يعد نظام التحكم في الماكينة جزءًا مهمًا من تصميمها واستراتيجية السوق. تستخدم العديد من الفرق الهندسية نهجًا لا مركزيًا، باستخدام قطارات PLC متعددة بأسعار مختلفة للآلات، وتعتمد على بوابات خارجية لدمج الأنظمة القديمة. وهذا يزيد من التكاليف المرتبطة بالهندسة والمخزون ودعم الموقع، وبالتالي تقليل المرونة التشغيلية. هناك نهج آخر يتمثل في توحيد منصة واحدة موحدة يمكن توسيعها عبر التطبيقات ويمكنها التواصل مع البروتوكولات الحديثة والتقليدية.
قد يكون استخدام السياسات غير المرتبطة ببعضها البعض غير فعال. إدارة العديد من قطارات PLC المختلفة تخلق صعوبات إدارية في التدريب والمخزون، مع إضافة أجهزة إضافية وتعقيد ونقاط فشل محتملة إلى النظام. ومع ذلك، هل يمكن حل هذه المشاكل بالكامل من خلال منصة واحدة؟ ستتخذ هذه الورقة النظام البيئي Siemens SIMATIC S7-1200 كمثال لاستكشاف كيفية تلبية متطلبات قابلية التوسع والاتصال.
تحديات قابلية التوسع لمصنعي المعدات الأصلية
يعتمد خط إنتاج الشركة المصنعة للمعدات الأصلية نموذجًا "جيد، جيد، أفضل"، حيث يختلف تعقيد الماكينة وفقًا للوظيفة المضمنة. وفي حين أن هذا أمر منطقي، إلا أنه يمثل أيضًا تحديًا تحديد نظام تحكم اقتصادي وعملي لطائرة ذات مستوى مبتدئ يكون كافيًا للتحكم في طائرة متطورة. ولهذا الغرض، يمكن استخدام الحلول المشتركة التالية.
منصات تحكم متعددة: يبدو أن استخدام أجهزة PLC مختلفة لكل مستوى من مستويات الماكينة فعال من حيث التكلفة لكل وحدة ولكنه يولد تكاليف نهائية مثل التدريب والبرمجة ومخزون قطع الغيار. باستخدام هذا النهج، يحتاج المهندسون إلى أن يكونوا على دراية كاملة بمجموعة متنوعة من بيئات البرمجة ويطلبون من مصنعي المعدات الأصلية والمستخدمين النهائيين إعداد مخزون أكبر وأكثر تعقيدًا من قطع الغيار.
إدخال/إخراج PLC ثابت كبير الحجم: يؤدي اختيار PLC واحد كبير إلى تبسيط عملية البرمجة، ولكنه يتسبب في فقدان نماذج مستوى الدخول لقدرتها التنافسية نظرًا لأن تكاليف قائمة مكونات الصنف تتضمن سعة زائدة غير مستخدمة. يوفر هذا النهج أيضًا مرونة محدودة للتعديلات المستقبلية. نظرًا لأنه يتم تخصيص جميع نقاط الإدخال/الإخراج الثابتة، حتى إذا أضاف المستخدم مستشعرًا واحدًا فقط، فقد تكون هناك حاجة إلى إعادة التصميم، وهو أمر مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً.
الحل العملي هو استخدام منصة تحكم معيارية، تتميز بأن وحدة المعالجة المركزية قابلة للتكوين بدقة عبر واجهات الإدخال/الإخراج المطلوبة لكل طراز جهاز.
مواجهة تحديات اتصال نظام Brownfield
كيف يمكن للآلات الحديثة أن تتواصل بشكل فعال في المصنع باستخدام تكنولوجيا الجيل السابق؟ هذه هي المشكلة الأساسية التي تواجه شركات تكامل الأنظمة في معضلة براونفيلد، حيث غالبًا ما تحتاج الأجهزة الجديدة التي تستخدم البروتوكولات الحديثة مثل PROFINET إلى التكامل مع الأجهزة الموجودة التي تعتمد على البروتوكولات التسلسلية مثل Modbus RTUs. ولذلك، فإن النظام الجديد مطلوب منه التواصل مع VFD التقليدي، والمقياس وغيرها من المعدات عبر الاتصال التسلسلي RS-485. هناك حلان شائعان لهذه المشكلات كما يلي:
بوابة بروتوكول الطرف الثالث: يمكن تبديل البوابة الخارجية بين PROFINET وModbus RTU، ولكنها ستتسبب في تكلفة إضافية للأجهزة ونقطة فشل محتملة وأدوات برمجية مستقلة للتكوين. يمكن أن يكون تعيين البيانات بين نظامين مرهقًا وقد يكون التشخيص الخاطئ لمشكلات الاتصال معقدًا للغاية، مما يتطلب تشخيص جهازين مختلفين، عادةً من شركات مصنعة مختلفة.
الكمبيوتر الصناعي (IPC) مع رمز مخصص: يعد تشغيل IPC لبرنامج اتصالات مخصص حلاً معقدًا قويًا ولكنه مكلف، والذي يقدم صيانة نظام تشغيل الكمبيوتر في المصنع. تتطلب هذه الإستراتيجية مهارات تطوير متخصصة في مجالات تكنولوجيا المعلومات والبرمجيات، والتي لا تمتلكها دائمًا فرق الأتمتة التقليدية، وقد تؤدي إلى حلول هشة ويصعب صيانتها.
يجب أن تدعم وحدات التحكم الحديثة بروتوكولات الاتصال التقليدية لتبسيط البنية وتوفير تكوين مركزي.