتر الشخصي أثبتت أنها موثوقة مثل PLCs، ويتم قبولها بسهولة من قبل المشغلين وأفراد الصيانة، كما أنها سهلة التركيب والاستخدام، وتوفر وظائف تشخيصية متقدمة، فإنها توفر لمتكاملي الأنظمة خيارات أكثر مرونة. ولذلك، بدأ المزيد والمزيد من الشركات المصنعة في اعتماد حلول التحكم في أجهزة الكمبيوتر الصناعية في أجزاء من عمليات الإنتاج الخاصة بهم.
ومن المتوقع أن تركز المنافسة بين أجهزة الكمبيوتر الشخصية الصناعية وأجهزة PLC في المقام الأول على التطبيقات المتطورة، حيث تكون البيانات معقدة ويكون تكامل المعدات مرتفعًا. وبالنظر إلى اتجاهات التطوير، من المرجح أن يقع مستقبل أنظمة التحكم بين أجهزة الكمبيوتر الشخصية الصناعية وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، وقد بدأت علامات هذا التقارب في الظهور بالفعل. لفترة طويلة قادمة، ستكمل تقنية ناقل المجال ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وأجهزة الكمبيوتر الصناعية بعضها البعض وتعزز بعضها البعض، لكن مزايا أجهزة الكمبيوتر الصناعية ستصبح أكثر بروزًا، وسيتوسع نطاق تطبيقها بسرعة ليشمل جميع مجالات التحكم الصناعي.
أنظمة الإدارة والتحكم المتكاملة
مع تعمق تغلغل تكنولوجيا الإنترنت في مجال التحكم الصناعي، أصبح التكامل بين أنظمة التحكم والإدارة أمرًا لا مفر منه. وهذا يجعل من الممكن تحقيق الأهداف المرجوة منذ فترة طويلة المتمثلة في الإدارة والتحكم المتكاملين، ومعلوماتية المؤسسات الصناعية، والأتمتة القائمة على الشبكات في صناعة الأتمتة الصناعية. تسمح الإدارة والتحكم المتكاملان للمؤسسات باختيار أفضل الحلول المناسبة حقًا للعصر الاقتصادي الجديد، وبالتالي تحسين كفاءة الإنتاج وتعزيز القدرة التنافسية في السوق. ولذلك، فإن الاتجاه الجديد في تطوير تكنولوجيا التحكم الصناعي هو تحقيق أنظمة ذكية مفتوحة وموزعة من خلال تقنيات Ethernet والويب، وتوفير حلول التحكم الصناعية المعيارية والموزعة والقابلة لإعادة الاستخدام بناءً على معايير بروتوكول Ethernet وTCP/IP. وأهم جانب لها هو تطوير برامج التحكم والإدارة الصناعية المعتمدة على الشبكة.
يتضمن إنشاء نظام تحكم متكامل دمج أنظمة وتقنيات متعددة. فيما يتعلق بتكامل الأنظمة المتعددة، الجانب الأول هو تكامل الأنظمة المتعددة ضمن شبكة التحكم الميدانية، والتي تتضمن ثلاثة نماذج للتكامل. الأول هو تكامل أنظمة التحكم Fieldbus (FCS) وأنظمة التحكم في البيانات (DCS)، حيث ينفذ FCS حلقات القياس والتحكم الأساسية، ويعمل DCS كإدارة ومنسق على مستوى أعلى لتنفيذ وظائف التحكم والتحسين المتقدمة المعقدة. والثاني هو تكامل أنظمة التحكم Fieldbus (FCS)، وDCS، وPLCs، حيث، في المواقف التي بها تشابك منطقي معقد، يقوم PLC وFCS بتنفيذ حلقات القياس والتحكم الأساسية، ويعمل DCS كإدارة ومنسق على مستوى أعلى لتنفيذ وظائف التحكم والتحسين المتقدمة المعقدة. والثالث هو تكامل FCSs المتعددة، ومعالجة مشكلات التحويل بين بروتوكولات الاتصال المختلفة. يتضمن ذلك التركيز على قابلية التشغيل البيني لأجهزة ناقل المجال المختلفة وتطوير التكوين الموحد والمراقبة والبرامج لتحقيق التكامل السلس دون التضحية بوظيفة وأداء كل نظام مستقل أو التأثير عليهما. ثانيا، هناك تكامل شبكات الإدارة والتحكم. في إدارة المؤسسة المستقبلية، ستنشأ كمية كبيرة من البيانات من شبكة التحكم. يتطلب بناء أنظمة برمجيات تطبيقات المؤسسة، بما في ذلك قواعد البيانات في الوقت الفعلي، وقواعد البيانات التاريخية، ونشر البيانات، واستخراج البيانات، وحسابات النماذج، ومحاكاة العمليات، وتصميم الوصفات، وتحسين العمليات، ومراقبة المعلمات، وتحليل الانحراف، وتشخيص الأخطاء، إنشاء قواعد بيانات مختلفة على الإنترنت / بيئة شبكة تطبيقات الويب لتحقيق الإدارة والتحكم المتكاملين حقًا. وهذا يوفر دعمًا ذكيًا في اتخاذ القرار لبرنامج التحكم وبيانات قيمة لبرنامج الإدارة.
فيما يتعلق بالتكامل التكنولوجي، يتضمن ذلك تكامل التقنيات المختلفة مثل تقنية التشغيل البيني للمعدات، وتكنولوجيا تبادل البيانات العامة، والإيثرنت، والإيثرنت الصناعي. تتضمن تقنية تبادل البيانات العامة تقنية التبادل الديناميكي للبيانات DDE، وتقنية التبادل الديناميكي لشبكة NetDDE، وتقنية التوصيل البيني لقاعدة البيانات المفتوحة ODBC، ونموذج كائن مكون COM/DCOM، وتقنية OPC. تتيح تقنية Ethernet+TCP/IP النقل المباشر ومشاركة معلمات التحكم وحالة عقد الشبكة في المجال الصناعي داخل شبكة معلومات المؤسسة، وبالتالي تجنب الصعوبات في دمج PLCs وDCSs وFCSs بسبب وجود بروتوكولات متعددة.
موصى به
