L'automazione è una delle chiavi per aumentare la produttività e ridurre i costi di produzione. I progressi tecnologici come relè, PLC e PC industriali (IPC) stanno guidando l'automazione industriale, che sta cambiando il modo in cui le macchine e le persone interagiscono. Questo articolo discuterà l'hardware del sistema di controllo secondario ampiamente utilizzato nell'automazione industriale, PLC e PC industriale. Discuteremo anche quale tipo di sistema a doppio controllo potrebbe essere più appropriato a seconda delle esigenze della vostra applicazione.
Cos'è un PLC?
I controllori logici programmabili (PLC) sono ampiamente utilizzati per automatizzare i processi negli impianti di produzione. Negli anni '70, i PLC hanno rappresentato un punto di svolta nei sistemi di automazione. I PLC sono progettati per sostituire quadri elettrici e scatole di giunzione. Nel corso del tempo, i PLC sono stati aggiornati a design più robusti, funzionalità scalabili e sistemi programmabili. Inoltre, il linguaggio di programmazione per PLC (chiamato logica ladder) consente una personalizzazione flessibile dei PLC per l'automazione delle macchine. Questa affidabilità e versatilità rendono i PLC una scelta popolare per la sostituzione di vecchi relè e scatole di giunzione.
Cos'è un computer industriale?
In processo di sviluppo esponenziale di microcircuiti a semiconduttore c'è stato anche lo sviluppo di personal computer (PC). Man mano che i chip dei computer diventano più potenti, più piccoli ed economici, i computer industriali stanno guadagnando terreno nel settore dell'automazione. I PC industriali possono fornire il controllo di supervisione PLC ma con più carichi di lavoro come HMI, gateway, applicazioni AI, ecc. I PC industriali possono consolidare questi carichi di lavoro con acceleratori di prestazioni come GPU, TPU, VPU, SSD NVMe e altro ancora. La capacità di consolidare i carichi di lavoro riduce lo spazio hardware in fabbrica. I computer convenzionali e industriali hanno componenti di base molto simili come CPU, RAM, SSD e GPU. Tuttavia, i PC industriali sono costruiti e progettati per resistere a condizioni ambientali estreme, da temperature estreme a urti e vibrazioni. I normali PC si rompono molto rapidamente se esposti ad ambienti difficili. Alcuni dei materiali di progettazione e costruzione che rendono i PC industriali estremamente durevoli sono design senza ventola, case monoblocco e materiali di livello industriale. Inoltre, i computer industriali sono ampiamente utilizzati. Non solo supportano la tecnologia più recente, ma supportano anche le tecnologie tradizionali comunemente utilizzate nell'automazione di fabbrica, come porte seriali, COM, connettori M12, DIO, GPIO, ecc., portando alla rapida crescita dei PC industriali nell'automazione di fabbrica.
Qual è la differenza tra un computer industriale e un PLC?
1. Funzionamento
I PLC sono dotati di un sistema operativo in tempo reale che monitora costantemente l'input dai dispositivi collegati e quindi esegue i comandi decisionali in base al proprio programma. Inoltre, il sistema operativo (OS) del PLC è specificamente progettato per eseguire attività di controllo. Pertanto, i PLC generalmente non richiedono programmi antivirus o pulitori di registro, il che aumenta le prestazioni di elaborazione durante il funzionamento.
I PC industriali possono eseguire le stesse attività di un PLC, ma i loro sistemi operativi consentono loro di eseguire varie applicazioni e programmi che un PLC non può. Con queste funzionalità, IPC viene utilizzato per più di semplici scopi di gestione. I PC industriali possono consolidare i carichi di lavoro, riducendo il carico sull'hardware. Tuttavia, i sistemi operativi IPC come Windows e Linux sono vulnerabili agli attacchi informatici, ma i software antivirus e i firewall esistenti sono sufficientemente avanzati per mitigare questo rischio.
2. Programmazione
La seconda differenza tra un PC industriale e un PLC è il modo in cui i programmi vengono sviluppati ed eseguiti. I PLC in genere implementano l'esecuzione del programma basata sulla scansione, mentre i PC industriali sono tipicamente software guidati dagli eventi. Ad esempio, la logica del software PLC è specificata nello standard IEC 61131-2, come la logica ladder o altri linguaggi specifici del fornitore. Al contrario, i PC industriali funzionano su noti sistemi operativi Windows o Linux utilizzando linguaggi di programmazione come C/C++/.NET. Di conseguenza, i PC industriali sono più facili da programmare grazie alla loro popolarità tra gli sviluppatori. Consentono inoltre al sistema di comunicare con molte più macchine e dispositivi rispetto alla logica ladder, che richiede una formazione specifica per l'apprendimento, grazie a linguaggi di programmazione generici come C++.
3. Sicurezza
La sicurezza è uno degli svantaggi dell'automazione industriale e, se non viene presa sul serio, le aziende hanno molto da perdere. I sistemi industriali devono tener conto di due principi fondamentali di sicurezza. Innanzitutto, blocca gli attacchi da accessi esterni non autorizzati. In secondo luogo, l'accesso dell'utente è limitato in conformità con i suoi diritti o incarichi. In passato, i PLC erano noti per essere immuni agli attacchi di malware. Tuttavia, alcuni aggressori hanno iniziato a sviluppare malware PLC, come è successo con Stuxnet quando i loro PLC Siemens sono stati compromessi. Tuttavia, anche i PC industriali sono vulnerabili ai malware e richiedono una protezione completa con software antivirus o moduli hardware. Alcuni computer industriali utilizzano un TPM (Trusted Platform Module) 2.0 integrato nella scheda madre per crittografare i dati.
4. Qualità
Per quanto riguarda la qualità costruttiva, sia i PLC che i PC industriali sono progettati per operare in condizioni estreme. Poiché i PC industriali sono diversi dai desktop o dalle workstation convenzionali, i PC industriali sono molto robusti e durevoli. Di seguito alcune caratteristiche industriali dei PC industriali:
Design senza ventole
Ampio range di temperatura
Resistente agli urti e alle vibrazioni
Alto grado di protezione IP
Moduli estensibili
I/O avanzato con supporto per tecnologie legacy
In termini di qualità costruttiva, PLC e PC industriali vanno bene insieme. I PC industriali, tuttavia, beneficiano delle loro dimensioni compatte. I PLC sono spesso ingombranti e hanno opzioni di installazione limitate. Alcuni PLC possono anche surriscaldarsi durante l'installazione a causa della scarsa dissipazione del calore. I PC industriali, al confronto, sono relativamente piccoli e sono dotati di una varietà di opzioni di montaggio, tra cui montaggio VESA, montaggio su rack e opzioni su guida DIN. Inoltre, alcuni PC industriali sono dotati di un sistema di controllo dell'accensione e possono essere utilizzati nei veicoli.
5. Espandibilità
Sia i PLC che i PC industriali devono controllare vari dispositivi per il controllo, il monitoraggio e la comunicazione. Pertanto, PLC e PC industriali sono dotati di più porte COM e altre funzioni di I/O, comprese le tecnologie tradizionali. Alcuni comuni protocolli di comunicazione industriale sono CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT e EhterNET/IP. Queste tecnologie sono già integrate nella maggior parte dei PLC, sebbene entrambe le supportino. D'altra parte, i PC industriali dispongono di slot di espansione integrati per aumentare la loro versatilità. Pertanto, i PC industriali hanno una soglia più elevata per il numero di operazioni di I/O che possono elaborare. Inoltre, i PC industriali sono dotati di varie porte COM, LAN, USB e HDMI. Queste funzionalità consentono ai PC industriali di consolidare i carichi di lavoro da apparecchiature diverse, non solo dai PLC. Ad esempio, un PC industriale può eseguire autonomamente un'applicazione HMI, mentre un PLC richiede un'applicazione HMI separata per visualizzare qualcosa su un pannello di visualizzazione. Ciò che rende i PC industriali ancora più speciali è la loro capacità di supportare innumerevoli espansioni da schede di rete wireless, moduli 5G, unità SSD ad acceleratori GPU.
6. Potenza di calcolo e archiviazione
I PLC sono potenti controllori per automatizzare il controllo perché i loro microprocessori sono progettati per eseguire funzioni specifiche. I PLC possono gestire facilmente I/O ad alta velocità e piccole applicazioni di automazione. Tuttavia, i progetti di automazione stanno diventando più avanzati e richiedono maggiori risorse di calcolo. È qui che i PC industriali vengono in soccorso. I PC industriali utilizzano più spazio di archiviazione e processori completi, come i computer workstation, in grado di eseguire applicazioni ad alta intensità di elaborazione e archiviazione. Inoltre, con acceleratori di prestazioni come GPU, TPU, CPU e VPU, i computer industriali possono eseguire calcoli intelligenti come se si trovassero su una catena di montaggio intelligente in collaborazione con applicazioni di visione artificiale.
7. Costo
In breve, il confronto tra il costo di un PLC e di un IPC mostra che un PLC è più economico per applicazioni più piccole, mentre un IPC ha un costo iniziale più elevato. Tuttavia, poiché le applicazioni diventano più complesse e richiedono maggiori risorse di calcolo, il costo totale di un PLC può superare quello di un PC industriale. Sebbene il costo iniziale di un PLC sia inferiore, quando sono richieste potenza di elaborazione o periferiche aggiuntive, il prezzo aumenta in modo esponenziale. Al contrario, i PC industriali hanno costi iniziali più elevati, ma sono molto più economici quando sono richiesti aggiornamenti della potenza di elaborazione e scalabilità.
Come scegliere un PC industriale e un PLC
Quando scegli un controllore programmabile per il tuo sistema di automazione industriale, sia i PLC che i PC industriali dovrebbero avere il loro posto. I PLC sono più adatti per gestire piccoli sistemi di automazione con funzioni rigorose. Inoltre, i PLC sono affidabili, economici e altamente affidabili per le implementazioni industriali. D'altra parte, i PC industriali sono adatti per soluzioni con elevate esigenze in termini di risorse di calcolo e archiviazione. Per applicazioni complesse che richiedono versatilità del controller, il costo totale di proprietà (TCO) di un PC industriale è basso. I PLC sono sicuri perché non dispongono di connessioni wireless, i PC industriali sono altrettanto sicuri grazie a software di sicurezza informatica all'avanguardia e l'hardware standard è molto affidabile. Alcune applicazioni possono utilizzare sia PLC che PC industriali per bilanciare tra loro costi e benefici. Alla fine, dipende da quali funzionalità vengono implementate nel tuo processo di produzione.
