Integración de la computación periférica en PLC y PAC

La computación periférica abarca todo el conjunto de infraestructuras, herramientas y procesos que apoyan la gestión de las actividades de manejo de datos utilizando fuentes individuales de datos, como los dispositivos periféricos inteligentes en el borde de la red, en lugar de en una infraestructura centralizada.

Ayuda a la consolidación de las aplicaciones existentes de los fabricantes de equipos, como el software de monitorización y control, en la plataforma única, mientras permite que otras aplicaciones importantes funcionen en la misma plataforma. Esto facilita el desarrollo de maquinaria y equipos habilitados para el internet industrial de las cosas (IIoT), así como la adición de futuras aplicaciones que respondan a las necesidades cambiantes de los clientes de la industria 4.0 y la producción inteligente.

Distinción entre PLC y PAC

Tanto los PLC (controladores lógicos programables) como los PAC (controladores de automatización programables) usan protocolos y redes como Ethernet, ControlNET, DeviceNET, y también se conectan con software y bases de datos como OPC, SQL y otros. La distinción fundamental entre ambos radica en las respectivas interfaces de programación, lo que les permite cumplir funciones diferentes. Como los PAC están programados en C o C++, los dispositivos tienen una arquitectura abierta y un diseño modular. Los PLC, por el contrario, tienen una ejecución programada sencilla y, por consiguiente, funcionan con una memoria limitada y con entradas y salidas discretas.

A medida que la tecnología avanza, la brecha entre ambos parece estar disminuyendo. Sin embargo, existe una diferencia entre utilidad y rendimiento. Debido a la facilidad de programación que ofrecen los módulos PAC, es fácil acoplar o desacoplar componentes. Los PLC, por otra parte, son sistemas basados en cables, y la adición de dispositivos requiere un cableado adicional. Las áreas de superficie pequeñas y las terminaciones compactas son difíciles de cablear con los métodos tradicionales.

Tecnología de computación periférica en PLC y PAC

El informe Industria 4.0: computación periférica en el entorno industrial explica cómo en la transición a una infraestructura de control compatible con el borde de la red ha facilitado cambios en las arquitecturas de control industrial, los proveedores y los usuarios que han contribuido a un entorno más flexible y configurable. La tendencia hacia las arquitecturas en función de los eventos en la informática / la tecnología operativa ofrece una buena oportunidad para conectar los datos de las fábricas con soluciones de gestión inteligentes que se ejecutan en la nube. La computación periférica sirve como puente entre las dos, vinculando los cambios en la planta de producción con los sistemas de gestión y planificación de recursos empresariales, diseñados para automatizar las operaciones comerciales y proporcionar información de forma rápida y eficiente.

En muchas instancias, puede ser más lógico integrar el procesamiento de datos del IoT y otras tareas directamente a un módulo diseñado para automatización industrial, como un controlador de automatización programable. Los PAC, que tienen procesadores de mayor rendimiento, podrían ejecutar una mayor variedad de software que los PLC. En contraste con el lenguaje ladder, los PAC ahora ofrecen lenguajes de programación visuales y textuales que permiten la manipulación y el análisis más sofisticados de datos en tiempo real a partir de sensores tanto locales como remotos.

Algunos PAC tienen una arquitectura similar a la de un PLC estándar. También pueden albergar módulos de control inteligentes que permiten una simple instalación y funcionamiento de motores y equipos similares usando instrucciones de velocidad, arranque y parada. En los últimos años ha aparecido otra forma de PAC que combinan la capacidad para gestionar la conectividad de red con E/S locales y la programabilidad del software de pasarelas inteligentes. Estos PAC se basan en plataformas de hardware como Arduino, Raspberry Pi y ordenadores industriales basados en Linux. Por consiguiente, ofrecen acceso a una gran variedad de herramientas de programación, como Node-RED y Python. La conectividad de red moderna de las capacidades de las plataformas PAC proporcionan la integración entre el entorno crítico para la seguridad de los PLC y el borde fino y las funciones analíticas realizadas típicamente en el borde grueso y la nube.

Los controladores industriales periféricos ofrecen controles definidos por software con capacidades de optimización mejoradas, cumpliendo con los rigurosos requisitos de fiabilidad, seguridad y protección de las aplicaciones industriales. Los controladores periféricos son la opción lógica para la automatización industrial y el IIoT debido a su combinación de tareas de control y procesamiento de borde. Las pasarelas, los dispositivos y los nuevos controladores periféricos que fusionan PLC/PAC y el procesamiento periférico en un único sistema son las principales formas de tecnología periférica industrial dentro de la automatización de máquinas. Los controladores periféricos suponen un salto generacional para los sistemas de control industrial basados en PLC y PAC al proporcionar una conexión segura entre el control determinista en tiempo real y las aplicaciones no deterministas que analizan y optimizan los procesos empresariales utilizando datos externos.

Alcance de la comunicación de los PLC y PAC

Los PLC básicos suelen ser diseños "bare metal" o utilizar un sistema operativo muy limitado y privativo, ya que son dispositivos de control especializados con un ámbito funcional definido. Mediante el uso de un RTOS, los PAC obtuvieron servicios funcionales y de comunicación más sofisticados, manteniendo un tiempo de ejecución determinista. Anteriormente, los PLC estaban aislados o se comunicaban mediante enlaces en serie lentos e ineficientes. Los PAC incluyeron una mejor implementación de los protocolos industriales y de Ethernet para aumentar la conectividad y la interoperabilidad. Los controladores periféricos ofrecen estas ventajas mientras siguen funcionando en un entorno informático cada vez más conectado.

Los PLC empleaban principalmente una lógica de escalera privativa y herramientas rudimentarias para el desarrollo de aplicaciones. Los PAC pueden proporcionar soporte para los lenguajes de programación convencionales de la IEC-61131-3, bloques de código de usuario personalizados y algunas capacidades básicas para la reutilización del código y el diseño orientado a objetos mediante la incorporación de ideas de la industria del software en general. Un controlador periférico bien diseñado mantiene un plazo de ejecución determinista mientras proporciona un entorno informático para realizar análisis, agregación de datos y otras funciones sofisticadas.

Ventajas de utilizar un controlador periférico

Cuando los usuarios solo requieren un conjunto de características de PLC/PAC, se puede especificar un controlador periférico para que cumpla esa función. Sin embargo, quienes estén interesados y quizá tengan más conocimientos técnicos, deberían buscar controladores periféricos con una caja de herramientas nativa de capacidades informáticas fáciles de usar, como el sistema operativo Linux, un intérprete de Python, zócalos seguros, una base de datos embebida y compatibilidad con OPC Foundation y OPC UA. Es más simple coordinar de forma segura el sistema operativo determinista de uso general en una única plataforma de hardware que instalar sistemas separados. El sistema operativo de uso general tiene acceso a una gama más amplia de fuentes de información, así como a datos de alta fidelidad del sistema determinista y de los dispositivos del IIoT. También tiene la capacidad de realizar análisis locales y ejecutar algoritmos sofisticados. Los resultados pueden utilizarse para aconsejar al sistema determinista sobre cómo funcionar de forma óptima. Además, el sistema operativo de uso general es apto para convertir los datos brutos en información preprocesada que puede compartirse de forma segura con sistemas de nivel superior.

Este blog se centra en la integración de la computación periférica en los PLC y PAC; para más información sobre la computación periférica y sus diferentes formas y la necesidad de seguridad de extremo a extremo, consulte el informe sobre "Industria 4.0: computación periférica en el entorno industrial".