U bent hier: Home » Tools en technieken » PAC's en PLC's - de verschillen

PAC's en PLC's - de verschillen

De laatste jaren wordt regelmatig de PAC genoemd als de gedoodverfde opvolger van de PLC. Is het echt zo dat de PLC uitsterft?

PLC's (Programmable Logic Controllers) houden onze productieprocessen al jaren zonder falen op gang. Ze monitoren en regelen de processen die te gevaarlijk, tijd kritisch of saai zijn om ze efficiënt door mensen te laten uit voeren. Met als basis een Real Time Operating Systeem (RTOS), doorlopen PLC's de dagelijkse taken waar wij mensen geen zin in hebben. Initieel waren PLC's vrij simpel en dus ook gemakkelijk te programmeren. De ladderdiagrammen kwamen goed overeen met de fysieke implementatie van de sensoren en actuatoren in het systeem en de personen die de PLC's moesten programmeren waren meestal dezelfde mensen die ook het complete systeem ontworpen en geïnstalleerd hadden. De besturingen waren vaak vrij eenvoudig: als sensor A hoog is, sluit dan actuator B. Terwijl de processen steeds geavanceerder werden gold dat ook voor de PLC's. Meer geavanceerde logica functies, analoge I/O en timing functies vonden hun weg naar de PLC's.


De PC wordt volwassen

Door de toenemende vraag naar kwaliteitsbeheersing en continue ontwikkeling wenden engineers zich in de jaren negentig steeds meer naar de opkomende PC technologie. Hoge snelheids data-acquisitie producten begonnen de traditionele bench-top instrumenten te vervangen en software bedrijven als National Instruments, Agilent en Hewlett Packard maakten het mogelijk voor ontwikkelaars om bijna elk instrument in software te realiseren. Met het langzaam toenemende vertrouwen in de PC architectuur en operating systemen vonden deze systemen hun weg naar de productievloer. De PCI, compactPCI en PXI bussen floreerden met de introductie van data-acquisitie kaarten waar je alles mee kon doen, van analoge en digitale besturingen tot motion en vision. Als je daar flexibiliteit als het opslaan van data naar databases, statistische berekeningen, genereren van rapporten en het op een intuïtieve manier presenteren van resultaten aan de gebruiker bij optelt, dan kun je concluderen dat de PC een enorm potentieel had. De populariteit van de PC rustte ook op de mogelijkheid om verschillende platformen (I/O, motion, vision, etc.) vanaf één enkel platform aan te sturen in plaats van meerdere discrete controllers te moeten gebruiken voor elk gedeelte.

Hoewel al deze mogelijkheden enthousiast door de industrie werden omarmt, waren er wel gegronde redenen om de PC niet in te zetten voor het besturen van tijd-kritische processen. PC's mochten alleen in het productieproces ingezet worden als ze bij een crash het proces niet zouden doen stoppen. Dat maakte dus het parallelle gebruik van PLC's nog steeds noodzakelijk PC's hebben eigenlijk alleen de markt op het gebied van meten en testen veroverd en niet zo zeer op het gebied van besturingen. Daarvoor werden ze (terecht) te onbetrouwbaar bevonden.

PAC, de missende schakel

Zoals in onderstaande figuur te zien is, was er een specifiek gebied waar de traditionele besturingen nog niet in voorzagen: het gebied waar zowel flexibiliteit en betrouwbaarheid als robuustheid van belang waren. Engineers wilden graag betrouwbare en industriële RTOS systemen die net zo configureerbaar en programmeerbaar waren als hun desktop PC's. Gelukkig hebben fabrikanten als Allen Bradley en National Instruments aan deze wens gehoor gegeven. Zij kwamen met de Programmable Automation Controller (PAC). Een PAC is een betrouwbaar platform waarop een RTOS draait dat het mogelijk maakt om motion control, digitale en analoge I/O en process besturing op één platform onder te brengen. Dit in tegenstelling tot de PLC tijd waar hiervoor meerdere verschillende platformen moesten worden ingezet.




Om het mogelijk te maken om off-line controle bewerkingen naar de PAC's te verplaatsten, gebruiken deze de-facto standaarden zoals TCP/IP, OPC en XML voor interoperabiliteit. Door de acceptatie van deze technologieën is het ook mogelijk geworden om op een simpele en effectieve manier data via het netwerk uit te wisselen, zelf tussen systemen van verschillende fabrikanten. Het is niet zozeer de introductie van de PAC die een revolutie van besturingen en automatisering veroorzaakte, maar de combinatie van commerciële chip-technologie en open software die de drijvende kracht is achter het samensmelten van PC's en PLC besturingen.

Een belangrijk voordeel van deze samensmelting is dat je een zelfde programmeeromgeving kunt gebruiken voor de diverse gebieden. We zien dat we steeds minder programmeeromgevingen nodig hebben om de verschillende platformen te targetten. National Instruments' LabVIEW bijvoorbeeld, kan gebruikt worden voor het ontwikkelen van applicaties voor diverse PC platformen en al hun PAC's (waaronder de door de gebruiker configureerbare FPGA RIO systemen), waarbij een groot deel van de programmacode hetzelfde is voor de verschillende platformen. Laat het echter wel duidelijk zijn dat het niet allemaal zo simpel is als de fabrikanten je vaak willen doen geloven. Engineers moeten toch nog steeds kennis hebben van het target als ze programmeren voor PC, Realtime, PAC, FPGA, etc, omdat de basisprincipes van deze platformen verschillend zijn.

Er zijn nog andere factoren die van doorslaggevende betekenis kunnen zijn om wel of niet een PAC te gebruiken. Bijvoorbeeld de opstart snelheid. PLC's beginnen vrijwel meteen hun programma te draaien als je ze aanzet. Een PAC die op een standaard processor is gebaseerd daarentegen moet - net als een normale PC - een operating systeem booten, drivers laden en de applicatie(s) inladen en starten. Het gaat wel iets sneller dan bij een PC, maar zeker niet zo snel als bij een PLC.

PLC voorstanders voeren snelheid aan als een zwakheid van PAC's, en daar hebben ze ook gelijk in, maar daar staat tegenover dat een PLC veel minder kan doen vanwege de veel beperktere instructieset. Het PAC kamp voert als argument aan dat de doorvoersnelheid van je systeem verbeterd kan worden door de introductie van PAC's omdat een groot deel van het werk naar de online systemen kan worden verplaatst, in plaat van het proberen te integreren van een complex PC-gebaseerd “work-in-progress” systeem met een lower-level PLC laag.


 

In de commercieel verkrijgbare PAC's wordt steeds meer gewerkt met verwisselbare opslag media zoals bijvoorbeeld compactflash kaarten. Hierdoor wordt de bruikbaarheid van een PAC op locaties waar geen netwerk toegang mogelijk is aanzienlijk verhoogt. Je kunt bijvoorbeeld grote datasets in SQL databases opslaan op een compactflash kaartje dat eenvoudig op gezette tijden verwisseld kan worden. Uitgebreide data-acquisitie is dus overal en altijd mogelijk, zelfs op plaatsen waar PC's niet ingezet kunnen worden en netwerk toegang niet mogelijk is.

Deze mogelijkheden zijn ook zeer handig voor een ander hot issue dat steeds belangrijker wordt gevonden door de plant managers: “hot-standby” functionaliteit waarbij het systeem lokaal zijn toestand onthoudt als een systeem wordt gestopt. Deze techniek maakt snellere opstart tijden van een productielijn mogelijk en, wat nog belangrijker is, een afname van scraps die vaak ontstaan door ongecontroleerd stoppen van (delen van) een productielijn.

De multi-functionaliteit van een PAC staat ons toe om de PAC voor meer te gebruiken dan voor besturingen. Een goed opgezet netwerk van PAC's kan voorzien in de uitwisseling van productie- en orderverwerkingsinformatie door de hele fabriek, magazijn, distributiecentrum en ook naar het ERP systeem toe. In de traditionele systemen zijn er meerdere lagen van communicatie en informatie verwerking: besturingen op machineniveau die I/O doen, een tweede laag die de informatie van de diverse besturingen verzamelt en dan nog een koppeling via ethernet naar het bedrijfsnetwerk met de ERP software. Door veel voorkomende problemen waaronder, trage reactietijden, verbindingsverlies en slecht ontworpen middleware software worden de ERP systemen niet echt vaak bijgewerkt. Door het gebruik van PAC's in een industrieel netwerk vervalt de noodzaak van het gebruik van middleware software, de PAC's op de werkvloer praten direct met de ERP databases.

Maar PAC's bieden nog veel meer. Net als PC's met een standaard operating systeem hebben ook PAC's interne mogelijkheden voor bijvoorbeeld rapportage via een webserver, waardoor gebruikers op het zelfde netwerk met de juiste rechten automatisch gegenereerde webpaginas kunnen opvragen die de actuele status van het systeem weergeven. Hierbij is vrijwel alles denkbaar wat maar in

HTML is weer te geven. Met de omarming van PC technologie, kunnen PAC's ook geprogrammeerd worden om gebruik te maken van mogelijkheden als bijvoorbeeld het sturen van e-mail of een SMS naar een engineer, het printen van een document, het up/downloaden van bestanden via een FTP-server, en meer. Deze features draaien meestal in een lagere prioriteit thread op de PAC zodat de tijd-critische processen daar geen last van hebben.

PAC's integreren in uw systeem

Het is waar dat een PAC niet voor elke situatie de beste oplossing is. Ze zijn over het algemeen duurder dan PLC's en kunnen overkill zijn voor het proces dat u voor ogen heeft. Dat gezegd hebbende, is er een steeds groter wordend aantal systeem ontwerpers die hybride systemen overwegen waarin PLC's, PAC's en enkele PC's worden ingezet. En door OPC en consorten zijn dit soort hybride systemen aardig in opkomst. Neem elke stap in het proces onder de loep en bepaal of het voordelen heeft van een hechtere integratie met de systemen op hogere en lagere niveaus in het proces en een meer directe communicatie met het ERP systeem. Als u zo het hele productiesysteem bekijkt zult u allicht onderdelen of gebieden tegenkomen waar u “ja” op deze vragen kunt antwoorden...

Dit artikel is vrij vertaald uit het Engels met toestemming van de auteur.
Originele auteur: Christopher G. Relf.
Origineel artikel: PACs versus PLCs – What are the Real Differences?