الأتمتة هي أحد مفاتيح زيادة الإنتاجية وتقليل تكاليف الإنتاج. تقود التطورات التكنولوجية مثل المرحلات وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وأجهزة الكمبيوتر الصناعية (IPCs) الأتمتة الصناعية ، والتي تغير طريقة تفاعل الآلات والأشخاص. تناقش هذه المقالة أجهزة نظام التحكم الثانوية المستخدمة على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية ، PLC والكمبيوتر الصناعي. سنناقش أيضًا نوع نظام التحكم المزدوج الذي قد يكون الأنسب وفقًا لاحتياجات التطبيق الخاص بك.
ما هو PLC؟
تستخدم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) على نطاق واسع لأتمتة العمليات في مصانع التصنيع. في سبعينيات القرن الماضي ، كانت أنظمة التحكم المنطقية (PLC) بمثابة تغيير لقواعد اللعبة في أنظمة الأتمتة. تم تصميم PLCs لتحل محل اللوحات الكهربائية وصناديق التوصيل. بمرور الوقت ، تمت ترقية PLCs إلى تصميمات أكثر قوة ووظائف قابلة للتطوير وأنظمة قابلة للبرمجة. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح لغة البرمجة الخاصة بـ PLCs (تسمى منطق السلم) بالتخصيص المرن لـ PLCs لأتمتة الماكينة. تجعل هذه الموثوقية والتنوع في PLCs خيارًا شائعًا لاستبدال المرحلات القديمة وصناديق التوصيل.
ما هو الحاسوب الصناعي؟
في عملية التطوير الأسي للدوائر الدقيقة لأشباه الموصلات ، كان هناك أيضًا تطوير لأجهزة الكمبيوتر الشخصية (PC). نظرًا لأن رقائق الكمبيوتر أصبحت أكثر قوة وأصغر وأرخص ، تكتسب أجهزة الكمبيوتر الصناعية مكانة في صناعة الأتمتة. يمكن أن توفر أجهزة الكمبيوتر الصناعية التحكم الإشرافي PLC ولكن مع المزيد من أحمال العمل مثل HMIs والبوابات وتطبيقات الذكاء الاصطناعي وما إلى ذلك. تقلل القدرة على دمج أحمال العمل من مساحة أجهزتهم في المصنع. تحتوي أجهزة الكمبيوتر التقليدية والصناعية على مكونات أساسية متشابهة جدًا مثل CPU و RAM و SSD و GPU. ومع ذلك ، فقد تم تصنيع أجهزة الكمبيوتر الشخصية الصناعية وتصميمها لتحمل الظروف البيئية القاسية ، من درجات الحرارة القصوى إلى الصدمات والاهتزازات. تتعطل أجهزة الكمبيوتر العادية بسرعة كبيرة عند تعرضها لبيئات قاسية. بعض مواد التصميم والبناء التي تجعل أجهزة الكمبيوتر الصناعية متينة للغاية هي تصميمات بدون مروحة ، وحالات من قطعة واحدة ، ومواد من الدرجة الصناعية. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الصناعية على نطاق واسع. فهي لا تدعم أحدث التقنيات فحسب ، بل تدعم أيضًا التقنيات التقليدية المستخدمة بشكل شائع في أتمتة المصانع ، مثل المنافذ التسلسلية وموصلات COM و M12 و DIO و GPIO وما إلى ذلك ، مما يؤدي إلى النمو السريع لأجهزة الكمبيوتر الصناعية في أتمتة المصانع.
ما هو الفرق بين الكمبيوتر الصناعي و PLC؟
1. العملية
تأتي PLC مع نظام تشغيل في الوقت الفعلي يراقب باستمرار المدخلات من الأجهزة المتصلة ثم ينفذ أوامر اتخاذ القرار وفقًا لبرنامجها. بالإضافة إلى ذلك ، تم تصميم نظام التشغيل (OS) الخاص بـ PLC خصيصًا لأداء مهام التحكم. وبالتالي ، لا تتطلب PLCs بشكل عام برامج مكافحة الفيروسات أو منظفات التسجيل ، مما يزيد من أداء المعالجة أثناء التشغيل.
يمكن لأجهزة الكمبيوتر الصناعية أداء نفس المهام مثل PLC ، لكن أنظمة التشغيل الخاصة بها تسمح لها بتشغيل تطبيقات وبرامج مختلفة لا يمكن لـ PLC القيام بها. مع هذه القدرات ، يتم استخدام IPC لأكثر من مجرد أغراض إدارية. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الصناعية دمج أعباء العمل ، وتقليل العبء على الأجهزة. ومع ذلك ، فإن أنظمة تشغيل IPC مثل Windows و Linux معرضة للهجمات السيبرانية ، ولكن برامج مكافحة الفيروسات وجدران الحماية الحالية متطورة بما يكفي للتخفيف من هذه المخاطر.
2. البرمجة
الاختلاف التالي بين الكمبيوتر الصناعي و PLC هو كيفية تطوير البرامج وتشغيلها. عادةً ما تقوم PLCs بتنفيذ برنامج قائم على المسح الضوئي ، بينما تكون أجهزة الكمبيوتر الصناعية عادةً برامج مدفوعة بالأحداث. على سبيل المثال ، يتم تحديد منطق برنامج PLC في معيار IEC 61131-2 ، مثل منطق السلم أو اللغات الأخرى الخاصة بالبائع. في المقابل ، تعمل أجهزة الكمبيوتر الصناعية على أنظمة تشغيل Windows أو Linux المعروفة باستخدام لغات البرمجة مثل C / C ++ /. NET. وبالتالي ، يسهل برمجة أجهزة الكمبيوتر الصناعية نظرًا لشعبيتها بين المطورين. كما أنها تسمح للنظام بالتواصل مع العديد من الآلات والأجهزة أكثر من منطق السلم ، الأمر الذي يتطلب تدريبًا خاصًا للتعلم ، وذلك بفضل لغات البرمجة العامة مثل C ++.
3. الأمن
السلامة هي أحد عيوب أتمتة المصانع ، وإذا لم تؤخذ على محمل الجد ، فإن الشركات لديها الكثير لتخسره. يجب أن تأخذ الأنظمة الصناعية في الاعتبار مبدأين أساسيين من مبادئ السلامة. أولاً ، قم بحظر الهجمات من الوصول الخارجي غير المصرح به. ثانيًا ، يكون وصول المستخدم مقيدًا وفقًا لحقوقه أو تنازلاته. في الماضي ، كانت PLCs معروفة بأنها محصنة ضد هجمات البرامج الضارة. ومع ذلك ، بدأ بعض المهاجمين في تطوير برمجيات PLC الضارة ، كما حدث مع Stuxnet عندما تم اختراق أنظمة التحكم المنطقية (PLC) الخاصة بهم من Siemens. ومع ذلك ، فإن أجهزة الكمبيوتر الصناعية معرضة أيضًا للبرامج الضارة وتتطلب حماية شاملة باستخدام برامج مكافحة الفيروسات أو وحدات الأجهزة. تستخدم بعض أجهزة الكمبيوتر الصناعية TPM (وحدة النظام الأساسي الموثوقة) 2.0 المدمجة في اللوحة الأم لتشفير البيانات.
4. الجودة
فيما يتعلق بجودة البناء ، تم تصميم كل من PLCs وأجهزة الكمبيوتر الصناعية للعمل في الظروف القاسية. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الصناعية تختلف عن أجهزة الكمبيوتر المكتبية أو محطات العمل التقليدية ، فإن أجهزة الكمبيوتر الصناعية قوية ومتينة للغاية. فيما يلي بعض الخصائص الصناعية لأجهزة الكمبيوتر الصناعية:
تصميم بدون مروحة
نطاق درجة حرارة واسع
مقاومة الصدمات والاهتزازات
تصنيف IP عالي
وحدات قابلة للتوسيع
إدخال / إخراج متقدم مع دعم التقنيات القديمة
فيما يتعلق بجودة البناء ، تتوافق أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وأجهزة الكمبيوتر الصناعية معًا بشكل جيد. ومع ذلك ، تستفيد أجهزة الكمبيوتر الصناعية من حجمها الصغير. غالبًا ما تكون PLC كبيرة الحجم ولديها خيارات تثبيت محدودة. يمكن أن ترتفع درجة حرارة بعض PLCs أيضًا أثناء التثبيت بسبب سوء تبديد الحرارة. أجهزة الكمبيوتر الصناعية ، بالمقارنة ، صغيرة نسبيًا وتأتي مع مجموعة متنوعة من خيارات التركيب ، بما في ذلك خيارات تركيب VESA ، وحامل الرف ، وخيارات DIN للسكك الحديدية. بالإضافة إلى ذلك ، تم تجهيز بعض أجهزة الكمبيوتر الصناعية بنظام التحكم في الإشعال ويمكن استخدامها في المركبات.
5. التوسعة
يجب أن تتحكم كل من PLCs وأجهزة الكمبيوتر الصناعية في أجهزة مختلفة للتحكم والمراقبة والاتصال. لذلك ، تم تجهيز PLCs وأجهزة الكمبيوتر الصناعية بمنافذ COM متعددة ووظائف I / O أخرى ، بما في ذلك التقنيات التقليدية. بعض بروتوكولات الاتصالات الصناعية الشائعة هي CANbus و Modbus و Profibus و EtherCAT و EhterNET / IP. هذه التقنيات مدمجة بالفعل في معظم أنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ، على الرغم من أن كليهما يمكن أن يدعمها. من ناحية أخرى ، تحتوي أجهزة الكمبيوتر الصناعية على فتحات توسعة مدمجة لزيادة تعدد استخداماتها. لذلك ، تمتلك أجهزة الكمبيوتر الصناعية حدًا أعلى لعدد عمليات الإدخال / الإخراج التي يمكنها معالجتها. بالإضافة إلى ذلك ، تم تجهيز أجهزة الكمبيوتر الصناعية بمنافذ COM و LAN و USB و HDMI. تسمح هذه الميزات لأجهزة الكمبيوتر الصناعية بدمج أعباء العمل من المعدات المختلفة ، وليس فقط وحدات التحكم المنطقية (PLC). على سبيل المثال ، يمكن لجهاز الكمبيوتر الصناعي تشغيل تطبيق HMI بمفرده ، بينما يتطلب PLC تطبيق HMI منفصل لعرض شيء ما على لوحة العرض. ما يجعل أجهزة الكمبيوتر الصناعية أكثر خصوصية هو قدرتها على دعم توسعات لا حصر لها من بطاقات الشبكة اللاسلكية ووحدات 5G ومحركات أقراص SSD إلى مسرعات GPU.
6. قوة الحوسبة والتخزين
PLCs هي وحدات تحكم قوية لأتمتة التحكم لأن معالجاتها الدقيقة مصممة لأداء وظائف محددة. يمكن لـ PLCs التعامل بسهولة مع I / O وتطبيقات الأتمتة الصغيرة. ومع ذلك ، أصبحت مشاريع الأتمتة أكثر تقدمًا وتتطلب المزيد من موارد الحوسبة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه أجهزة الكمبيوتر الصناعية إلى الإنقاذ. تستخدم أجهزة الكمبيوتر الصناعية مساحة تخزين أكبر ومعالجات كاملة ، مثل أجهزة كمبيوتر محطات العمل ، التي يمكنها تشغيل تطبيقات كثيفة الحوسبة وتخزينًا مكثفًا. بالإضافة إلى ذلك ، باستخدام مسرعات الأداء مثل وحدات معالجة الرسومات (GPU) و (TPU) ووحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات التحكم الافتراضية (VPU) ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الصناعية إجراء حسابات ذكية كما لو كانت على خط تجميع ذكي بالتعاون مع تطبيقات رؤية الماكينة.
7. التكلفة
باختصار ، تُظهر مقارنة تكلفة PLC و IPC أن PLC أرخص للتطبيقات الأصغر ، في حين أن IPC لها تكلفة أولية أعلى. ومع ذلك ، نظرًا لأن التطبيقات تصبح أكثر تعقيدًا وتتطلب المزيد من موارد الحوسبة ، فإن التكلفة الإجمالية لـ PLC يمكن أن تتجاوز تكلفة الكمبيوتر الصناعي. على الرغم من أن التكلفة الأولية لـ PLC أقل ، عندما تكون هناك حاجة إلى طاقة معالجة إضافية أو أجهزة طرفية ، فإن السعر يرتفع بشكل كبير. في المقابل ، تتمتع أجهزة الكمبيوتر الصناعية بتكاليف أولية أعلى ، ولكنها أرخص بكثير عند الحاجة إلى معالجة ترقيات الطاقة وقابلية التوسع.
كيفية اختيار جهاز كمبيوتر صناعي و PLC
عندما تختار وحدة تحكم قابلة للبرمجة لنظام الأتمتة الصناعية الخاص بك ، يجب أن يكون لكل من أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وأجهزة الكمبيوتر الصناعية مكانها. تعد PLC أكثر ملاءمة لتشغيل أنظمة أتمتة صغيرة ذات وظائف صارمة. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر PLCs موثوقة واقتصادية وموثوقة للغاية لعمليات النشر الصناعية. من ناحية أخرى ، تعد أجهزة الكمبيوتر الصناعية مناسبة تمامًا للحلول ذات المتطلبات العالية على موارد الحوسبة والتخزين. بالنسبة للتطبيقات المعقدة التي تتطلب تعدد استخدامات وحدة التحكم ، فإن التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) لجهاز الكمبيوتر الصناعي منخفضة. تعد PLCs آمنة لأنها لا تحتوي على اتصالات لاسلكية ، كما أن أجهزة الكمبيوتر الصناعية آمنة تمامًا بفضل أحدث برامج الأمن السيبراني ، كما أن الأجهزة القياسية موثوقة للغاية. قد تستخدم بعض التطبيقات كلاً من PLCs وأجهزة الكمبيوتر الصناعية لموازنة التكاليف والفوائد مع بعضها البعض. في النهاية ، يعتمد الأمر على الميزات التي يتم تنفيذها في عملية الإنتاج الخاصة بك.
