Sterowniki PLC pojawiły się jako produkt ery Przemysłu 3.0. W ciągu ponad pięćdziesięciu lat rozwoju technologia była stale unowocześniana, a gama produktów stale się poszerzała. Jako mózg kontrolujący systemy produkcji przemysłowej, sterowniki PLC zastąpiły przekaźniki używane wcześniej do sterowania-sprzętem dużej mocy. To przejście pozwoliło zaoszczędzić przestrzeń produkcyjną, zmniejszyć zużycie energii i zmniejszyć obciążenie inżynierów zajmujących się konserwacją sprzętu.
Obecnie, w miarę jak produkcja przemysłowa przechodzi w kierunku Przemysłu 4.0, przedsiębiorstwa produkcyjne muszą przejść transformację i modernizację. Obejmuje to nie tylko zwiększenie poziomu automatyzacji sprzętu produkcyjnego, ale także integrację technologii internetowej z przemysłowymi systemami sterowania. Wykorzystując dane konsumentów, można zoptymalizować zarządzanie łańcuchem dostaw i zracjonalizować planowanie produkcji w fabryce. W związku z tym w automatyce przemysłowej sterownik PLC, będący „mózgiem”, odgrywa kluczową rolę w nowej fali transformacji przemysłowej.
Dzisiejsze sterowniki PLC nie są już tradycyjnymi sterownikami PLC
Mówiąc najprościej, sterownik PLC to komputer przeznaczony do sterowania przemysłowego. Wykorzystuje programowalną pamięć do przechowywania instrukcji, wykonywania funkcji logicznych, sekwencjonowania, pomiaru czasu i funkcji obliczeniowych. Poprzez analogowe lub cyfrowe moduły we/wy steruje różnymi mechanicznymi procesami produkcyjnymi. Procesor pełni rolę mózgu sterownika PLC, wykonując programy użytkownika, jednocześnie agregując, analizując i przetwarzając informacje zebrane z innych modułów.
Inteligentne fabryki charakteryzują się kompleksowym wykrywaniem, zoptymalizowanym-podejmowaniem decyzji i precyzyjną realizacją, umożliwiając autonomiczne zarządzanie przedsiębiorstwem i operacjami produkcyjnymi. Inteligentna produkcja wymaga wielofunkcyjnych,-wysokich sterowników przemysłowych. W przeszłości pojedyncze urządzenie, segment procesu lub linia produkcyjna mogły wymagać wielu sterowników-na przykład platformy robota przemysłowego korzystającej ze sterownika robota + sterownika PLC lub elastycznej jednostki obróbczej wykorzystującej CNC + sterownik PLC. Przyszłe inteligentne fabryki będą wymagały jednego „mózgu” do kontrolowania wszystkich jednostek.
Dr Wei Rong Xiao, prezes B&R Greater China, stwierdził w wykładzie internetowym, że dzisiejsze sterowniki PLC nie są już tradycyjnymi sterownikami PLC. Podkreślił, że tradycyjne sterowniki PLC wykonują wiele zadań sekwencyjnie, powtarzając cykl. Z kolei nowa generacja sterowników PLC firmy B&R, oparta na wielu zadaniach w ramach jednego projektu, dzieli system na wiele poziomów zadań. Każde zadanie odpowiada cyklowi, którego poziomy priorytetu są ustalane w zależności od czasu trwania cyklu.
Pokazuje to, że nowe sterowniki PLC nie tylko wykonują proste zadania logiczne, ale są w stanie obsługiwać bardziej złożone procesy na liniach produkcyjnych. W sytuacjach awaryjnych wielozadaniowość sterowników PLC nowej generacji eliminuje potrzebę obsługi przerwań, w przeciwieństwie do tradycyjnych sterowników PLC. Innymi słowy, dzisiejsze systemy produkcji przemysłowej wymagają wysoce inteligentnego sterownika PLC jako „mózgu”.
Eksperci branżowi zauważają również, że nowoczesne-wielkoskalowe systemy PLC są z natury rozproszonymi systemami obliczeniowymi opartymi na magistralach polowych i sieciach lokalnych. Zastosowanie technologii wspierających przetwarzanie rozproszone w chmurze-w kontroli przemysłowej zrewolucjonizuje architekturę systemu, ramy techniczne, formy produktów i metody aplikacji. W miarę jak produkcja przechodzi w kierunku inteligentnej produkcji, wiele tematów badawczych pozostaje w dziedzinie sterowników PLC.
Jaki sterownik PLC spełnia wymagania Przemysłu 4.0?
Na tle Przemysłu 4.0 sieci fabryczne ewoluują od zamkniętych sieci lokalnych do systemów wzajemnie połączonych z podmiotami zewnętrznymi. W związku z tym model komunikacji sterowników PLC również musi zostać dostosowany. Systemy komunikacyjne PLC mogą tworzyć bardziej złożone sieci sterujące przy użyciu protokołów takich jak Profinet, CC-Link lub DeviceNet. Jednak wiele sterowników PLC pozostaje niekompatybilnych ze skanerami kodów kreskowych, czytnikami RFID, czujnikami i kamerami przemysłowymi wymaganymi w inteligentnych fabrykach. Inteligentna produkcja opiera się na gromadzeniu danych. Dane fabryczne-w tym zarządzanie materiałami i monitorowanie sprzętu-muszą zostać zintegrowane z systemami MES, aby zapewnić solidne podstawy sprzętowe dla kompleksowej cyfryzacji w zarządzaniu produkcją, logistyką, magazynowaniem i marketingiem.
Ujawnia to istotne wyzwania związane z opracowaniem sterownika PLC zgodnego z Przemysłem 4.0, oczekujące na rozwiązanie przez specjalistów ds. badań i rozwoju.
Po pierwsze, musi obsługiwać ogromne dane produkcyjne i coraz bardziej złożone algorytmy. W ramach inteligentnej produkcji sterowniki PLC nieuchronnie muszą przechowywać większe ilości danych produkcyjnych. Z jednej strony rośnie zapotrzebowanie konsumentów na personalizację i jakość produktów, co wymaga od fabryk udoskonalenia technik produkcji przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji. W związku z tym podstawowy system sterowania musi przetwarzać ogromne ilości danych produkcyjnych i powiązań logicznych. Z drugiej strony obsługa takich danych nakłada wyższe wymagania na algorytmy stojące za sprzętem PLC. Opracowywanie solidnych algorytmów z natury wiąże się ze znacznymi barierami technicznymi.
Po drugie, kluczowa jest prostota wspierania projektowania oprogramowania programistycznego. Wraz ze wzrostem oczekiwań konsumentów w stosunku do produktów, złożoność produkcji fabrycznej nieuchronnie wzrasta. Sterowniki PLC muszą teraz wykonywać takie funkcje, jak sterowanie PID, komunikacja sieciowa,-szybkie obliczenia, sterowanie położeniem, rejestrowanie danych i wyświetlanie tekstu. Oznacza to, że trudności w programowaniu stale rosną. Co więcej, języki programowania sterowników PLC różnią się w przypadku różnych marek dostępnych na rynku, co wymaga od inżynierów opanowania wielu języków. Z punktu widzenia-użytkownika końcowego, naprawdę praktyczny produkt PLC umożliwia inżynierom jednorazową naukę i uniwersalne zastosowanie swoich umiejętności. Zmniejsza to koszty korporacyjne związane ze szkoleniem personelu, doradztwem technicznym, debugowaniem systemu i konserwacją oprogramowania.
Po trzecie, zrozumienie nawyków operacyjnych inżynierów w konkretnych scenariuszach dalszych zastosowań. Podczas używania sterowników PLC użytkownicy napotykają różnicę między-tzw. systemami japońskimi i niemieckimi, z których każdy ma swoje mocne strony w programowaniu. Ponieważ sterowniki PLC integrują oprogramowanie i sprzęt, różne scenariusze zastosowań wymagają odpowiednich dostosowań oprogramowania. Co więcej, różne scenariusze powodują powstanie odmiennych nawyków operacyjnych wśród inżynierów. Z drugiej strony dostawcy sterowników PLC muszą dostosować ogólne oprogramowanie PLC, aby uwzględnić te-specyficzne dla branży preferencje operacyjne. Niezależnie od branży, programowanie sterowników PLC w nowoczesnych środowiskach produkcyjnych coraz częściej stawia na prostotę i łatwość obsługi.
Konkurencyjny krajobraz chińskiego rynku sterowników PLC
Jako największy na świecie ośrodek produkcyjny, Chiny w naturalny sposób szczycą się masowym wykorzystaniem sterowników PLC. Krajowy rynek sterowników PLC zdominowany jest przez marki europejskie, amerykańskie i japońskie.
Wśród marek europejskich i amerykańskich wyróżniają się Siemens, Rockwell i Schneider. Firma Siemens przoduje w zakresie produktów na małą, średnią i dużą- skalę, zdobywając pozycję głównego dostawcy na chińskim rynku sterowników PLC z udziałem w rynku na poziomie 40,7% w samym 2016 roku. Rockwell utrzymuje wiodącą pozycję w segmencie dużych sterowników PLC, posiadając 10,1% udziału w rynku. Schneider, jako dostawca sterowników PLC-z długą tradycją, konsekwentnie utrzymuje udział w rynku na poziomie około 9%. Wśród japońskich marek wyróżniają się Mitsubishi i Omron. Wykorzystując swój stosunek kosztów-do wydajności i zalety kanałów rynkowych, utrzymują wysoki poziom konkurencyjności na rynku krajowym.
Ponadto firma Delta z siedzibą na Tajwanie-dzięki swojej przewadze-wydajności związanej z wysokimi kosztami głęboko przeniknęła rynek OEM. Konsekwentnie poszukując zintegrowanych rozwiązań łączących sterowniki PLC z przemiennikami częstotliwości i serwonapędami, Delta utrzymała szybki wzrost sprzedaży rynkowej.
Jeśli chodzi o krajowe sterowniki PLC, ich rozwój trwa blisko 40 lat. Historię tę można ogólnie podzielić na trzy fazy: okres wprowadzenia od lat 80. do 90. XX wieku, kiedy wszystkie sterowniki PLC dostępne na rynku były markami zagranicznymi; faza rozruchu dla krajowych przedsiębiorstw zajmujących się sterowaniem przemysłowym od lat 90. do 2000 r., kiedy zaczęły pojawiać się krajowe marki sterowników PLC; oraz faza rozwoju krajowych marek sterowników PLC po roku 2000.
Krajowe marki zaczynały od małych sterowników PLC, które mają mniejsze bariery techniczne, i wykorzystywały swoje lokalne zalety, aby osiągnąć szybki wzrost. W ostatnich latach znacząco wkroczyli na rynek-średniej wielkości sterowników PLC.
Wniosek
Sterowniki PLC są niezbędnymi elementami automatyki przemysłowej i sterowania procesami przemysłowymi. W erze inteligentnej produkcji zwiększone wymagania dotyczące wydajności sterowników PLC są nieuniknione, co wymaga zasadniczego przeprojektowania, obejmującego-kontrolę wysokiej wydajności, interoperacyjność, bezpieczną komunikację, obsługę na wielu-platformach i-zabezpieczenie na przyszłość. Z rynkowego punktu widzenia sterowniki PLC napotykają bariery kanałowe. Rynek pojedynczego produktu PLC oferowanego przez firmy z branży automatyki przemysłowej charakteryzuje się zazwyczaj niewidocznym sufitem. Biorąc za przykład zagraniczne-marki z najwyższej półki: po pierwsze, wykorzystaj ich mocne strony, aby zidentyfikować odpowiednie punkty wejścia; po drugie, po zdobyciu uznania klientów, stopniowo wzmacniać badania i rozwój produktów łańcucha przemysłowego, przekształcając się z pojedynczego dostawcy w dostawcę rozwiązań; wreszcie wykorzystaj akumulację technologii i przewagę marki, aby stać się kompleksowym dostawcą obejmującym rynki średniej-i-wysokiej-półki.