Integrazione del’edge computing in PLC e PAC

L’edge computing comprende l’insieme di infrastrutture, strumenti e processi che supportano la gestione delle attività di trattamento dei dati utilizzando singole fonti di dati, come i dispositivi intelligenti ai margini della rete, anziché un’infrastruttura centralizzata.

Aiuta a consolidare le applicazioni esistenti dei produttori di apparecchiature, come il software di monitoraggio e controllo, in un’unica piattaforma, consentendo anche ad altre importanti applicazioni di operare sulla stessa piattaforma. Ciò facilita lo sviluppo di macchine e apparecchiature abilitate all’Industrial Internet of Things (IIoT), nonché l’aggiunta di applicazioni future che supportino le esigenze in evoluzione dei clienti in materia di Industria 4.0 e Smart Production.

Distinzione tra PLC e PAC

Sia i PLC (Controllori Logici Programmabili) che i PAC (Controllori di Automazione Programmabili) utilizzano protocolli e reti come Ethernet, ControlNET, DeviceNET e si collegano anche a software e database come OPC, SQL e altri. La distinzione fondamentale tra i due è nelle rispettive interfacce di programmazione, che consentono loro di svolgere funzioni diverse. Poiché i PAC sono programmati in C o C++, i dispositivi hanno un’architettura aperta e un design modulare. I PLC, invece, hanno una semplice esecuzione programmata. Di conseguenza, funzionano con una memoria limitata e con ingressi e uscite discreti.

Con il progredire della tecnologia, il divario tra i due dispositivi sembra diminuire. Tuttavia, esiste una differenza tra utilità e prestazioni. Grazie alla facilità di programmazione offerta dai moduli PAC, è facile attaccare o staccare componenti dal PAC. I PLC, invece, sono sistemi basati sul filo e l’aggiunta di dispositivi richiede un cablaggio supplementare. Poiché gli ingombri ridotti e le terminazioni compatte sono difficili da cablare con i metodi tradizionali.

La tecnologia Edge computing nei PLC e nei PAC

Il documento informativo L’industria 4.0 - Edge computing nell’ambiente industriale spiega come la transizione verso un'’nfrastruttura di controllo compatibile con l’edge computing abbia contribuito a modificare le architetture di controllo industriale, i fornitori e gli utenti abbiano contribuito a creare un ambiente più flessibile e configurabile. La tendenza verso architetture event-driven nell'ambito dell'Information Technology (IT)/Operational Technology (OT) offre un’opportunità unica di collegare i dati del pavimento della fabbrica con soluzioni di gestione intelligente basate su cloud. L'edge computing funge da ponte tra le due cose, collegando i cambiamenti sul luogo di produzione ai sistemi di gestione e pianificazione delle risorse aziendali, con l’obiettivo di automatizzare le operazioni aziendali e fornire informazioni in modo rapido ed efficiente.

In molti casi, l’integrazione dell’elaborazione dei dati IoT e di altre attività direttamente in un modulo destinato all’automazione industriale, come un controllore di automazione programmabile, può avere più senso. I PAC, che hanno processori più performanti, possono eseguire una gamma di software più ampia rispetto ai PLC. A differenza della logica ladder, i PAC offrono oggi linguaggi di programmazione visivi e testuali, che consentono una manipolazione e un’analisi più sofisticata dei dati in tempo reale provenienti da sensori locali e remoti.

Alcuni PAC hanno un’architettura simile a quella di un PLC standard. Possono anche ospitare moduli di controllo intelligenti, che consentono di installare e azionare in modo semplice motori e altre apparecchiature simili per istruzioni di velocità, arresto e avvio. Negli ultimi anni è emerso un altro tipo di PAC, che unisce la capacità di gestire gli I/O locali con la connettività di rete e la programmabilità software dei gateway intelligenti. Questi PAC sono costruiti su piattaforme hardware come Arduino, Raspberry Pi e computer industriali alimentati da Linux. Di conseguenza, consentono l’accesso a una serie di strumenti di programmazione, come Node-RED e Python. La moderna connettività di rete delle funzionalità della piattaforma PAC consente l’integrazione tra l’ambiente critico di sicurezza del PLC e il thin edge, nonché le funzioni analitiche tipicamente eseguite nel thick edge e nel cloud.

I controllori edge industriali offrono controlli definiti dal software con funzionalità di ottimizzazione avanzate, il tutto soddisfacendo i rigorosi requisiti di affidabilità, sicurezza e protezione delle applicazioni industriali. I controllori edge sono la scelta logica per l’automazione industriale e l’IIoT grazie alla loro combinazione di attività di controllo ed elaborazione edge. I gateway edge, i dispositivi edge e i nuovi controllori edge che uniscono PLC/PAC ed elaborazione edge in un unico sistema sono le principali forme di tecnologia edge industriale nell’ambito dell’automazione delle macchine. I controllori edge rappresentano un salto generazionale per i sistemi di controllo industriale basati su PLC e PAC, fornendo una connessione sicura e protetta tra il controllo deterministico in tempo reale e le applicazioni non deterministiche che analizzano e ottimizzano i processi aziendali utilizzando dati esterni.

Ambito di comunicazione di PLC e PAC

I PLC di base spesso sono progetti "bare metal" o utilizzano un sistema operativo molto limitato e proprietario, poiché sono dispositivi di controllo specializzati con un ambito funzionale definito. Grazie all’utilizzo di un RTOS, i PAC hanno ottenuto servizi di comunicazione e funzionali più sofisticati, pur mantenendo un runtime deterministico. In passato i PLC erano isolati o comunicavano attraverso collegamenti in serie lenti e inefficienti. I PAC hanno incluso una migliore implementazione dei protocolli industriali ed Ethernet per aumentare la connettività e l’interoperabilità. I controllori edge offrono questi vantaggi pur essendo in grado di funzionare in un ambiente sempre più connesso all’IT.

I PLC utilizzavano soprattutto una logica ladder proprietaria e strumenti rudimentali per lo sviluppo delle applicazioni. I PAC possono fornire supporto per linguaggi di programmazione IEC-61131-3 convenzionali, blocchi di codice utente personalizzati e alcune funzionalità di base per il riutilizzo del codice e la progettazione orientata agli oggetti incorporando idee dalla più ampia industria del software. Un controller perimetrale ben progettato mantiene il runtime deterministico fornendo anche un ambiente di elaborazione per eseguire analisi, aggregazione di dati e altre funzioni sofisticate.

Vantaggi dell’utilizzo del controller Edge

Quando gli utenti richiedono solo un set di funzionalità PLC/PAC, è possibile specificare un controller perimetrale per svolgere quel ruolo. Chi è interessato e forse più esperto dal punto di vista tecnico, tuttavia, dovrebbero cercare controller edge che abbiano una cassetta degli attrezzi nativa di funzionalità compatibili con l’IT come sistema operativo Linux, un interprete Python, socket sicuri, un database incorporato e OPC Foundation, compatibilità OPC UA È più semplice coordinare in modo sicuro il sistema operativo deterministico e generico su un’unica piattaforma hardware piuttosto che installare sistemi separati. Il sistema operativo generico ha accesso a una gamma più ampia di fonti di informazioni, nonché a dati ad alta fedeltà provenienti dal sistema deterministico e dai dispositivi IIoT. Ha anche la capacità di eseguire analisi locali ed esecuzione di algoritmi sofisticati. I risultati possono essere utilizzati per consigliare il sistema deterministico su come funzionare in modo ottimale. Inoltre, il sistema operativo generico è adatto per convertire dati grezzi in informazioni preelaborate che possono essere condivise in sicurezza con sistemi di livello superiore.

Questo blog è incentrato sull’integrazione dell’edge computing in PLC e PAC, per ulteriori informazioni sull'edge computing e le sue diverse forme, sulla necessità di sicurezza end-to-end, fare riferimento al documento informativo “Industria 4.0 - Edge computing nell’ambiente industriale”.