Seit der Einführung programmierbarer Logiksteuerungen (SPS) sind eine Vielzahl von Automatisierungssteuerungen in industrielle Anwendungen übergegangen, darunter programmierbare Automatisierungssteuerungen (PACs) und die heutigen Edge Programmable Industrial Controllers (EPICs). Benutzer haben mehr Auswahlmöglichkeiten hinsichtlich Kosten, Stellfläche, Ein-/Ausgabedichte (I/O), Feldbuskompatibilität, Kommunikation, Programmierfähigkeiten und Verarbeitungsgeschwindigkeit, und der Wettbewerb zwischen führenden Controller-Anbietern hat sich verschärft.
Für den Markt ist Vielfalt oft von Vorteil, für Ingenieure und Endbenutzer kann sie jedoch auch frustrierend sein. Die Wahl einer bestimmten Steuerungsplattform ist eine langfristige-Investition mit entsprechenden Kosten wie Schulungs- und Supportverträgen. Entscheider wollen, dass ihr Geld auf ihre Kosten kommt.
Doch bevor man sich zu diesem Thema äußert, lohnt es sich, einen Blick auf die Entwicklung der Branche zu werfen. Was sind die treibenden Kräfte hinter den unterschiedlichen Trends bei Steuerungslösungen? Wie wirken sich diese Trends derzeit aus? Wie können Anwender künftig erfolgreich in Automatisierung investieren?
Evolutionsmuster industrieller Steuerungen
Betrachtet man die Fortschritte in der Automatisierung und Steuerung in den letzten Jahrzehnten, wird deutlich, wie eine Reihe spezifischer Technologieiterationen die Entwicklung neuer E/A- und Steuerungsfunktionen vorangetrieben haben.
Als beispielsweise die ersten E/A-Systeme entwickelt wurden, stützten sich Feldsteuerungs- und Sensorgeräte auch auf elektromagnetische und pneumatische Komponenten, deren physikalische Eigenschaften ihre Langlebigkeit beeinträchtigen würden. Kompakte Niederspannungskomponenten wie Halbleiterrelais führten zu einem Bedarf an mehr Möglichkeiten für Benutzer, I/O direkt in ihre Systeme zu integrieren. Dies führte zur ersten modularen I/O, während Elektronikunternehmen gleichzeitig High-Tech-Computing in den Mainstream brachten. Die empfindliche Elektronik in diesen Systemen benötigte externe I/O, um mit der realen Welt interagieren zu können. Dies war das erste seriell adressierbare E/A-Rack, das eine Alternative zu Rack-basierten E/A in SPSen darstellte.
Der Übergang von dedizierten, eigenständigen E/A-Geräten zu modularen E/A und Bus-E/A veranschaulicht das Konzept der Wiederverwendung in der industriellen Steuerung. Steuerungsplattformen der nächsten-Generation verfügen über eingebettete E/A-Verarbeitungsschaltkreise. Die Module wurden von einem I/O-Kanal auf 32 Kanäle erweitert und verfügen nun über integrierte I/O-Module in SPSen und anderen monolithischen Geräten. In einigen Fällen kann jeder I/O-Kanal bei richtiger Konfiguration eine Vielzahl unterschiedlicher Signaltypen akzeptieren.
Dieses Modell zeigt, wie sich Innovation in einer Branche ausbreitet: Im Laufe der Zeit werden einzelne Innovationen modular, arbeiten mit anderen Technologien zusammen und werden dann als Teil eines neuen Innovationszyklus in diese Technologien eingebettet.
Für SPS und PACs bietet dieses Modell kleinere Controller und I/O-Module. Da Mathematik- und Programmierprozessorfunktionen direkt in die Steuerplatine und andere Geräte wie E/A, Sender und Netzwerk-Gateways integriert sind, wird mehr Rechenleistung „pro Quadratzoll“ realisiert. Im Laufe der Zeit spiegelt sich das gleiche Muster in der Migration neuer eingebetteter Kommunikationsschnittstellen und Protokollstandards auf die Steuerung wider.
Interkonvergenz verschiedener Technologien
Der Trend zur Inter{0}}Konvergenz ist mit dem Integrationszyklus verknüpft, und technologische Innovationen von außerhalb des Marktes für industrielle Steuerungen dringen nach und nach in die Steuerungen ein. Ein Blick auf die Geschichte der Bus-I/O zeigt, wie dieser Trend zur Entwicklung neuer Controller-Funktionen geführt hat.
Von seriellen Bus-E/A über erweiterte parallele E/A-Busse bis hin zu anderen Lösungen, die es Mini-{0}}- und Mikro---Computern ermöglichten, mit den E/As zu interagieren. Dies inspirierte auch die Idee, eigenständige E/A-Kommunikationsprozessoren zu entwickeln, die die E/A vom Computer trennten und es jedem Computer mit einem Kommunikationsanschluss ermöglichten, mit ihm zu interagieren.
Mit der Verbesserung der E/A-Module und Prozessoren waren frühe Hybridsteuerungen auch in der Lage, analoge Signalverarbeitung bereitzustellen, die zu dieser Zeit nur in verteilten Steuerungssystemen (DCS) verfügbar war. Da Ladder-Logic-Programme (eine SPS-Programmiersprache) ursprünglich nicht für die Verarbeitung analoger Datenformate gedacht waren, führte dies zur Entwicklung neuer Programmiersprachen für Hybridsteuerungen.
Dann begannen kostengünstige Alternativen zum IBM-PC den Markt zu überschwemmen. Da der PC die primäre Steuerfunktion des Hybridsystems ist, wirft dies Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit auf. Für die Anbieter war es von Bedeutung, industrietaugliche Alternativen zu entwickeln, die die E/A-, Netzwerk- und Programmierkomponenten der früheren Hybridlösungen in einem einzigen System kombinierten, das als PAC-System bekannt wurde. Das PAC nutzte denselben Prozessor wie der PC und konnte einen Funktionsumfang bereitstellen, der die Lücke zwischen der kostengünstigen, SPS-basierten diskreten Steuerung und der Nischenmarkt für kostenintensive DCS-basierte Prozesssteuerung.
Innovationen in High-{0}Tech-Unternehmen und auf dem PC-Markt haben Möglichkeiten für die industrielle Steuerung eröffnet. Mit der zunehmenden Konvergenz zwischen den Bereichen Operations Technology (OT) und Informationstechnologie (IT) beginnt sich dieser Trend zu beschleunigen. Ein Beispiel ist die Welle mobiler Lösungen, die in den letzten Jahren entstanden ist. Dies spiegelt sich auch im Streben nach Big Data, Cloud-Analysen und Unterstützung für maschinelles Lernen wider, Technologien, die außerhalb des industriellen Automatisierungssektors entstanden sind.
Controller für die Zukunft
Was wird uns die Steuerung der Zukunft bringen, wenn der Trend zu immer tieferer Technologieintegration, größerer Konvergenz zwischen Branchen und größerer Konnektivität zwischen Geräten und Systemen weiter voranschreitet?
Wie sollten Ingenieure ihre Entscheidungen treffen, um sicherzustellen, dass sie über Technologietrends auf dem Laufenden bleiben und den Nutzen für ihr Unternehmen maximieren? Hier sind 3 Tipps, die Fertigungsunternehmen dabei helfen sollen, die richtige Steuerungstechnologie auszuwählen, um ihre Ziele zu erreichen.
1. Konzentrieren Sie sich auf Design, nicht auf Funktion
Angesichts der Tatsache, dass sich die Technologie im Laufe der Zeit immer weiter verbessert und enger integriert und eingebettet wird, ist es notwendig, Investitionen in Steuerungssysteme zu priorisieren, die nicht einfach oder schnell geändert werden können. Ingenieure müssen den Schwerpunkt auf die Architektur des Steuerungssystems legen und nicht auf einige der auffälligen Merkmale des Tages.
2. Suchen Sie nach externen Innovationen
Wenn Ingenieure Systeme entwerfen, die sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln und mit der digitalen Transformation Schritt halten können, was wiederum Wartung und Nacharbeit reduziert, wird das Endbenutzer beeindrucken, die sich daran erinnern werden, dass die Technologie, die die Zukunft definiert, normalerweise von außerhalb der Branche kommt.
3. Bleiben Sie offen
Während der Kampf um Marktanteile bei proprietären Technologien Innovationen behindert, eröffnet die Unterstützung offener Standards endlose Möglichkeiten für alle. Konnektivität ist eine der Zielmetriken für Industrie 4.0, und da die Konnektivität zunimmt, müssen Ingenieure in Technologien investieren, die Möglichkeiten für die Zusammenarbeit verschiedener Systeme schaffen können.