אוטומציה היא אחד המפתחות להגדלת הפרודוקטיביות ולהפחתת עלויות הייצור. התקדמות טכנולוגית כגון ממסרים, PLC ומחשבים תעשייתיים (IPCs) מניעה אוטומציה תעשייתית, אשר משנה את האופן שבו מכונות ואנשים מתקשרים. מאמר זה ידון בחומרת מערכת הבקרה המשנית בשימוש נרחב באוטומציה תעשייתית, PLC ומחשב תעשייתי. כמו כן, נדון באיזה סוג של מערכת בקרה כפולה עשוי להיות המתאים ביותר בהתאם לצרכי היישום שלך.
מה זה PLC?
בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC) נמצאים בשימוש נרחב למימוש תהליכים במפעלי ייצור. עוד בשנות ה-70, PLCs היו מחליף משחק במערכות אוטומציה. PLCs נועדו להחליף לוחות חשמל ותיבות חיבור. עם הזמן, PLCs שודרגו לעיצובים חזקים יותר, פונקציונליות ניתנת להרחבה ומערכות ניתנות לתכנות. בנוסף, שפת התכנות עבור PLCs (המכונה ladder logic) מאפשרת התאמה אישית גמישה של PLCs עבור אוטומציה של מכונות. האמינות והרבגוניות הזו הופכות את PLC לבחירה פופולרית להחלפת ממסרים ותיבות חיבור ישנות יותר.
מהו מחשב תעשייתי?
בתהליך של התפתחות אקספוננציאלית של מיקרו-מעגלים מוליכים למחצה היה גם פיתוח של מחשבים אישיים (PC). ככל ששבבי מחשב נעשים חזקים יותר, קטנים וזולים יותר, מחשבים תעשייתיים תופסים מקום בתעשיית האוטומציה. מחשבים תעשייתיים יכולים לספק בקרת פיקוח על PLC אך עם עומסי עבודה רבים יותר כגון HMIs, שערים, יישומי AI וכו'. מחשבים תעשייתיים יכולים לאחד את עומסי העבודה הללו עם מאיצי ביצועים כמו GPUs, TPUs, VPUs, NVMe SSDs ועוד. היכולת לאחד עומסי עבודה מפחיתה את שטח החומרה שלהם במפעל. למחשבים קונבנציונליים ותעשייתיים יש רכיבים בסיסיים דומים מאוד כמו מעבד, זיכרון RAM, SSD ו-GPU. עם זאת, מחשבים תעשייתיים בנויים ומתוכננים לעמוד בתנאי סביבה קיצוניים, מטמפרטורות קיצוניות ועד זעזועים ורעידות. מחשבים אישיים רגילים מתקלקלים מהר מאוד כאשר הם נחשפים לסביבות קשות. חלק מחומרי העיצוב והבנייה שהופכים את המחשבים התעשייתיים לעמידים במיוחד הם עיצובים ללא מאווררים, מארזים מקשה אחת וחומרים ברמה תעשייתית. בנוסף, מחשבים תעשייתיים נמצאים בשימוש נרחב. הם לא רק תומכים בטכנולוגיה העדכנית ביותר, אלא גם תומכים בטכנולוגיות מסורתיות הנפוצות באוטומציה של מפעלים, כגון יציאות טוריות, מחברי COM, M12, DIO, GPIO וכו', מה שמוביל לצמיחה מהירה של מחשבים תעשייתיים באוטומציה של מפעלים.
מה ההבדל בין מחשב תעשייתי ל-PLC?
1. תפעול
PLCs מגיעים עם מערכת הפעלה בזמן אמת המנטרת כל הזמן קלט מהתקנים מחוברים ולאחר מכן מבצעת פקודות קבלת החלטות בהתאם לתוכנית שלה. בנוסף, מערכת ההפעלה (OS) של ה-PLC תוכננה במיוחד לביצוע משימות בקרה. לפיכך, PLCs בדרך כלל אינם דורשים תוכניות אנטי-וירוס או מנקי רישום, מה שמגביר את ביצועי העיבוד במהלך הפעולה.
מחשבי PC תעשייתיים יכולים לבצע את אותן משימות כמו PLC, אך מערכות ההפעלה שלהם מאפשרות להם להריץ יישומים ותוכניות שונות ש-PLC אינו יכול. עם יכולות אלה, IPC משמש ליותר מאשר רק למטרות ניהול. מחשבים תעשייתיים יכולים לאחד עומסי עבודה, ולהפחית את העומס על החומרה. עם זאת, מערכות הפעלה IPC כמו Windows ולינוקס חשופות להתקפות סייבר, אך תוכנות אנטי-וירוס וחומות אש קיימות מתקדמות מספיק כדי להפחית את הסיכון הזה.
2. תכנות
ההבדל הבא בין מחשב תעשייתי ל-PLC הוא איך תוכניות מפותחות ומופעלות. PLCs מיישמים בדרך כלל הפעלת תוכניות מבוססות סריקה, בעוד שמחשבים תעשייתיים הם בדרך כלל תוכנה מונעת אירועים. לדוגמה, לוגיקה של תוכנת PLC מצוינת בתקן IEC 61131-2, כגון לוגיקה סולם או שפות אחרות ספציפיות לספק. לעומת זאת, מחשבים תעשייתיים פועלים על מערכות הפעלה ידועות של Windows או Linux תוך שימוש בשפות תכנות כמו C/C++/.NET. כתוצאה מכך, קל יותר לתכנת מחשבים תעשייתיים בשל הפופולריות שלהם בקרב מפתחים. הם גם מאפשרים למערכת לתקשר עם הרבה יותר מכונות והתקנים מאשר לוגיקה סולם, שדורשת הכשרה מיוחדת כדי ללמוד, הודות לשפות תכנות למטרות כלליות כמו C++.
3. אבטחה
בטיחות היא אחד החסרונות של אוטומציה של מפעלים, ואם לא מתייחסים אליו ברצינות, לחברות יש הרבה מה להפסיד. מערכות תעשייתיות חייבות לקחת בחשבון שני עקרונות בטיחות בסיסיים. ראשית, חסום התקפות מגישה חיצונית לא מורשית. שנית, הגישה של המשתמש מוגבלת בהתאם לזכויותיו או ההקצאות שלו. בעבר, PLCs היו ידועים כחסינים מפני התקפות תוכנות זדוניות. עם זאת, חלק מהתוקפים החלו לפתח תוכנות זדוניות PLC, כפי שקרה עם Stuxnet כאשר ה-PLC של סימנס שלהם נפגעו. עם זאת, מחשבים תעשייתיים פגיעים גם לתוכנות זדוניות ודורשים הגנה מקיפה באמצעות תוכנת אנטי-וירוס או מודולי חומרה. מחשבים תעשייתיים מסוימים משתמשים ב-TPM (Trusted Platform Module) 2.0 המובנה בלוח האם כדי להצפין נתונים.
4. איכות
לגבי איכות הבנייה, גם PLC וגם מחשבים תעשייתיים מתוכננים לפעול בתנאים קיצוניים. מכיוון שמחשבים תעשייתיים שונים ממחשבים שולחניים או תחנות עבודה קונבנציונליות, מחשבים תעשייתיים הם מאוד חזקים ועמידים. להלן כמה מאפיינים תעשייתיים של מחשבים תעשייתיים:
עיצוב ללא מאוורר
טווח טמפרטורות רחב
עמיד בפני זעזועים ורעידות
דירוג IP גבוה
מודולים הניתנים להרחבה
I/O מתקדם עם תמיכה בטכנולוגיות מדור קודם
מבחינת איכות הבנייה, PLC ומחשבים תעשייתיים הולכים טוב ביחד. עם זאת, מחשבים תעשייתיים נהנים מהגודל הקומפקטי שלהם. PLCs הם לרוב מגושמים ויש להם אפשרויות התקנה מוגבלות. חלק מה-PLCs עלולים גם להתחמם יתר על המידה במהלך ההתקנה עקב פיזור חום לקוי. מחשבים תעשייתיים, לשם השוואה, הם קטנים יחסית ומגיעים עם מגוון אפשרויות הרכבה, כולל VESA תושבת, מתלה, ואפשרויות מסילת DIN. בנוסף, חלק מהמחשבים התעשייתיים מצוידים במערכת בקרת הצתה וניתן להשתמש בהם בכלי רכב.
5. יכולת הרחבה
גם PLC וגם מחשבים תעשייתיים חייבים לשלוט במכשירים שונים לשליטה, ניטור ותקשורת. לכן, PLCs ומחשבים תעשייתיים מצוידים במספר יציאות COM ופונקציות I/O אחרות, כולל טכנולוגיות מסורתיות. כמה פרוטוקולי תקשורת תעשייתיים נפוצים הם CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT ו-EhterNET/IP. טכנולוגיות אלה כבר מובנות ברוב ה-PLC, אם כי שתיהן יכולות לתמוך בהן. מצד שני, למחשבים תעשייתיים יש חריצי הרחבה מובנים כדי להגביר את הרבגוניות שלהם. לכן, למחשבים תעשייתיים יש סף גבוה יותר למספר פעולות ה-I/O שהם יכולים לעבד. בנוסף, מחשבים תעשייתיים מצוידים ביציאות COM, LAN, USB ו-HDMI שונות. תכונות אלו מאפשרות למחשבים תעשייתיים לאחד עומסי עבודה מציוד שונה, לא רק מ-PLC. לדוגמה, מחשב תעשייתי יכול להריץ יישום HMI בעצמו, בעוד ש-PLC דורש יישום HMI נפרד כדי להציג משהו בלוח תצוגה. מה שהופך את המחשבים התעשייתיים למיוחדים עוד יותר הוא היכולת שלהם לתמוך באינספור הרחבות מכרטיסי רשת אלחוטיים, מודולי 5G, כונני SSD ועד מאיצי GPU.
6. כוח מחשוב ואחסון
PLCs הם בקרים רבי עוצמה לאוטומציה של בקרה מכיוון שהמיקרו-מעבדים שלהם נועדו לבצע פונקציות ספציפיות. PLCs יכולים להתמודד בקלות עם I/O במהירות גבוהה ויישומי אוטומציה קטנים. עם זאת, פרויקטי אוטומציה הופכים מתקדמים יותר ודורשים משאבי מחשוב רבים יותר. זה המקום שבו מחשבים תעשייתיים באים להצלה. מחשבים תעשייתיים משתמשים יותר בשטח אחסון ובמעבדים מן המניין, כגון מחשבי תחנות עבודה, שיכולים להריץ יישומים עתירי מחשוב ויישומים עתירי אחסון. בנוסף, עם מאיצי ביצועים כגון GPUs, TPUs, CPUs ו-VPUs, מחשבים תעשייתיים יכולים לבצע חישובים חכמים כאילו הם נמצאים על פס ייצור חכם בשיתוף פעולה עם יישומי ראיית מכונה.
7. עלות
בקיצור, השוואת העלות של PLC ו-IPC מראה ש-PLC זול יותר עבור יישומים קטנים יותר, בעוד של-IPC יש עלות ראשונית גבוהה יותר. עם זאת, ככל שיישומים הופכים מורכבים יותר ודורשים יותר משאבי מחשוב, העלות הכוללת של PLC יכולה לעלות על זו של מחשב תעשייתי. למרות שהעלות הראשונית של PLC נמוכה יותר, כאשר נדרש כוח עיבוד נוסף או ציוד היקפי, המחיר עולה באופן אקספוננציאלי. לעומת זאת, למחשבים תעשייתיים יש עלויות מקדימות גבוהות יותר, אך הם זולים בהרבה כאשר נדרשים שדרוגי כוח עיבוד ומדרגיות.
כיצד לבחור מחשב תעשייתי ו-PLC
כאשר אתה בוחר בקר ניתן לתכנות עבור מערכת האוטומציה התעשייתית שלך, גם PLC וגם מחשבים תעשייתיים צריכים לקבל את מקומם. PLCs מתאימים יותר להפעלת מערכות אוטומציה קטנות עם פונקציות קפדניות. בנוסף, PLCs אמינים, חסכוניים ואמינים במיוחד עבור פריסות תעשייתיות. מצד שני, מחשבים תעשייתיים מתאימים היטב לפתרונות עם דרישות גבוהות למשאבי מחשוב ואחסון. עבור יישומים מורכבים הדורשים צדדיות של בקר, העלות הכוללת של בעלות (TCO) של מחשב תעשייתי נמוכה. PLCs מאובטחים כי אין להם חיבורים אלחוטיים, מחשבים תעשייתיים מאובטחים באותה מידה הודות לתוכנת אבטחת סייבר חדישה, והחומרה הסטנדרטית אמינה מאוד. יישומים מסוימים עשויים להשתמש גם ב-PLC וגם במחשבים תעשייתיים כדי לאזן בין עלויות ויתרונות זה עם זה. בסופו של דבר, זה תלוי באילו תכונות מיושמות בתהליך הייצור שלך.
