10 lý do để lựa chọn hệ thống điều khiển dựa trên PC (PC-based) cho các ứng dụng công nghiệp

Các hệ thống điều khiển dựa trên PC (PC-Based) cho các ứng dụng công nghiệp đã tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, nhưng tất cả vẫn là dựa trên các máy tính. Trên thực tế, PC đã được dựa vào để điều khiển máy cũng giống như PLC. Tuy nhiên, trong một số quy trình nhất định, vẫn tiếp tục có sự hiểu lầm về độ tin cậy và khả năng của PC công nghiệp (IPC) đối với các ứng dụng điều khiển máy “thực”.

Khi nói về điều khiển dựa trên PC, chúng ta đang nói về một hệ thống điều khiển công nghiệp sử dụng PC được thiết kế làm nền tảng điều khiển. Mặc dù có chức năng giống như một PC văn phòng, nhưng IPC được thiết kế đặc biệt để đủ chắc chắn và bền bỉ cho các môi trường nhà máy đòi hỏi khắt khe. IPC được thử nghiệm để trở thành một nền tảng điện toán đáng tin cậy với các thông số kỹ thuật vận hành để chịu được các yếu tố môi trường của nhà máy như nhiệt độ, độ rung và sốc - vượt xa PC thương mại thông thường. Các thành phần được sử dụng là đủ tiêu chuẩn, được tiêu chuẩn hóa và có sẵn trong thời gian dài, với vòng đời sản phẩm có thể đồng bộ với bất kỳ PLC nào.

Nền tảng điều khiển dựa trên PC cung cấp nhiều lợi thế về độ tin cậy và khả năng, cùng với các lợi ích khác. Dưới đây là 10 lý do mà các ứng dụng công nghiệp nên sử dụng các hệ thống điều khiển dựa trên PC.

IPC sử dụng cùng một công nghệ cơ bản được sử dụng trong hàng triệu PC được sản xuất hàng ngày trên khắp thế giới. Công nghệ mới nhất được triển khai trong IPC mà không cần chia tỷ lệ chi phí phát triển trong nhiều năm và hàng triệu thiết bị. Bất kể người ta có thể sử dụng PLC nào, nhà cung cấp đó không bao giờ có thể phù hợp với khối lượng sản phẩm tuyệt đối được sản xuất bởi một nhà cung cấp PC duy nhất. Kết quả cuối cùng là nền tảng điều khiển PC luôn hiện đại và luôn phản ánh sức mạnh tính toán tiên tiến nhất. PC là công nghệ chủ đạo của nhiều lĩnh vực, trong khi PLC còn khá xa lạ với một số lĩnh vực.

Nhiều IPC sử dụng hệ điều hành của Microsoft cho các tác vụ điều khiển không theo thời gian thực. Điều này có nghĩa là IPC có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng. IPC không chỉ hoạt động như nền tảng điều khiển thời gian thực mà còn có thể được sử dụng đồng thời làm nền tảng HMI. Nó cũng cung cấp kết nối với mạng doanh nghiệp bằng kết nối Ethernet (NIC) tiêu chuẩn. Các hệ điều hành khác không phải của Microsoft, chẳng hạn như Linux, cũng có thể được sử dụng.

Các nhà sản xuất IPC tận dụng lợi thế kinh tế theo quy mô của họ để sản xuất các sản phẩm có chi phí thấp hơn. Nhà sản xuất PLC tạo ra một nền tảng điện tử độc quyền, chi phí của nó được tính theo tỷ lệ trên hàng nghìn đơn vị chứ không phải hàng triệu đơn vị… còn các nền tảng PLC già đi nhanh chóng từ góc độ công nghệ. IPC lỗi thời có thể được thay thế bất cứ lúc nào, có thể là bằng một mô hình chi phí thấp hơn phản ánh động lực mạnh mẽ trong thế giới PC về “sức mạnh ngày càng tăng với chi phí thấp hơn bao giờ hết”.

Nhiều IPC ngày nay sử dụng kiến trúc đa lõi, 64-bit với vài gigabyte RAM và có dung lượng lưu trữ lớn hầu như không giới hạn, cung cấp một nền tảng điện toán cực kỳ hiệu quả. PLC được thiết kế cho một nhiệm vụ duy nhất và được trang bị sức mạnh xử lý vừa đủ để thực hiện nhiệm vụ đó. So sánh điều này với khả năng tính toán điển hình của PC và thực sự thì không có sự cân bằng trong so sánh này.

PC là tiêu chuẩn “thực tế” cuối cùng. Không có giới hạn cho dù là về yếu tố hình thức (ATX, 3½ inch, PC104) hay khái niệm. Kết hợp với hệ điều hành Windows và phần mềm lập trình theo tiêu chuẩn IEC 61131-3 tạo ra một nền tảng điện toán và điều khiển sẽ “luôn ở đó”. So sánh điều này với dòng sản phẩm PLC truyền thống thường chỉ có sự hỗ trợ kéo dài từ ba đến năm năm và một lần nữa, không có so sánh cân bằng cho điều này.

Một giải pháp điều khiển dựa trên PC được triển khai trong phần mềm, tách biệt khỏi phần cứng. Khoản đầu tư của khách hàng được duy trì trong một kiến trúc “mở” thực sự, có thể được chuyển từ thương hiệu IPC này sang thương hiệu IPC khác mà hiếm khi phải biên dịch lại phần mềm. So sánh điều này với một giải pháp PLC thường là một chức năng của phần mềm được phát triển trên phần cứng độc quyền. Phần mềm không thể tách rời khỏi phần cứng, vì vậy không có sự trừu tượng giữa hai phần mềm. Không có sẵn hoặc thiếu hỗ trợ trên nền tảng PLC thường có nghĩa là phải phát triển lại hoàn toàn ứng dụng phần mềm, bắt đầu lại từ đầu.

Giải pháp điều khiển dựa trên IPC sử dụng công nghệ được nhiều người biết đến. Môi trường Windows quen thuộc và thoải mái với nhiều người hơn và cuối cùng là với nhiều nhân viên bảo trì ngày nay hơn cho dù họ có thừa nhận hay không. Người dùng IPC có thể cần sử dụng nhiều tài nguyên nội bộ hơn mức có sẵn để hỗ trợ nền tảng PLC.

Sức mạnh của IPC kết hợp với mạng điều khiển thời gian thực, tốc độ cao, chẳng hạn như EtherCAT, có nghĩa là kiến trúc điều khiển có thể được nén thành một lớp duy nhất. Không cần gateway, bộ chuyển mạch, bộ chuyển đổi giao thức hoặc liên kết dữ liệu. Tất cả các thiết bị điều khiển đều nằm trên một mạng CAT5e dựa trên Ethernet.

Sức mạnh của Microsoft có lẽ thể hiện rõ nhất ở số lượng ứng dụng của bên thứ ba có sẵn cho hệ điều hành. Nền tảng điều khiển dựa trên PC dễ dàng xuất thông tin điều khiển để xử lý ngoại tuyến bằng các ứng dụng và công cụ của bên thứ ba, dẫn đến các công cụ chẩn đoán và phân tích mạnh mẽ có thể mang lại hiệu suất, khả năng bảo trì và độ tin cậy được cải thiện. Để so sánh, PLC có sẵn ít tài nguyên cho chẩn đoán nâng cao. Người bảo trì thường thực hiện hành động cực đoan chẳng hạn như “buộc phải liên hệ” để giải quyết các sự cố vận hành máy thay vì được chẩn đoán nâng cao hướng đến “nguyên nhân gốc rễ”.

Nếu bạn nghĩ về những thứ nằm trong một “chiếc hộp” đặc biệt thực hiện chức năng phụ trợ trong hệ thống điều khiển (để điều khiển chuyển động, đo lường, an toàn hoặc thứ gì đó khác), bạn sẽ thấy rằng nó bao gồm một số thiết bị điện tử cảm biến, bộ xử lý, một số bộ nhớ, và thường là phần mềm hoặc chương trình cơ sở đặc biệt. Nền tảng điều khiển dựa trên PC đã có tất cả công nghệ điện toán cần thiết để thực hiện các chức năng cần thiết của hộp đó. Trong hệ thống điều khiển dựa trên PC, cảm biến hoặc thiết bị hiện trường khác chỉ cần được kết nối với I/O tiêu chuẩn. Ứng dụng đặc biệt có thể được triển khai trong phần mềm mạnh mẽ, trong thời gian thực bằng cách sử dụng các công cụ lập trình theo tiêu chuẩn IEC 6 1131-3 hoặc bằng các ngôn ngữ điện toán tiêu chuẩn, chẳng hạn như C và C++.

Tóm lại, hệ thống điều khiển dựa trên PC cung cấp một giải pháp thay thế mạnh mẽ, linh hoạt, có thể bảo trì và rất tiết kiệm chi phí cho hệ thống dựa trên PLC truyền thống. Có hàng nghìn ứng dụng điều khiển dựa trên PC trên khắp thế giới và cung cấp nhiều lợi ích được mô tả trong bài viết này. Đúng là vẫn có khả năng chống lại sự thay đổi từ những người vẫn dành sự ưu tiên cho các nền tảng dựa trên PLC với nhu cầu về sự ổn định hoặc độ tin cậy hoặc mối quan hệ thân thiện với nhà phân phối. Thay đổi có thể yêu cầu thêm công việc để chuyển sang một hệ thống mạnh mẽ và hiện đại hơn, nhưng không có doanh nghiệp nào sử dụng câu thần chú “chúng tôi luôn làm theo cách này” để đạt được thành công lâu dài trong thị trường công nghiệp cạnh tranh toàn cầu ngày nay.