HOE ZOU HET NOG ZIJN MET DE PLC?

BAKEN VAN RUST TE MIDDEN INDUSTRIELE (R)EVOLUTIES

De PLC wordt dit jaar 54. Dat is hoogst opmerkelijk in een wereld waarin je dagelijks struikelt over innovatie en nieuwe productieconcepten. Hoe is de PLC erin geslaagd om ogenschijnlijk probleemloos die leeftijd te bereiken? En hoe zit het met de toekomst van dit toestel?

PLC blijft quasi onmisbaar

De werking van een PLC is grosso modo eenvoudig. Het toestel ontvangt inputs en levert afhankelijk van zijn ingeladen logische sequentie een bepaalde output. Die eenvoudige opbouw is een belangrijke reden waarom de PLC blijft meegaan, ook in tijden van Industrie 4.0, Smart Manufacturing en IoT. Verdwijnen zal de PLC dus nog niet meteen, dat leert ook een snelle rondvraag bij een aantal specialisten in de materie.

Vandaag zijn veel installaties nog sterk afhankelijk van de centrale rol van de PLC in het hart van de machine. Sterker nog: er zijn in ons land honderden machines die zo specifiek voor een bepaalde applicatie ontwikkeld zijn, dat een een-op-eenvervanging door een nieuw type PLC al een kunst is. Laat staan dat zoiets meteen makkelijk door een andere oplossing kan worden vervangen. Wij willen ze in elk geval niet de kost geven; de productieverantwoordelijken die dagelijks een schietgebedje prevelen opdat hun PLC het niet begeeft ...

Wortels van PLC in de voertuigindustrie

1969 is in de populaire geschiedenis geboekstaafd als het jaar van het iconische festival Woodstock en de chaotische terugtrekking van de USA uit Vietnam. Wereldwijd zijn het vast de fameuze woorden van Neil Armstrong die bij de meesten in het geheugen blijven kleven: “That's one small step for man, one giant leap for mankind”. Wat veel minder bleef hangen is de lancering van de PLC, alhoewel de impact van deze innovatie een beslissende stempel op de industrie drukte. Die stempel wordt vandaag meer dan ooit nog aangetroffen, met een wereldwijde omzet van 46 miljard en een aanwezigheid in zowat alle industriële sectoren: automotive, (petro)-chemie, metallurgie, verpakking, food & beverage, waterbehandeling en bouw. De aanleiding van het ontstaan lag bij de dagelijkse problemen die ingenieurs van General Motors ondervonden met de relaistechniek. Zij formuleerden in 1968 een waslijst met wensen die culmineerde in de vraag naar een ‘standard machine controller’. Dick Morley, werkzaam bij het bedrijf Bedford nam de handschoen op en creëerde een jaar later de Modicon 084. De 84 stond voor het aantal prototypes dat de ontwikkelaar al achter de rug had. Het toestel was niet meteen een doorslaand succes maar de opvolger ervan, de Modicon 184 was dat wel. De PLC zoals we die vandaag kennen was geboren.

Op relaistechniek gebaseerd

Onstopbare evolutie

Maar we kunnen niet om de heersende trends heen. Om die trends te kaderen staan we eens stil bij het voorbeeld van de smartphone, de exponent van een zeer markante en wellicht onstopbare evolutie.

Slechts tien jaar terug waren gps, radio, fototoestel, wekkerradio, kilometerteller en rekenmachine vaste toestellen. Vandaag zorgen software en bijhorende apps dat al die toestellen – en de opgesomde lijst is nog beperkt – in één en dezelfde telefoonbehuizing ondergebracht zijn. ‘De telefoon’ bestaat dus nog, maar er is een hele rist extra functionaliteiten bijgekomen.

Waarom zou die evolutie niet doorgezet worden voor industriële hardware als de PLC? Zeker als we in het achterhoofd houden dat de PLC ouder is dan vijftig jaar. Hij werd ontwikkeld om de industriële noden van toen te counteren, zijnde tegemoet komen aan de groeiende vraag naar automatisering. Met de PLC bood men een beter antwoord op die noden dan met de toen alomtegenwoordige relaistechniek. Bovendien sloot het programmeren via Ladder nauw aan bij wat de inge­nieurs gewoon waren, zijnde het werken met diezelfde relais.

PLC blijft mee evolueren

Geleidelijk aan deden ook andere programmeertalen hun intrede: Function Block Diagram (FBD), Structured Text (ST, zoals Pascal), Instruction List (IL), and Sequential Function Chart (SFC). Er waren dus wel wat mogelijkheden, en dat zorgde ervoor dat de PLC al die jaren is blijven mee evolueren met de stand der techniek. Zo betekende de mogelijkheid om analoge data uit sensoren te verwerken een uitbreiding van de mogelijkheden. Hetzelfde geldt voor de output van variabele signalen naar actuatoren. Twee populaire voorbeelden daarvan zijn de aansluiting van temperatuursensoren op de PLC via een 4…20 mA signaal en de aansturing van de snelheidsregeling van motoren.

Van PLC naar IPC en PAC

Toen in de jaren negentig pc’s populair werden bij het grote publiek, deed de IPC zijn intrede. Iets oudere ingenieurs zullen zich herinneren dat toen alom de doodsklokken geluid werden van de PLC, maar zover is het nooit gekomen. Vooral de robuustheid van de PLC bleek een stuk groter dan die van de toenmalige IPC’s: de weerstand tegen trillingen en impact plus het brede temperatuurbereik lag hier aan de basis, terwijl ook het EMC-gedrag in het voordeel van de PLC pleitte. Tel daarbij een IPC-besturingssysteem dat begin de jaren ’90 nog niet helemaal op punt stond en je hebt de verklaring waarom de PLC niet meteen verdreven werd. Hoewel beide componenten voor grosso modo dezelfde taken konden worden ingezet, zijn beide systemen al die jaren naast elkaar blijven bestaan, of er kwamen tussenvormen als de soft PLC. Ook toen de PAC (Programmable Automation Controller) op de markt kwam is de PLC-markt gestaag blijven groeien, met uitzondering van enkele economische crisisjaren.

Opkomst ethernet

Toen de mogelijkheden van het internet ook in de industrie doorsijpelden, zorgde de toevoeging van communicatiepoorten voor de verdere verankering van de PLC in onze productieruimtes via veldbusprotocollen als (bijvoorbeeld) PROFIBUS, DeviceNet, Modbus en in een latere fase via de ethernetgebaseerde protocollen zoals Ethernet/IP, PROFINET en EtherCAT.

Heeft plc vandaag een toekomst?

In de loop der jaren zijn er meerdere zijtakken ontstaan in de PLC-technologie. Een speciale vermelding verdient bijvoorbeeld de veiligheidsPLC. Dergelijke PLC's worden vaak toegepast als aanvulling op Distributed Control Systems, waarbij ze ervoor moeten zorgen dat bij uitval van functies het proces of de installatie naar een veilige toestand gebracht wordt.

Daarnaast zien we de PLC ook evolueren in tal van andere domeinen: motion, security, IoT, AI, energie-efficiëntie, simulatie & commissioning … Ook het voorzien van zeer applicatiespecifieke functies zit in de lift. Om een lang verhaal kort te maken: de PLC is er de voorbij decennia steeds in geslaagd zijn centrale positie te behouden, ondanks de geschetste evoluties. Maar de vraag is of dat zo blijft in een wereld waarbij de jongere generatie groot­gebracht werd met zaken als Arduino, Raspberry Pi en Linux.

Evoluties vragen meer functionaliteiten

Elk toestel zijn PLC?

We zien er een verregaande automatisering en digitalisering, waarbij de hoeveelheid aan te verwerken data uit sensoren en machines exponentieel stijgt. Daarnaast zien we ook de opkomst van zelflerende systemen, slimme algoritmes en AI. Dat alles gebeurt tegen een achtergrond van opkomende clouddiensten, waarbij machinedata helpen om gerichte taken uit te voeren, zoals het voorspellen van onderhoud, het genereren van nieuwe diensten voor klanten en het verbeteren van processen.

Elk toestel zijn PLC? Dat smeekt om een andere benadering van alle componenten in een installatie, voornamelijk op het gebied van interoperabiliteit, snelheid en (cyber-)veiligheid. Fabrikanten van PLC’s komen ook daaraan tegemoet.

Opkomst OPC UA

Een interessant voorbeeld is de opkomst van OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture), een M2M-communicatieprotocol dat uniform de dataoverdracht tussen toestellen stroomlijnt, waardoor toestellen (merkonafhankelijk) kunnen communiceren met elkaar en dus met de PLC. Dat faciliteert de communicatie an sich én vereenvoudigt het programmeren.

Ook cybersecurity wordt belangrijker. Recovery en afgesloten poorten zijn bijvoorbeeld twee nieuwe functies.

Nood aan installaties die autonoom beslissen

Ook andere technische evoluties oefenen een belangrijke invloed uit op het voorkomen van de PLC. De nood aan installaties die autonoom beslissingen kunnen nemen is daarvan een voorbeeld. Steeds vaker zien we bijvoorbeeld dat van oorsprong PLC-functionaliteiten nu rechtstreeks via de frequentieregelaar op de motor worden uitgevoerd. Die mogelijkheid is een gevolg van meerdere evoluties: robuustere componenten, miniaturisering en goedkopere technologie. Dat zet zich de komende jaren ongetwijfeld voort: meer intelligentie ‘in the field’, minder centrale aansturing. Zo kunnen toestellen en machines zelfstandig beslissen en communiceren met de andere actoren in de installatie. Intelligentie zal steeds decentraler worden en ‘gelaagd’ worden gesmeerd tussen sensoren, ac­tuatoren, PLC, Edge en de cloud.