Программируемые логические контроллеры (ПЛК) остаются неотъемлемой частью промышленной автоматизации и, похоже, еще долго будут играть ключевую роль. Совершенствование технологий в сочетании с растущими требованиями пользователей способствует их дальнейшему развитию как базовой платформы автоматизации.
Почти десять лет назад я писал в этой публикации о «будущем ПЛК». Уже тогда было важно подчеркнуть, что технологии программируемых логических контроллеров достигли зрелости, имея за плечами почти полвека истории. Спустя десятилетие логично задаться вопросом: достигли ли ПЛК своего пика развития, и не стоит ли ожидать их постепенного исчезновения с технологической сцены?
Эта тема особенно актуальна на фоне стремительного, а порой и экспоненциального прогресса в области компьютерного оборудования, программного обеспечения, интеллектуальных систем измерений, облачных технологий и коммуникационных решений.
Хотя в статье подчеркивается значимость новых возможностей подключения и обмена данными, термин «Промышленный Интернет вещей» (IIoT) напрямую не упоминается. Тем не менее, сегодня функционал IIoT стал практически обязательным для большинства промышленных приложений. На этом фоне я предлагаю рассмотреть, что может ожидать программируемые логические контроллеры и промышленную автоматизацию в ближайшее десятилетие.
Он остается верен своему предназначению
Основная задача программируемых логических контроллеров (ПЛК) неизменна: обеспечивать детерминированное управление и надежный мониторинг физических устройств, работающих даже в сложных условиях эксплуатации. Эти функции традиционно реализуются благодаря специализированным процессорам, операционным системам и средам программирования, встроенным в надежные платформы.
Однако из соображений экономии и практичности все чаще используются потребительские и коммерческие технологии, если они способны выполнять роль ПЛК. Императив «меньше, быстрее, лучше» остается актуальным, хотя акценты смещаются в сторону «быстрее и лучше», так как миниатюризация технологий стабилизировалась за последние десятилетия.
Многие достижения в области электронных компонентов, процессоров и твердотельной памяти уже нашли свое применение в ПЛК и промышленной электронике, приводя к снижению затрат, уменьшению размеров, минимизации энергопотребления и расширению функционала. Хотя улучшения в размерах, цене и производительности продолжатся, ключевой прогресс будет заключаться в развитии новых возможностей.
Размер платформ ПЛК сейчас во многом ограничен необходимостью физического подключения кабелей к модулям ввода-вывода (I/O). Традиционные проводные интерфейсы остаются востребованными, однако все больше подключений переходит в цифровые сети и реализуется удаленно с использованием технологий, таких как IO-Link и беспроводная связь.
Современные многоядерные процессоры в ПЛК позволяют не только выполнять детерминированное управление, но и предоставляют дополнительные вычислительные и коммуникационные функции. Более 20 лет термин «программируемый автоматизированный контроллер» (PAC) используется для обозначения систем управления, которые превосходят классические ПЛК по возможностям.
Хотя PAC и ПЛК на первый взгляд кажутся разными продуктами, практика показала, что инженеров по автоматизации интересует не столько терминология, сколько производительность и функционал.
Сегодня рыночные решения варьируются от базовых ПЛК до сложных PAC, а концепция платформ промышленного управления превратилась в единый спектр возможностей. В будущем пользователи будут оценивать любые аппаратные платформы или операционные системы (даже если они называются ПЛК, но по сути представляют нечто большее) как основу автоматизации, если они способны обеспечить детерминированный контроль времени и удовлетворить другие вычислительные требования.
Баланс гибкости и стабильности: вызовы современных платформ
Хотя системы на базе Windows доминируют в потребительских и офисных вычислениях, их применение в задачах управления в реальном времени ограничено. Платформы ПЛК и ПАК в основном используют специализированные операционные системы, хотя в ряде случаев применяются решения на базе Linux.
Пользователи должны находить компромисс между открытостью, обеспечивающей гибкость и снижение стоимости, и надёжностью промышленного уровня, которую традиционно предоставляли проприетарные системы. Проприетарные платформы также обладают высокой степенью кибербезопасности благодаря своей редкости и малой известности хакерам.
В последние годы наблюдается устойчивый интерес к более открытым промышленным системам, как в аппаратной, так и в программной части. Некоторые пользователи экспериментируют с Raspberry Pi и Arduino для задач автоматизации и обработки данных. Однако из соображений надёжности такие устройства общего назначения предпочитают заменять их промышленными версиями.
Всё чаще пользователи ищут возможность совмещать современные языки программирования и платформы с проверенным промышленным оборудованием ввода-вывода.
Однако открытость сталкивается с серьёзным препятствием в виде гетерогенности сред программирования. Традиционные ПЛК зависят от программного обеспечения производителей, что ограничивает переносимость кода. Введение стандарта IEC 61131-3 задало унифицированные языки и типы данных, но их реализации оставались привязанными к конкретным брендам.
Появление CODESYS стало важным шагом вперёд, предложив разработчикам универсальную IDE для написания кода с использованием стандартных языков и его развертывания на различных платформах.
Тем не менее, современным программистам ближе языки, такие как C++ и Python, которые более привычны в ИТ-сфере. Несмотря на растущую популярность этих языков, классические линейные диаграммы остаются востребованными. Их графический стиль удобен для решения базовых задач автоматизации, а простота и широкая узнаваемость делают их незаменимыми для инженеров, технических специалистов и разработчиков.
Большинство современных платформ поддерживают линейные диаграммы, будь то собственные решения или интеграции через CODESYS.
Многие платформы также предоставляют возможность комбинировать методы программирования, что позволяет выбирать наиболее подходящий инструмент для каждой задачи. Этот подход обеспечивает гибкость, минимизирует сложность и снижает затраты на рефакторинг кода.
Будущее автоматизации остаётся за платформами, которые обеспечивают надёжность, гибкость и поддержку современных языков программирования. Однако ключевым требованием пользователей остаётся приверженность производителей к высокому качеству и постоянной поддержке, независимо от выбранного метода разработки.
Интеграция систем через коммуникации
Одним из ключевых достижений в промышленной автоматизации последнего десятилетия стало развитие коммуникаций, что привело к созданию по-настоящему подключённого предприятия. Подобно аппаратным и программным компонентам контроллеров, коммуникационные решения также эволюционировали от проприетарных технологий к более открытым стандартам.
Традиционные полевые шины, такие как DeviceNet, уже давно обеспечивали надёжность и удобство установки. Однако в современном мире лидирующие позиции заняли проводные и беспроводные Ethernet-решения, поддерживающие передовые отраслевые протоколы связи.
Благодаря усовершенствованиям физического исполнения, таким как компоненты с защитой от смыва и технология Power over Ethernet (PoE), Ethernet стал подходящим решением даже для самых суровых промышленных условий.
Протоколы связи для промышленной автоматизации, такие как EtherNet/IP, PROFINET и Modbus-TCP, обычно привязаны к конкретным маркам и моделям оборудования, тогда как другие, например EtherCAT, оптимизированы для специализированных задач, таких как позиционирование. Хотя EtherCAT существует уже довольно давно, его интеграция в высокопроизводительные ПЛК позволила автоматизировать задачи позиционирования низкой и средней сложности без необходимости в отдельных контроллерах.
Ethernet-APL открывает новые возможности для подключения устройств в работающих системах, упрощая развертывание Ethernet. IO-Link, в свою очередь, позиционируется как упрощённая полевая шина, способная предоставлять интеллектуальные возможности даже базовому оборудованию автоматизации.
Для интеграции промышленной автоматизации (ПТ) с информационными технологиями (ИТ), например для реализации IIoT-приложений, передачи данных и удалённого мониторинга, требуются протоколы другого уровня. Здесь доминируют OPC UA и MQTT.
Несмотря на пересечения в функционале, оба протокола имеют свои оптимальные области применения, а в ряде случаев они используются совместно. Инструменты вроде Node-RED приобрели популярность благодаря интуитивному графическому подходу к обработке и передаче данных в облако.
От датчиков и контроллеров до локальных серверов, облачных платформ и браузеров — современные технологии позволяют значительно упростить взаимодействие между всеми уровнями системы. В прошлом для обеспечения полной интеграции требовались сложные и дорогостоящие решения.
Пользователи ожидают, что возможности подключения будут доступны даже на самых простых и экономичных платформах автоматизации. Эти изменения определяют тенденции как настоящего, так и будущего промышленной автоматизации.
Роль интегрированной робототехники
На протяжении многих лет робототехника воспринималась как узкоспециализированная сфера автоматизации, требующая сложной индивидуальной интеграции с вышестоящими и последующими системами. Однако эта парадигма стремительно меняется.
Сегодня робототехника, особенно совместные роботы (коботы), становится одной из самых быстрорастущих областей промышленной автоматизации. По прогнозам, в течение ближайших 5–10 лет её влияние будет только усиливаться.
Дополнительный импульс развитию робототехники придали достижения в области компьютерного зрения за последнее десятилетие.
Современные системы компьютерного зрения отличаются высокой совместимостью с робототехническими платформами, что значительно упрощает их интеграцию в широкий спектр приложений.
Чтобы соответствовать этим изменениям, платформы автоматизации должны быть готовы к новым вызовам, обеспечивая достаточную вычислительную мощность, инструменты программирования и возможности подключения для гармоничного взаимодействия с роботами и системами компьютерного зрения.
Современные ПЛК, обладающие такими характеристиками, обеспечивают идеальную основу для интеграции робототехники, устанавливаемой непосредственно в рабочей зоне. Они предлагают явное преимущество, превращаясь в универсальную платформу автоматизации, способную удовлетворить требования современных производственных процессов.
Роль искусственного интеллекта в будущем ПЛК
Обсуждение будущего промышленной автоматизации в 2024 году немыслимо без анализа роли искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО).
Хотя текущие дискуссии часто фокусируются на возможностях использования AI/ML в качестве среды выполнения («рантайма»), способной анализировать данные и оперативно реагировать на изменения, современные ПЛК пока не оптимизированы для таких задач. Однако в перспективе продвинутые модели ПЛК смогут выполнять алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения непосредственно.
На данный момент ПЛК отлично справляются с функцией связующего звена между высокоуровневыми AI/ML системами и производственным процессом. Они эффективно предоставляют пользователям актуальные и контекстуализированные данные, необходимые для работы алгоритмов, а также выполняют предписанные этими алгоритмами действия.
Особое внимание заслуживает генеративный искусственный интеллект (Gen-AI), который в ближайшие годы значительно повлияет на процессы разработки для ПЛК. Интеграция ИИ в среды разработки позволит пользователям, включая начинающих инженеров, автоматически генерировать логику автоматизации на основе обширных библиотек и проверенного кода. Применение ИИ как инструмента для написания кода ускорит процессы разработки, повысит надежность создаваемых решений и сократит объем повторяющейся работы.
ПЛК будущего: ключевой элемент платформы автоматизации
В ближайшие десять лет программируемые логические контроллеры (ПЛК) не утратят своей значимости, даже если их начнут именовать PAC, периферийными контроллерами или платформами автоматизации. На рынке не появится универсальной технологии управления, способной одинаково эффективно справляться со всеми задачами и соответствовать любому бюджету.
ПЛК продолжат эволюционировать, как это происходит уже более пяти десятилетий, адаптируясь к новым технологическим возможностям и потребностям пользователей. Их главной задачей останется выполнение управления в реальном времени и обеспечение надежного мониторинга. Однако в дополнение к этому будут активно развиваться возможности программирования и подключения, что позволит значительно улучшить пользовательский опыт и ускорить реализацию проектов.
Таким образом, ПЛК будущего станут неотъемлемой частью экосистемы автоматизации, предлагая сочетание проверенной надежности и современных функций, необходимых для динамично развивающегося производства.