Это вопрос, который каждый дизайнер промышленное оборудование должен столкнуться. Следует ли централизовать управление различными движущимися частями оборудования в всемогущий ПЛК, или он должен быть распределен по частям, в отдельных приводах, расположенных близко к двигателям?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо принять во внимание целый ряд факторов. В некоторых случаях рекомендуется централизованная архитектура управления; в других предпочтительнее децентрализованная. В целом, однако, и благодаря недавним достижениям в области технология сервопривода, наблюдается заметная тенденция к моделям распределенное управление.
Пятьдесят лет назад или около того, когда он был впервые разработан, централизованный контроль был революционной концепцией. Еще в первые дни существования промышленных машин с проводным управлением инженерам, нуждающимся в модификации или устранении неполадок, приходилось пробираться через распределительные щиты и стены реле, утыканные кабелями и проводами, по одному для каждой функции. С каждым вмешательством они становились бы как более неопрятными, так и менее надежными.
Рост вычислительной мощности отодвинул эти крысиные гнезда в прошлое. С рождением ПЛК получил возможность управлять сложным оборудованием в цифровом виде, с одной выгодной точки, управляя огромными массивами входных и выходных данных в режиме реального времени. И, в общем и целом, ПЛК выдержали испытание временем: они быстры, универсальны, имеют индивидуальное кодирование для обеспечения точной пригодности и просты в устранении неполадок.
Размещение контроллера вместе с приводами и источником питания в одном центральном месте в наши дни является стандартной практикой – и по-прежнему предпочтительным решением для сложных систем с сильно взаимосвязанными операциями, где двигатели расположены достаточно близко друг к другу.
Однако следует отметить следующие недостатки: для подключения приводов к двигателям все еще может потребоваться значительное количество кабелей (как для питания, так и для обратной связи); для размещения компонентов управления необходим шкаф – потенциально громоздкий; шкаф нуждается в эффективном кондиционировании воздуха из–за концентрации генерируемого тепло; и, опять же, из-за концентрации поведение электромагнитной совместимости может быть неустойчивым.
Децентрализованный контроль, где это возможно, устраняет или сводит к минимуму эти проблемы. Особенно бросается в глаза сокращение количества проводов, требуемых распределенной архитектурой привода: в случае машины, скажем, с восемью осями и двигателями, расположенными на расстоянии от одного до пяти метров друг от друга, для подключения центрального шкафа управления может потребоваться более 200 метров кабеля; перемещение приводов из шкафа к самим двигателям можно было бы сократить общую протяженность кабелей менее чем до 50 метров.
Меньше проводов означает меньше того, что может пойти не так: меньше точек подключения; меньше уязвимостей; меньше электрических помех; меньше тепла; меньше технического обслуживания Скорость тоже может быть проблемой. Более быстрое время отклика, достигаемое за счет наличия специального контроллера рядом с двигателем и его осью, даже если оно является лишь частичным, может быть важным. И еще единый центральный контроллер запуск длительной программы может быть проблематично медленным для некоторых процессов.
Конечно, существуют ограничения на то, насколько контроль может или должен быть децентрализован. Не всегда безопасно, практично или действительно необходимо размещать контроллеры по всей системе, особенно при ограниченном пространстве для установки внутри машины или в местах, где дополнительное выделение тепла может представлять проблему. Более того, там, где наборы процессов всегда работают тесно вместе, распределение контроля между ними может создать ненужную сложность. Вообще говоря, чем более физически рассредоточено технологическое оборудование и чем более операционно независимы друг от друга процессы, тем больше смысла имеет распределять контроль.
A хорошо продуманная распределенная система управления должно быть относительно простота обслуживания и обновления. Добавление нового процесса к централизованной настройке, например, обычно требует общесистемного простоя, пока программа модифицируется и результат тестируется для устранения нежелательных эффектов в целом. С другой стороны, если новый процесс поставляется с собственным контроллером, большая часть функциональности может быть протестирована и установлена до подключения, что соответственно сводит к минимуму время простоя и риск для всей системы.
Конечно, простота этого опыта может быть утрачена, если инженерам приходится иметь дело со слишком большим количеством различных типов устройств от разных производителей. На практике множащиеся проблемы, такие как доступность запасных частей и знание специализированного программного обеспечения, могут слишком легко свести на нет повышение эффективности, предусмотренное децентрализованной архитектурой. Поэтому, где это возможно, стандартизация материалов должна быть не менее важна для этих конструкций, чем, естественно, для централизованной системы.
На самом деле, нынешнее поколение интеллектуальные приводы открывает широкие возможности в этой области. Гибкие приводы, способные выполнять как централизованные, так и децентрализованные операции, потенциально могут значительно упростить требования производителя к запасам и программированию, а также, конечно, ускорить процесс проектирования и ввода в эксплуатацию.
Свобода проектирования для инженера — это, пожалуй, самый большой дивиденд, который дает технология распределенного управления. Модульность, в частности, становится доступным как естественный способ координации и расширения машинных процессов, когда общее управление перестает быть привязанным к центральному монолиту. А адаптивность модульного проектирования все чаще востребована требованиями все более разнообразного и изменчивого рынка.
Действительно, концепции распределение и модульность в последнее время они стали заметными темами в различных промышленных контекстах: от распределенного производства до модульной конструкции и от модульного программирования программного обеспечения до технологии распределенных реестров. Во всех этих областях разработчики обнаруживают, что системы являются более масштабируемыми, более стабильными и более жизнестойкими, если они не построены полностью вокруг одной центральной точки. Таково же мышление, лежащее в основе распределенного системного управления.