בקרי PLC‏ חדשים עוזרים להאיץ את פיתוח תהליכי אוטומציה מורכבים וקריטיים

הושקו בקרי לוגיקה ניתנים-לתכנות (PLCs‏) חדשים המשלבים מאפיינים מתקדמים עם הגמישות לפתח ולפרוס במהירות תשתיות קריטיות מורכבות ותהליכי אוטומציה.

זוהי התפתחות חשובה עבור שימושים מגוונים, החל מאנרגיה מתחדשת ובקרי מיקרו-רשת-חשמל ועד לטרנספורמציות אינטרנט של דברים תעשייתי (IIoT) של תעשייה 4.0 (אפילו במפעלים קטנים), נפט וגז, תכנון מכונות ואוטומציה של ציוד תהליכים הנמצאים בביקבוק, אריזה, טקסטיל ויישומים דומים.

כדי לספק את הפתרונות הטובים ביותר, נדרשת הטכנולוגיה העדכנית ביותר. PLCs‏ אלה כוללים מעבד bit‏-64‏ עם שתי ליבות כדי להתמודד עם דרישות האוטומציה המאתגרות ביותר. מערכת ההפעלה Linux‏ היא יתרון, וניתן לנייד את הקוד נייד הניתנת לפעולה הדדית עם מערכות תואמות IEC 61131-3‏. תצורה פשוטה מתאפשרת באמצעות מערכת ניהול מבוססת אינטרנט.

כמו כן יידרש מבחר של ממשקי תקשורת, תמיכה במספר פרוטוקולי Fieldbus, חיבוריות IIoT, חיבוריות ענן, תוכנת ניהול אנרגיה וכלי אבטחה מקיפים המספקים את הגמישות הנדרשת לטיפול במגוון של תרחישי פיתוח ואינטגרציה קריטיים.

הצגת ה-PFC300‏

Wago‏ השיקה את ה-PLC‏ PFC300‏ כדי לסייע בהאצת פריסת תהליכי אוטומציה מורכבים וקריטיים. מבוא זה מתחיל בסקירה של התכונות והיתרונות של ה-PFC300 ומסתיים בדוגמאות כיצד הוא משתלב במפעל חכם ובמתקני מיקרו-רשת-חשמל.

את התכן המודולרי של ה-PFC300‏ ניתן להתאים במהירות לתמיכה בצרכים משתנים ובדרישות עתידיות במפעלים מורכבים וקריטיים של Industry 4.0, מיקרו-רשתות-חשמל ואוטומציה בבניינים. ניתן לבחור במגוון של מודולי כניסה/יציאה (I/O) אנלוגיים, דיגיטליים ומיוחדים עבור דרישות אוטומציה ספציפיות. ניתן גם להגדיל או להקטין את מורכבות המערכת על ידי הוספה או מחיקה של מודולי I/O‏.

PLCs‏ אלה הם עמידים לסביבה, כך שניתן להתקין אותם בסביבות תובעניות. הם מדורגים לפעולה מ-C‏°‏25‏- עד C‏°‏60+ בלחות יחסית של עד 95%‏ (RH‏, ללא-קונדנסציה) והם בעלי דירוג זיהום ברמה 2 לפי IEC 61131-2‏.

יש להם חסינות לרעידות של עד 4g‏ לפי IEC 60068-2-6 וחסינות לזעזועים של עד 15g‏ לפי IEC 60068-2-27. ביצועי תאימות אלקטרומגנטית (EMC) כוללים חסינות לפי EN 61000-6-2‏ ופליטות לפי EN 61000-6-3‏. הם יכולים לעמוד בחשיפה למזהמים לפי תקני IEC 60068-2-42‏ ו- 60068-2-43‏.

איור 1: ה-PFC300 הוא מודולרי, מידרגי ועמיד לסביבה. (מקור התמונה: Wago)

חיבוריות Fieldbus ו-Edge‏ (קצה)

המגוון הרחב של פרוטוקולי Fieldbus, EtherNet ופרוטוקולי בקרה-מרחוק הנתמכים על ידי PFC300 מפשט משימות בעת בניית רשתות בקרה עבור תהליכי אוטומציה קריטיים ומורכבים.

פרוטוקולי Fieldbus‏ כוללים Slave‏/Master‏ Modbus TCP‏, Modbus‏ (UDP‏), Modbus‏ (RTU‏), מתאם EtherNet/IP‏ (Slave‏), סורק EtherNet/IP‏, מאסטר EtherCAT‏, בקר PROFINET‏ (מוגבל), שרת/לקוח (Client‏) OPC UA‏ ו-Pub/Sub‏ OPC UA‏ (ניתן להתקין).

ישנה גם אפשרות לרישיון פרוטוקולי בקרה-מרחוק כמו DNP3‏, המשמשים עבור מערכות SCADA בתשתיות קריטיות, IEC 60870‏ ו-IEC 61850‏, שניהם משמשים עבור אוטומציה של תחנות-משנה חשמליות, או BACnet‏, הנמצא בשימוש נרחב באוטומציה בבניינים.

מחבר RS 485‏ D-Sub‏ עם 9 פינים בפאנל הקדמי משמש עבור CANopen‏, Modbus RTU‏ ופרוטוקולים טורי אחרים. מחבר ה-USB-C שמאחורי ממשק השירות מספק גישה ישירה לתכנות, הגדרת תצורה ועדכוני קושחה. שתי נקודות-חיבור Gigabit Ethernet‏ RJ-45‏ ומתג משולב תומכים חיווט טופולוגיית קו.

בנוסף לממשקי תקשורת וגישה למחבר USB-C, הפאנל הקדמי של ה-PFC300 כולל נקודת-חיבור לגישה לכרטיס נתונים מאובטח (SD), נוריות סטטוס ומחברי הספקת-כוח (איור 2).

איור 2: הפאנל הקדמי של ה-PFC300 כולל ממשקי תקשורת, מחווני סטטוס, חיבורי הספקת-כוח ונקודות-חיבור גישה נוספות. (מקור התמונה: Wago)

מגיעים לענן

חיבוריות ענן נדרשת בעת תכנון ופריסה של תשתיות קריטיות מורכבות ותהליכי אוטומציה. ה-PFC300 ממנף את פרוטוקול Message Queuing Telemetry Transport‏ (MQTT) עבור חיבורי ענן מאובטחים ויעילים.

זה גם מאפשר שימוש בשירותי ענן שונים כמו Microsoft Azure‏, Amazon Web Services‏ (AWS‏), IBM‏, SAP‏, ו-Wago‏. הענן של Wago מספק פתרון פשוט ואינטואיטיבי עבור ניהול נתוני מכונה והמחשת מגמות וגרפיקה ללא תמיכה נרחבת בתכנות.

העברת הנתונים מוצפנת באמצעות Transport Layer Security‏ (TLS), וניתן להגדיר את נתוני החיבור לענן באמצעות מערכת הניהול מבוססת האינטרנט (WBM‏) של Wago. WBM מאפשר למשתמשים לנטר, להגדיר ולבקר את מודולי PFC300 ו-I/O‏ מרוחקים באמצעות ממשק דפדפן אינטרנט, ומציע גישה וניהול קלים ללא צורך בהתקנת תוכנה מקומית. WBM מאפשר לבחור אילו נתונים יש להעביר לענן ואילו יש לעבד באופן מקומי.

כדי להקל עוד יותר על החיבוריות לענן, ניתן להשתמש בספריות של Wago עבור CODESYS 2.3‏ המבוסס על IEC 61131-3 ו-e! COCKPIT‏, סביבת הפיתוח המשולבת של Wago התומכת בכל משימות האוטומציה, החל מהגדרת תצורת החומרה ותכנות ועד סימולציה, ויזואליזציה והפעלה ראשונית, וממוטבת לשימוש עם בקרי PLCs‏ של Wago כמו ה-PFC300.

סטנדרטיזציה מאיצה את הפיתוח

Wago‏ מספקת מספר נתיבים לפיתוח תוכנה עבור ה-PFC300. הם כוללים שפות תכנות ברמה גבוהה כמו C ו-++C‏ עבור אינטגרציה של מערכות ואת פלטפורמת CODESYS V3.5‏ התומכת בשפות תכנות בקרה סטנדרטיות IEC 61131-3, כולל טקסט מובנה (ST), דיאגרמת בלוקי פונקציות (FBD), דיאגרמת סולם (LD), רשימת פקודות (IL), תרשים פונקציות סדרתי (SFC) ותרשים פונקציות (CFC).

מערכת ההפעלה (OS) של Wago בבקרי משפחת PFC, כולל ה-PFC300 החדש, מבוססת על Linux‏ זמן-אמת, המאפשרת פתרונות אוטומציה גמישים ורבי-עוצמה. בנוסף לתמיכה ב-C ו-++C‏, ניתן ליצור תוכניות בכל שפה הנתמכת על ידי Linux‏ ולהריץ אותן ישירות על הבקר.

אותה תוכנת CODESYS התומכת בכל שפות התכנות של תקן IEC 61131-3 מאפשרת גם יצירת הדמיות אינטרנט, המאפשרות למפעילי מכונות ואנשי תחזוקה לגשת למכונה דרך דפדפן אינטרנט במחשב טאבלט או מחשב אישי.

אחסון ניתן להרחבה

ה-PFC300 כולל גם חריץ לכרטיס זיכרון עם מנגנון Push-Push‏ וכיסוי ניתן-לאיטום. הוא יכול לטפל בפורמטים SD, SDHC ו-SDXC (כל המאפיינים המובטחים תקפים רק עם כרטיס זיכרון Wago). הכרטיסים הם ורסאטיליים ויש להם מגוון של שימושים כמו:

• אחסון נתונים כללי
• עדכוני קושחה באמצעות כרטיס SD הניתן-לאתחול אשר יוזם את העדכון באופן אוטומטי בעת אתחול ה-PFC300
• אחסון של תמונות גדולות לשימוש ביישומי ויזואליזציה של אתרים
• גיבוי הדמיית ה-PLC עבור אחסון או העברת קובצי התקן ופרמטרים מבקר אחד לאחר כדי לזרז פריסות
• גישה לכרטיס הזיכרון מרחוק באמצעות FTP

כלי אבטחה רבי-שכבות

פריסת תשתיות קריטיות מורכבות ותהליכי אוטומציה דורשות את רמות האבטחה הגבוהות ביותר. בקר ה-PFC300 מספק מספר שכבות של כלי האבטחה הנדרשים.

הוא תומך ברשתות פרטיות וירטואליות (VPNs‏) עבור תקשורת מאובטחת באמצעות הצפנתTransport Layer Security‏ (TLS‏) להגנה על הנתונים. ה-Firewall‏ המשולב מגן מפני גישה לא-מורשית.

ה-WBM‏ ממומש באמצעות HTML5‏, המאובטח על ידי TLS 1.3‏, וה-PFC300‏ תומך בפרוטוקולים מאובטחים כגון SNMP v3‏, SFTP‏, FTPS‏, HTTPS‏ ו-SSH‏, המבטיחים חילופי נתונים מאובטחים. נקודת-חיבור USB-C מבטיחה גישה מאובטחת לעדכונים, ופרוטוקולי Fieldbus מבטיחים תקשורת מאובטחת עם התקנים מחוברים.

Industry 4.0‏ ומפעלים חכמים

PLCs‏ PFC300‏ מספקים חיבוריות Fieldbus‏ מקיפה, יכולות זמן-אמת ו-IIoT‏ ושילוב ענן המאפשרים ייצור גמיש, תהליכים ממוטבים ותחזוקה חזויה. אלו הם סימני ההיכר של מפעלים חכמים ב-Industry 4.0‏. ניתן למנוע איי אוטומציה ולמטב את צריכת האנרגיה בתהליכים תעשייתיים מורכבים וקריטיים.

את ה-PLCs‏ PFC300‏ ניתן לשלב עם תוכנת ניהול נתוני אנרגיה (EDM‏) של Wago‏ עבור אופטימיזציה של המשאבים וניטור אנרגיה מהתקנים נפרדים על רצפת הייצור, כדי לרכז נתונים מכל רחבי המפעל בקצוות ולהזין אותם לענן עבור ניתוח עמוק יותר (איור 3‏).

• EDM מספק ניטור בזמן-אמת ומשוב על צריכת האנרגיה כדי לתמוך במקסום היעילות ותחזוקה יזומה.
• אינטגרציה רחבה ואפשרויות תקשורת גמישות מאפשרות שילוב נתונים חלק בין התקנים וברחבי רשת המפעל.
• כלי ויזואליזציה הופכים את הנתונים לנגישים בקלות ומזרזים את הניתוח.

איור 3: ל-PFC300 יש את כל היכולות הדרושות עבור אוטומציה של Industry 4.0, מהשטח ועד לענן. (מקור התמונה: Wago)

EDM היא אפליקציה מבוססת אינטרנט המאפשרת למשתמשים לנטר, לנתח ולדווח על פרטי צריכת האנרגיה ללא צורך בתכנות. ה-EDM‏ יכול להתחבר אוטומטית עם מדי אנרגיה וחיישנים כדי לאסוף, לקמפל ולאחסן נתונים עבור ניתוח עתידי.

ניתן להציג נתונים כעקומות כמו סדרות זמן או תרשימי עמודות ולייצא אותם כקובצי ערכים מופרדים בפסיקים (CSV) התואמים עם מגוון רחב של חבילות תוכנה לניתוח. תוכנת EDM ורכיבי חומרה קשורים כמו מוני חשמל וחיישנים הם מודולריים וניתנים להרחבה ולהתאמה מהירה לציוד ותשתיות משתנים במתקן תעשייתי.

תוכנת EDM מאפשרת למהנדסי מתקנים לזהות את ההזדמנויות הטובות ביותר לשיפור צריכת האנרגיה ומימוש תוכניות חיסכון באנרגיה. המערכת יכולה גם לקבוע גבולות צריכת אנרגיה ולשלוח התרעות אם חורגים מגבולות אלה. הנתונים מתוכנת EDM הם מרכיב חשוב בניהול אנרגיה כולל במתקנים מורכבים של Industry 4.0 ותשתיות קריטיות כמו מיקרו-רשתות-חשמל.

מיקרו-רשתות-חשמל וניהול אנרגיה

מיקרו-רשתות-חשמל ותוכניות ניהול אנרגיה מקיפות הופכות ליותר ויותר חשובות לתמיכה בקיימות. PLCs‏ PFC300‏ מספקים כלים רבי עוצמה המתאימים היטב עבור תשתיות אנרגיה ירוקה קריטיות, כולל אוטומציה בבניינים, תחנות-משנה של מיקרו-רשתות-חשמל, ניהול נתוני אנרגיה, ניהול עומסים עבור טעינת רכבים חשמליים ויישומי אנרגיה ירוקה אחרים (איור 4).

• PLCs‏ אלה יכולים לבקר מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר (HVAC) בבניינים ולנטר את ייצור, אחסון ושימוש באנרגיה מקומית.
• הם יכולים לתעד ולנתח דפוסי צריכת אנרגיה כדי לייעל את משאבי האנרגיה הזמינים ברחבי מיקרו-רשת-חשמל, החל מתחנת-המשנה המחברת את המיקרו-רשת-חשמל לתשתית רשת החשמל ועד למיקומי טעינה ספציפיים כמו עמדות טעינה לרכבים חשמליים או בניינים.

איור 4: מיקרו-רשתות-חשמל הנתמכות על ידי PFC300 יכולות לשפר את הקיימות ואת ביטחון האנרגיה. (מקור התמונה: Wago)

ניהול עומס דינמי ניתן לממש באמצעות תוכנת ניהול עומסי יישומים (ALM‏) של Wago כדי לשלב טעינת רכבים חשמליים, מקורות אנרגיה מתחדשת כמו אנרגיה פוטו-וולטאית, מערכות אחסון אנרגיה והספקת-כוח מרשת החשמל. לדוגמה, ניתן להשתמש ב-ALM כדי לווסת את הספק הטעינה הכולל בנקודת חיבור לרשת, כמו תחנת-משנה של לקוח, להפחית שיאי וירידות עומס ולמנוע עומסי-יתר ברשת.

התוכנה יכולה לפזר באופן דינמי עומסי טעינה של רכבים חשמליים בהתבסס על מספר הרכבים, סדרי עדיפות הטעינה, שעת היום, קיבולת רשת זמינה וגורמים אחרים. ניתן להגדיר אותו כך שיתעדף את השימוש במשאבי ייצור ואחסון הספק מקומיים במהלך תעריפי שיא של התשתית, ובכך להפחית עומסים בביקוש גבוה.

ה-PFC300 יכול לתעד ולנתח נתוני צריכת אנרגיה, ומערכת הניהול מבוססת האינטרנט שלו והתמיכה בפרוטוקולי תקשורת IIoT מאפשרים הצגת נתונים וניטור צריכת אנרגיה באופן מקומי ומרוחק.

סיכום

למערכת PFC300 העמידה לסביבה יש את כל המאפיינים עבור פיתוח ופריסה מהירים של תשתיות קריטיות ותהליכי אוטומציה מורכבים. התכן המודולרי והמידרגי שלו מעניק גמישות שתתאים למגוון של תרחישי יישומים. אפשרויות תקשורת מקיפות ומאובטחות תומכות בחיבוריות מהרצפה ועד לענן.

קריאה מומלצת:

1. מהם הסוגים השונים של דוחפי מנועים תעשייתיים בעלי מהירות מתכווננת
2. אילו מוצרי תמיכה נדרשים כדי למקסם את ההשפעה של שימוש ב-VFDs ו-VSDs? - פרק 1
3. כיצד הפעלה זריזה וקלה של דוחפי מנועים תעשייתיים יכולה להגביר את הקיימות והפרודוקטיביות