Tự động hóa là một trong những chìa khóa để tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất. Những tiến bộ công nghệ như rơle, PLC và PC công nghiệp (IPC) đang thúc đẩy quá trình tự động hóa công nghiệp, làm thay đổi cách máy móc và con người tương tác với nhau. Bài viết này sẽ thảo luận về phần cứng hệ thống điều khiển thứ cấp được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp, PLC và PC công nghiệp. Chúng tôi cũng sẽ thảo luận về loại hệ thống điều khiển kép nào có thể phù hợp nhất tùy thuộc vào nhu cầu của ứng dụng của bạn.
PLC là gì?
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) được sử dụng rộng rãi để tự động hóa các quy trình trong các nhà máy sản xuất. Trở lại những năm 1970, PLC là công cụ thay đổi cuộc chơi trong các hệ thống tự động hóa. PLC được thiết kế để thay thế bảng điện và hộp nối. Theo thời gian, PLC đã được nâng cấp lên các thiết kế mạnh mẽ hơn, chức năng có thể mở rộng và các hệ thống có thể lập trình được. Ngoài ra, ngôn ngữ lập trình cho PLC (được gọi là logic bậc thang) cho phép PLC tùy biến linh hoạt để tự động hóa máy móc. Độ tin cậy và tính linh hoạt này làm cho PLC trở thành lựa chọn phổ biến để thay thế các rơle và hộp nối cũ hơn.
Máy tính công nghiệp là gì?
Trong quá trình phát triển theo cấp số nhân của vi mạch bán dẫn, cũng có sự phát triển của máy tính cá nhân (PC). Khi chip máy tính trở nên mạnh hơn, nhỏ hơn và rẻ hơn, máy tính công nghiệp đang có chỗ đứng trong ngành tự động hóa. PC công nghiệp có thể cung cấp khả năng kiểm soát giám sát PLC nhưng với nhiều khối lượng công việc hơn như HMI, cổng, ứng dụng AI, v.v. PC công nghiệp có thể hợp nhất các khối lượng công việc này với các bộ tăng tốc hiệu suất như GPU, TPU, VPU, SSD NVMe, v.v. Khả năng hợp nhất khối lượng công việc làm giảm không gian phần cứng của họ trong nhà máy. Máy tính thông thường và máy tính công nghiệp có các thành phần cơ bản rất giống nhau như CPU, RAM, SSD và GPU. Tuy nhiên, PC công nghiệp được chế tạo và thiết kế để chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt, từ nhiệt độ khắc nghiệt đến sốc và rung. PC thông thường bị hỏng rất nhanh khi tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt. Một số vật liệu thiết kế và xây dựng giúp PC Công nghiệp cực kỳ bền là thiết kế không quạt, vỏ một mảnh và vật liệu cấp công nghiệp. Ngoài ra, máy tính công nghiệp được sử dụng rộng rãi. Chúng không chỉ hỗ trợ công nghệ mới nhất mà còn hỗ trợ các công nghệ truyền thống thường được sử dụng trong tự động hóa nhà máy, chẳng hạn như cổng nối tiếp, đầu nối COM, M12, DIO, GPIO, v.v., dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của PC công nghiệp trong tự động hóa nhà máy.
Sự khác biệt giữa máy tính công nghiệp và PLC là gì?
1. Vận hành
PLC đi kèm với một hệ điều hành thời gian thực liên tục theo dõi đầu vào từ các thiết bị được kết nối và sau đó thực hiện các lệnh ra quyết định theo chương trình của nó. Ngoài ra, hệ điều hành (OS) của PLC được thiết kế riêng để thực hiện nhiệm vụ điều khiển. Do đó, PLC thường không yêu cầu các chương trình chống vi-rút hoặc dọn dẹp sổ đăng ký, giúp tăng hiệu suất xử lý trong quá trình hoạt động.
PC công nghiệp có thể thực hiện các tác vụ giống như PLC, nhưng hệ điều hành của chúng cho phép chúng chạy các ứng dụng và chương trình khác nhau mà PLC không thể. Với những khả năng này, IPC không chỉ được sử dụng cho mục đích quản lý. PC công nghiệp có thể hợp nhất khối lượng công việc, giảm gánh nặng cho phần cứng. Tuy nhiên, các hệ điều hành IPC như Windows và Linux dễ bị tấn công mạng nhưng phần mềm chống vi-rút và tường lửa hiện có đủ tiên tiến để giảm thiểu rủi ro này.
2. Lập trình
Sự khác biệt tiếp theo giữa PC công nghiệp và PLC là cách các chương trình được phát triển và chạy. PLC thường triển khai thực thi chương trình dựa trên quét, trong khi PC công nghiệp thường là phần mềm hướng sự kiện. Ví dụ: logic phần mềm PLC được chỉ định trong tiêu chuẩn IEC 61131-2, chẳng hạn như logic bậc thang hoặc các ngôn ngữ dành riêng cho nhà cung cấp khác. Ngược lại, PC công nghiệp chạy trên các hệ điều hành Windows hoặc Linux nổi tiếng sử dụng các ngôn ngữ lập trình như C/C++/.NET. Do đó, PC công nghiệp dễ lập trình hơn do sự phổ biến của chúng đối với các nhà phát triển. Chúng cũng cho phép hệ thống giao tiếp với nhiều máy móc và thiết bị hơn logic bậc thang, thứ đòi hỏi phải được đào tạo đặc biệt để học, nhờ các ngôn ngữ lập trình đa năng như C++.
3. Bảo mật
An toàn là một trong những nhược điểm của tự động hóa nhà máy và nếu không được coi trọng, các công ty sẽ mất rất nhiều thứ. Các hệ thống công nghiệp phải tính đến hai nguyên tắc an toàn cơ bản. Đầu tiên, chặn các cuộc tấn công từ truy cập trái phép từ bên ngoài. Thứ hai, quyền truy cập của người dùng bị hạn chế theo quyền hoặc sự phân công của anh ta. Trước đây, PLC được biết là miễn nhiễm với các cuộc tấn công của phần mềm độc hại. Tuy nhiên, một số kẻ tấn công đã bắt đầu phát triển phần mềm độc hại PLC, như đã xảy ra với Stuxnet khi PLC Siemens của chúng bị xâm phạm. Tuy nhiên, PC công nghiệp cũng dễ bị phần mềm độc hại tấn công và cần được bảo vệ toàn diện bằng phần mềm chống vi-rút hoặc mô-đun phần cứng. Một số máy tính công nghiệp sử dụng TPM (Mô-đun nền tảng đáng tin cậy) 2.0 được tích hợp trong bo mạch chủ để mã hóa dữ liệu.
4. Chất lượng
Về chất lượng xây dựng, cả PLC và PC công nghiệp đều được thiết kế để hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt. Vì PC Công nghiệp khác với máy tính để bàn hoặc máy trạm thông thường nên PC Công nghiệp rất mạnh mẽ và bền bỉ. Dưới đây là một số đặc tính công nghiệp của PC công nghiệp:
thiết kế không quạt
Phạm vi nhiệt độ rộng
Chống sốc và chống rung
Xếp hạng IP cao
mô-đun mở rộng
I/O nâng cao với sự hỗ trợ cho các công nghệ kế thừa
Về chất lượng xây dựng, PLC và PC công nghiệp kết hợp tốt với nhau. Tuy nhiên, PC công nghiệp được hưởng lợi từ kích thước nhỏ gọn của chúng. PLC thường cồng kềnh và có các tùy chọn cài đặt hạn chế. Một số PLC cũng có thể quá nóng trong quá trình cài đặt do tản nhiệt kém. Để so sánh, PC công nghiệp tương đối nhỏ và có nhiều tùy chọn giá treo khác nhau, bao gồm các tùy chọn giá treo VESA, giá treo và thanh ray DIN. Ngoài ra, một số PC công nghiệp được trang bị hệ thống kiểm soát đánh lửa và có thể được sử dụng trên xe cộ.
5. Khả năng mở rộng
Cả PLC và PC công nghiệp đều phải điều khiển các thiết bị khác nhau để điều khiển, giám sát và liên lạc. Do đó, PLC và PC công nghiệp được trang bị nhiều cổng COM và các chức năng I/O khác, bao gồm cả các công nghệ truyền thống. Một số giao thức truyền thông công nghiệp phổ biến là CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT và EhterNET/IP. Những công nghệ này đã được tích hợp sẵn trong hầu hết các PLC, mặc dù cả hai đều có thể hỗ trợ chúng. Mặt khác, PC công nghiệp có các khe cắm mở rộng tích hợp để tăng tính linh hoạt của chúng. Do đó, PC công nghiệp có ngưỡng cao hơn đối với số lượng thao tác I/O mà chúng có thể xử lý. Ngoài ra, PC công nghiệp được trang bị nhiều cổng COM, LAN, USB và HDMI. Các tính năng này cho phép PC Công nghiệp hợp nhất khối lượng công việc từ các thiết bị khác nhau, không chỉ PLC. Ví dụ, một PC công nghiệp có thể tự chạy ứng dụng HMI, trong khi PLC yêu cầu một ứng dụng HMI riêng để hiển thị nội dung nào đó trên bảng hiển thị. Điều khiến PC công nghiệp trở nên đặc biệt hơn nữa là khả năng hỗ trợ vô số mở rộng từ card mạng không dây, mô-đun 5G, ổ SSD cho đến bộ tăng tốc GPU.
6. Điện toán và lưu trữ
PLC là bộ điều khiển mạnh mẽ để tự động hóa điều khiển vì bộ vi xử lý của chúng được thiết kế để thực hiện các chức năng cụ thể. PLC có thể dễ dàng xử lý I/O tốc độ cao và các ứng dụng tự động hóa nhỏ. Tuy nhiên, các dự án tự động hóa đang trở nên tiên tiến hơn và đòi hỏi nhiều tài nguyên máy tính hơn. Đây là lúc máy tính công nghiệp đến để giải cứu. PC công nghiệp sử dụng nhiều không gian lưu trữ hơn và bộ xử lý chính thức, chẳng hạn như máy tính trạm, có thể chạy các ứng dụng sử dụng nhiều điện toán và lưu trữ. Ngoài ra, với các bộ tăng tốc hiệu suất chẳng hạn như GPU, TPU, CPU và VPU, các máy tính công nghiệp có thể thực hiện các phép tính thông minh như thể chúng đang ở trên một dây chuyền lắp ráp thông minh cùng với các ứng dụng thị giác máy.
7. Chi phí
Nói tóm lại, so sánh chi phí của PLC và IPC cho thấy PLC rẻ hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn, trong khi IPC có chi phí ban đầu cao hơn. Tuy nhiên, khi các ứng dụng trở nên phức tạp hơn và yêu cầu nhiều tài nguyên máy tính hơn, tổng chi phí của một PLC có thể vượt quá chi phí của một PC công nghiệp. Mặc dù chi phí ban đầu của PLC thấp hơn, nhưng khi cần thêm sức mạnh xử lý hoặc thiết bị ngoại vi, giá sẽ tăng theo cấp số nhân. Ngược lại, PC công nghiệp có chi phí trả trước cao hơn, nhưng lại rẻ hơn nhiều khi cần nâng cấp sức mạnh xử lý và khả năng mở rộng.
Cách chọn PC và PLC công nghiệp
Khi bạn chọn bộ điều khiển khả trình cho hệ thống tự động hóa công nghiệp của mình, cả PLC và PC công nghiệp đều phải có vị trí của chúng. PLC phù hợp hơn để chạy các hệ thống tự động hóa nhỏ với các chức năng nghiêm ngặt. Ngoài ra, PLC đáng tin cậy, tiết kiệm và có độ tin cậy cao cho các triển khai công nghiệp. Mặt khác, PC công nghiệp rất phù hợp với các giải pháp có yêu cầu cao về tài nguyên máy tính và lưu trữ. Đối với các ứng dụng phức tạp đòi hỏi tính linh hoạt của bộ điều khiển, tổng chi phí sở hữu (TCO) của PC công nghiệp thấp. PLC an toàn vì chúng không có kết nối không dây, PC công nghiệp cũng an toàn nhờ phần mềm an ninh mạng hiện đại và phần cứng tiêu chuẩn rất đáng tin cậy. Một số ứng dụng có thể sử dụng cả PLC và PC công nghiệp để cân bằng chi phí và lợi ích với nhau. Cuối cùng, nó phụ thuộc vào những tính năng nào được triển khai trong quy trình sản xuất của bạn.
