آیا رایانه های شخصی صنعتی می توانند جایگزین PLC ها شوند؟
2025-11-11
از نظر عملکردهای کنترلی، کامپیوترها به طور کلی می توانند هر کاری را که PLC ها می توانند انجام دهند، انجام دهند و گاهی اوقات کامپیوترها می توانند آن را حتی بهتر انجام دهند. رایانه های شخصی صنعتی می توانند تا حدی جایگزین PLC ها در سناریوهای خاص کنترل صنعتی شوند، اما تفاوت های قابل توجهی بین این دو از نظر موقعیت عملکردی، قابلیت اطمینان و هزینه وجود دارد و انتخاب باید بر اساس نیازهای خاص انجام شود.
تفاوت های موقعیت یابی عملکردی: PLC ها به طور خاص برای کنترل صنعتی طراحی شده اند. عملکردهای اصلی آنها کنترل منطقی (مانند برنامه نویسی نمودار نردبانی)، پاسخ در زمان واقعی و قابلیت های ضد تداخل است. آنها برای انجام وظایف کنترلی اولیه مانند تعویض کمیت ها، تایمرها و شمارنده ها مناسب هستند.
قابلیت اطمینان و سازگاری با محیط
PLCها از طرحهای صنعتی (مانند عملکرد بدون فن، محدوده دمایی وسیع، مقاومت در برابر گرد و غبار و آب) استفاده میکنند که عملکرد پایدار را در محیطهای سخت با تداخل و لرزش قوی الکترومغناطیسی امکانپذیر میسازد و میانگین زمان بین خرابیها (MTBF) بیش از 20000 ساعت را به دست میآورد.
هزینه و نگهداری
PLC ها هزینه کمتری دارند، نگهداری آسانی دارند و منحنی یادگیری پایینی برای برنامه نویسی منطقی نردبانی دارند که آنها را برای پروژه های کنترلی کوچک تا متوسط مناسب می کند.
رایانه های شخصی صنعتی گران تر هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری حرفه ای دارند و آنها را برای سناریوهایی که نیاز به محاسبات پیچیده یا تعامل انسان و ماشین دارند مناسب می کند.
برنامه
PLC: در برنامه هایی که نیاز به عملکرد و قابلیت اطمینان بالا در زمان واقعی دارند، مانند کنترل خط تولید، قفل کردن تجهیزات و حفاظت ایمنی استفاده می شود.
کامپیوتر صنعتی: در برنامه هایی که نیاز به محاسبات با کارایی بالا دارند، مانند جمع آوری داده ها، بازرسی بصری و کنترل توزیع شده استفاده می شود. اغلب در ارتباط با PLC استفاده می شود.
روندهای فناوری: برخی از رایانههای شخصی پیشرفته صنعتی (مانند سیستمهای اتوماسیون مبتنی بر رایانه) در برنامههای کنترل پیچیده مانند خودروسازی و کارخانههای هوشمند استفاده شدهاند، اما طراحی مدولار و پیکربندیهای اضافی برای بهبود قابلیت اطمینان مورد نیاز است.
کامپیوتر صنعتی بدون فن تعبیهشده B5300 از پردازندههای کم مصرف Intel® Celeron/Atom/Core استفاده میکند و عملکرد پایدار را تضمین میکند.
این 24/7 کار می کند، عملکرد پایدار را حتی در محیط های ناپایدار حفظ می کند و نیازهای تجهیزات مختلف تجاری، خودکار و بدون مراقبت را برآورده می کند. در شرایط خاص، می تواند به طور کامل جایگزین تجهیزات کنترل صنعتی مبتنی بر PLC شود.
رایانه های شخصی و PLC های صنعتی هر کدام مزایا و کاربردهای منحصر به فردی در اتوماسیون صنعتی دارند. در آینده ممکن است روند همگرایی را نشان دهند، اما احتمال اینکه یکی به طور کامل جایگزین دیگری شود، اندک است.
از زمان معرفی آن به اتوماسیون صنعتی نظامی در اوایل دهه 1990، رایانه های شخصی صنعتی به طور پیوسته در زمینه های مختلف نفوذ کرده و کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. این به دلیل باز بودن رایانههای شخصی، سختافزار، نرمافزار و منابع انسانی فراوان آنها، پشتیبانی طیف وسیعی از مهندسین و پرسنل فنی و آشنایی آنها برای مخاطبان گسترده است. میزان کاربرد سیستم های کنترل صنعتی مبتنی بر PC (از جمله رایانه های شخصی تعبیه شده) به سرعت رشد کرده است. تولید کنندگان اصلی کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) و یکپارچه سازهای سیستم های کنترل صنعتی نیز رویکرد فناوری رایانه های شخصی صنعتی را پذیرفته اند و فناوری کنترل صنعتی مبتنی بر رایانه شخصی را به یکی از فناوری های اصلی در ابتدای قرن جاری تبدیل کرده اند.
هزینه پایین رایانه های شخصی صنعتی عامل مهم دیگری است که به پتانسیل آنها به عنوان جریان اصلی اتوماسیون کنترل صنعتی کمک می کند. در سیستمهای اتوماسیون سنتی، اتوماسیون پایه عمدتاً در انحصار PLCها و DCSها است، در حالی که اتوماسیون فرآیند و مدیریت عمدتاً از رایانههای مختلف پردازشی پیشرفته یا مینی رایانهها تشکیل شده است. هزینه بالای سخت افزار، نرم افزار سیستم و نرم افزار کاربردی، بسیاری از شرکت ها را منصرف می کند. در مراحل اولیه تا میانی توسعه سازمانی، انتخاب اتوماسیون کنترل صنعتی کم هزینه گزینه ارجح است. علاوه بر این، از آنجایی که کنترلکنندههای مبتنی بر PC صنعتی ثابت کردهاند که به اندازه PLCها قابل اعتماد هستند، به راحتی توسط اپراتورها و پرسنل تعمیر و نگهداری پذیرفته میشوند، نصب و استفاده آسان هستند، و عملکردهای تشخیصی پیشرفتهتری را ارائه میدهند، آنها گزینههای انعطافپذیرتری را در اختیار یکپارچهکنندههای سیستم قرار میدهند. بنابراین، تولیدکنندگان بیشتر و بیشتری شروع به اتخاذ راه حل های صنعتی کنترل رایانه شخصی در بخش هایی از فرآیندهای تولید خود می کنند.
پیشبینی میشود که رقابت بین رایانههای شخصی صنعتی و PLCها عمدتاً بر برنامههای پیشرفته متمرکز باشد، جایی که دادهها پیچیده هستند و یکپارچگی تجهیزات بالا است. با نگاهی به روند توسعه، آینده سیستمهای کنترل احتمالاً بین رایانههای شخصی صنعتی و PLCها نهفته است و نشانههایی از این همگرایی در حال حاضر در حال ظهور است. برای دوره قابل توجهی در آینده، فناوری فیلد باس، کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی (PLC) و رایانههای شخصی صنعتی یکدیگر را تکمیل و ارتقا میدهند، اما مزایای رایانههای شخصی صنعتی برجستهتر خواهد شد و دامنه کاربرد آنها به سرعت در تمام حوزههای کنترل صنعتی گسترش خواهد یافت.
سیستم های مدیریت و کنترل یکپارچه
با نفوذ عمیق فناوری اینترنت به حوزه کنترل صنعتی، ادغام سیستم های کنترل و مدیریت اجتناب ناپذیر شده است. این امر اهداف طولانی مدت مدیریت و کنترل یکپارچه، اطلاعات سازمانی صنعتی و اتوماسیون مبتنی بر شبکه را در صنعت اتوماسیون صنعتی ممکن می سازد. مدیریت و کنترل یکپارچه به شرکتها اجازه میدهد تا بهترین راهحلها را انتخاب کنند که واقعاً برای عصر اقتصادی جدید مناسب است، در نتیجه کارایی تولید را بهبود میبخشد و رقابتپذیری بازار را افزایش میدهد. بنابراین، جهت جدیدی در توسعه فناوری کنترل صنعتی، تحقق سیستم های هوشمند باز و توزیع شده از طریق فناوری های اترنت و وب، ارائه راه حل های کنترل صنعتی مدولار، توزیع شده و قابل استفاده مجدد بر اساس استانداردهای پروتکل اترنت و TCP/IP است. مهمترین جنبه آن توسعه نرم افزار کنترل و مدیریت صنعتی مهندسی شده مبتنی بر شبکه است.
ساخت یک سیستم کنترل یکپارچه شامل ادغام چندین سیستم و فناوری است. با توجه به ادغام چند سیستم، اولین جنبه ادغام چندین سیستم در داخل شبکه کنترل میدانی است که شامل سه مدل یکپارچه سازی است. اولین مورد، ادغام سیستمهای کنترل فیلدباس (FCS) و سیستمهای کنترل داده (DCS) است، که در آن FCS حلقههای اندازهگیری و کنترل پایه را پیادهسازی میکند، و DCS به عنوان یک مدیریت و هماهنگکننده سطح بالاتر برای پیادهسازی توابع پیچیده پیشرفته کنترل و بهینهسازی عمل میکند. دوم ادغام سیستم های کنترل فیلدباس (FCS)، DCS، و PLC ها است، که در آن، در موقعیت هایی با درهم تنیدگی منطقی پیچیده، PLC و FCS حلقه های اندازه گیری و کنترل پایه را اجرا می کنند و DCS به عنوان یک مدیریت و هماهنگ کننده سطح بالاتر برای پیاده سازی عملکردهای پیچیده کنترل و بهینه سازی پیشرفته عمل می کند. سومین ادغام چندین FCS است که به مسائل تبدیل بین پروتکل های ارتباطی مختلف می پردازد. این شامل تمرکز بر قابلیت همکاری دستگاه های فیلدباس مختلف و توسعه پیکربندی، نظارت و نرم افزار یکپارچه برای دستیابی به یکپارچگی یکپارچه بدون قربانی کردن یا تأثیرگذاری بر عملکرد و عملکرد هر سیستم مستقل است. دوم، ادغام شبکه های مدیریت و کنترل وجود دارد. در مدیریت سازمانی آینده، حجم زیادی از داده ها از شبکه کنترل سرچشمه می گیرند. ساختن سیستمهای نرمافزار کاربردی سازمانی، از جمله پایگاههای اطلاعاتی بلادرنگ، پایگاههای اطلاعاتی تاریخی، انتشار دادهها، دادهکاوی، محاسبات مدل، شبیهسازی فرآیند، طراحی دستور العمل، بهینهسازی عملیاتی، نظارت بر پارامترها، تجزیه و تحلیل انحراف و تشخیص خطا، مستلزم ایجاد پایگاههای اطلاعاتی مختلف در محیط شبکه برنامههای اینترنتی// وب برای دستیابی به مدیریت و کنترل یکپارچه است. این امر پشتیبانی تصمیم گیری هوشمندی را برای نرم افزار کنترل و داده های ارزشمندی را برای نرم افزار مدیریت فراهم می کند.
از نظر یکپارچه سازی فناوری، این شامل ادغام فناوری های مختلف مانند فناوری قابلیت همکاری تجهیزات، فناوری تبادل اطلاعات عمومی، اترنت و اترنت صنعتی است. فناوری تبادل اطلاعات عمومی شامل فناوری تبادل داده پویا DDE، فناوری تبادل پویای شبکه NetDDE، فناوری اتصال به پایگاه داده باز ODBC، مدل شی جزء COM/DCOM و فناوری OPC است. فناوری Ethernet+TCP/IP انتقال و اشتراک گذاری مستقیم پارامترهای کنترلی و وضعیت گره های شبکه در حوزه صنعتی را در داخل شبکه اطلاعات سازمانی امکان پذیر می کند، بنابراین از مشکلات یکپارچه سازی PLC، DCS و FCS به دلیل وجود پروتکل های متعدد جلوگیری می کند.
تفاوت های موقعیت یابی عملکردی: PLC ها به طور خاص برای کنترل صنعتی طراحی شده اند. عملکردهای اصلی آنها کنترل منطقی (مانند برنامه نویسی نمودار نردبانی)، پاسخ در زمان واقعی و قابلیت های ضد تداخل است. آنها برای انجام وظایف کنترلی اولیه مانند تعویض کمیت ها، تایمرها و شمارنده ها مناسب هستند.
قابلیت اطمینان و سازگاری با محیط
PLCها از طرحهای صنعتی (مانند عملکرد بدون فن، محدوده دمایی وسیع، مقاومت در برابر گرد و غبار و آب) استفاده میکنند که عملکرد پایدار را در محیطهای سخت با تداخل و لرزش قوی الکترومغناطیسی امکانپذیر میسازد و میانگین زمان بین خرابیها (MTBF) بیش از 20000 ساعت را به دست میآورد.
هزینه و نگهداری
PLC ها هزینه کمتری دارند، نگهداری آسانی دارند و منحنی یادگیری پایینی برای برنامه نویسی منطقی نردبانی دارند که آنها را برای پروژه های کنترلی کوچک تا متوسط مناسب می کند.
رایانه های شخصی صنعتی گران تر هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری حرفه ای دارند و آنها را برای سناریوهایی که نیاز به محاسبات پیچیده یا تعامل انسان و ماشین دارند مناسب می کند.
برنامه
PLC: در برنامه هایی که نیاز به عملکرد و قابلیت اطمینان بالا در زمان واقعی دارند، مانند کنترل خط تولید، قفل کردن تجهیزات و حفاظت ایمنی استفاده می شود.
کامپیوتر صنعتی: در برنامه هایی که نیاز به محاسبات با کارایی بالا دارند، مانند جمع آوری داده ها، بازرسی بصری و کنترل توزیع شده استفاده می شود. اغلب در ارتباط با PLC استفاده می شود.
روندهای فناوری: برخی از رایانههای شخصی پیشرفته صنعتی (مانند سیستمهای اتوماسیون مبتنی بر رایانه) در برنامههای کنترل پیچیده مانند خودروسازی و کارخانههای هوشمند استفاده شدهاند، اما طراحی مدولار و پیکربندیهای اضافی برای بهبود قابلیت اطمینان مورد نیاز است.
کامپیوتر صنعتی بدون فن تعبیهشده B5300 از پردازندههای کم مصرف Intel® Celeron/Atom/Core استفاده میکند و عملکرد پایدار را تضمین میکند.
این 24/7 کار می کند، عملکرد پایدار را حتی در محیط های ناپایدار حفظ می کند و نیازهای تجهیزات مختلف تجاری، خودکار و بدون مراقبت را برآورده می کند. در شرایط خاص، می تواند به طور کامل جایگزین تجهیزات کنترل صنعتی مبتنی بر PLC شود.
رایانه های شخصی و PLC های صنعتی هر کدام مزایا و کاربردهای منحصر به فردی در اتوماسیون صنعتی دارند. در آینده ممکن است روند همگرایی را نشان دهند، اما احتمال اینکه یکی به طور کامل جایگزین دیگری شود، اندک است.
توسعه رایانه های شخصی صنعتی
از زمان معرفی آن به اتوماسیون صنعتی نظامی در اوایل دهه 1990، رایانه های شخصی صنعتی به طور پیوسته در زمینه های مختلف نفوذ کرده و کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. این به دلیل باز بودن رایانههای شخصی، سختافزار، نرمافزار و منابع انسانی فراوان آنها، پشتیبانی طیف وسیعی از مهندسین و پرسنل فنی و آشنایی آنها برای مخاطبان گسترده است. میزان کاربرد سیستم های کنترل صنعتی مبتنی بر PC (از جمله رایانه های شخصی تعبیه شده) به سرعت رشد کرده است. تولید کنندگان اصلی کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) و یکپارچه سازهای سیستم های کنترل صنعتی نیز رویکرد فناوری رایانه های شخصی صنعتی را پذیرفته اند و فناوری کنترل صنعتی مبتنی بر رایانه شخصی را به یکی از فناوری های اصلی در ابتدای قرن جاری تبدیل کرده اند.
هزینه پایین رایانه های شخصی صنعتی عامل مهم دیگری است که به پتانسیل آنها به عنوان جریان اصلی اتوماسیون کنترل صنعتی کمک می کند. در سیستمهای اتوماسیون سنتی، اتوماسیون پایه عمدتاً در انحصار PLCها و DCSها است، در حالی که اتوماسیون فرآیند و مدیریت عمدتاً از رایانههای مختلف پردازشی پیشرفته یا مینی رایانهها تشکیل شده است. هزینه بالای سخت افزار، نرم افزار سیستم و نرم افزار کاربردی، بسیاری از شرکت ها را منصرف می کند. در مراحل اولیه تا میانی توسعه سازمانی، انتخاب اتوماسیون کنترل صنعتی کم هزینه گزینه ارجح است. علاوه بر این، از آنجایی که کنترلکنندههای مبتنی بر PC صنعتی ثابت کردهاند که به اندازه PLCها قابل اعتماد هستند، به راحتی توسط اپراتورها و پرسنل تعمیر و نگهداری پذیرفته میشوند، نصب و استفاده آسان هستند، و عملکردهای تشخیصی پیشرفتهتری را ارائه میدهند، آنها گزینههای انعطافپذیرتری را در اختیار یکپارچهکنندههای سیستم قرار میدهند. بنابراین، تولیدکنندگان بیشتر و بیشتری شروع به اتخاذ راه حل های صنعتی کنترل رایانه شخصی در بخش هایی از فرآیندهای تولید خود می کنند.
پیشبینی میشود که رقابت بین رایانههای شخصی صنعتی و PLCها عمدتاً بر برنامههای پیشرفته متمرکز باشد، جایی که دادهها پیچیده هستند و یکپارچگی تجهیزات بالا است. با نگاهی به روند توسعه، آینده سیستمهای کنترل احتمالاً بین رایانههای شخصی صنعتی و PLCها نهفته است و نشانههایی از این همگرایی در حال حاضر در حال ظهور است. برای دوره قابل توجهی در آینده، فناوری فیلد باس، کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی (PLC) و رایانههای شخصی صنعتی یکدیگر را تکمیل و ارتقا میدهند، اما مزایای رایانههای شخصی صنعتی برجستهتر خواهد شد و دامنه کاربرد آنها به سرعت در تمام حوزههای کنترل صنعتی گسترش خواهد یافت.
سیستم های مدیریت و کنترل یکپارچه
با نفوذ عمیق فناوری اینترنت به حوزه کنترل صنعتی، ادغام سیستم های کنترل و مدیریت اجتناب ناپذیر شده است. این امر اهداف طولانی مدت مدیریت و کنترل یکپارچه، اطلاعات سازمانی صنعتی و اتوماسیون مبتنی بر شبکه را در صنعت اتوماسیون صنعتی ممکن می سازد. مدیریت و کنترل یکپارچه به شرکتها اجازه میدهد تا بهترین راهحلها را انتخاب کنند که واقعاً برای عصر اقتصادی جدید مناسب است، در نتیجه کارایی تولید را بهبود میبخشد و رقابتپذیری بازار را افزایش میدهد. بنابراین، جهت جدیدی در توسعه فناوری کنترل صنعتی، تحقق سیستم های هوشمند باز و توزیع شده از طریق فناوری های اترنت و وب، ارائه راه حل های کنترل صنعتی مدولار، توزیع شده و قابل استفاده مجدد بر اساس استانداردهای پروتکل اترنت و TCP/IP است. مهمترین جنبه آن توسعه نرم افزار کنترل و مدیریت صنعتی مهندسی شده مبتنی بر شبکه است.
ساخت یک سیستم کنترل یکپارچه شامل ادغام چندین سیستم و فناوری است. با توجه به ادغام چند سیستم، اولین جنبه ادغام چندین سیستم در داخل شبکه کنترل میدانی است که شامل سه مدل یکپارچه سازی است. اولین مورد، ادغام سیستمهای کنترل فیلدباس (FCS) و سیستمهای کنترل داده (DCS) است، که در آن FCS حلقههای اندازهگیری و کنترل پایه را پیادهسازی میکند، و DCS به عنوان یک مدیریت و هماهنگکننده سطح بالاتر برای پیادهسازی توابع پیچیده پیشرفته کنترل و بهینهسازی عمل میکند. دوم ادغام سیستم های کنترل فیلدباس (FCS)، DCS، و PLC ها است، که در آن، در موقعیت هایی با درهم تنیدگی منطقی پیچیده، PLC و FCS حلقه های اندازه گیری و کنترل پایه را اجرا می کنند و DCS به عنوان یک مدیریت و هماهنگ کننده سطح بالاتر برای پیاده سازی عملکردهای پیچیده کنترل و بهینه سازی پیشرفته عمل می کند. سومین ادغام چندین FCS است که به مسائل تبدیل بین پروتکل های ارتباطی مختلف می پردازد. این شامل تمرکز بر قابلیت همکاری دستگاه های فیلدباس مختلف و توسعه پیکربندی، نظارت و نرم افزار یکپارچه برای دستیابی به یکپارچگی یکپارچه بدون قربانی کردن یا تأثیرگذاری بر عملکرد و عملکرد هر سیستم مستقل است. دوم، ادغام شبکه های مدیریت و کنترل وجود دارد. در مدیریت سازمانی آینده، حجم زیادی از داده ها از شبکه کنترل سرچشمه می گیرند. ساختن سیستمهای نرمافزار کاربردی سازمانی، از جمله پایگاههای اطلاعاتی بلادرنگ، پایگاههای اطلاعاتی تاریخی، انتشار دادهها، دادهکاوی، محاسبات مدل، شبیهسازی فرآیند، طراحی دستور العمل، بهینهسازی عملیاتی، نظارت بر پارامترها، تجزیه و تحلیل انحراف و تشخیص خطا، مستلزم ایجاد پایگاههای اطلاعاتی مختلف در محیط شبکه برنامههای اینترنتی// وب برای دستیابی به مدیریت و کنترل یکپارچه است. این امر پشتیبانی تصمیم گیری هوشمندی را برای نرم افزار کنترل و داده های ارزشمندی را برای نرم افزار مدیریت فراهم می کند.
از نظر یکپارچه سازی فناوری، این شامل ادغام فناوری های مختلف مانند فناوری قابلیت همکاری تجهیزات، فناوری تبادل اطلاعات عمومی، اترنت و اترنت صنعتی است. فناوری تبادل اطلاعات عمومی شامل فناوری تبادل داده پویا DDE، فناوری تبادل پویای شبکه NetDDE، فناوری اتصال به پایگاه داده باز ODBC، مدل شی جزء COM/DCOM و فناوری OPC است. فناوری Ethernet+TCP/IP انتقال و اشتراک گذاری مستقیم پارامترهای کنترلی و وضعیت گره های شبکه در حوزه صنعتی را در داخل شبکه اطلاعات سازمانی امکان پذیر می کند، بنابراین از مشکلات یکپارچه سازی PLC، DCS و FCS به دلیل وجود پروتکل های متعدد جلوگیری می کند.
توصیه می شود
