Spinto dall’ondata dell’Industria 4.0 e della produzione intelligente, il campo del controllo industriale sta attraversando un profondo cambiamento.
Essendo il nucleo dei sistemi di controllo dell’automazione industriale, i controllori logici programmabili (PLC) si sono evoluti da un semplice dispositivo sostitutivo dei relè a un’infrastruttura chiave a supporto della moderna produzione intelligente dopo oltre mezzo secolo di sviluppo.
Il PLC ha sempre occupato una posizione dominante assoluta nell’automazione di fabbrica (FA) e nel controllo di processo (PA) grazie alla sua elevata affidabilità, forte capacità anti-interferenza e caratteristiche di programmazione flessibile.
L’evoluzione tecnologica del PLC può essere suddivisa in più fasi storiche. In fase di avviamento e sostituzione, è nato dall’esigenza dell’industria automobilistica americana di sostituire complessi sistemi di controllo a relè cablati.
I primi PLC avevano un’unica funzione e avevano solo operazioni logiche di base, funzioni di temporizzazione e conteggio.
Il linguaggio di programmazione era principalmente il diagramma a contatti (LAD), intuitivo e facile da usare, che ha gettato le basi anche per una sua facile accettazione da parte degli ingegneri elettrici. Successivamente è entrato nella fase di potenziamento delle funzioni e di integrazione della comunicazione.
L’introduzione della tecnologia a microprocessore ha notevolmente migliorato la potenza di calcolo del PLC, aggiungendo funzioni come l’elaborazione analogica, il calcolo dei dati e il controllo PID.
La diffusione della tecnologia dei bus di campo segna la transizione del PLC dal controllo autonomo al controllo di rete distribuito, diventando il nodo centrale del sistema.
Poi arriva la fase di apertura, standardizzazione e prestazioni elevate. L’adozione diffusa dello standard internazionale IEC 61131-3 unifica più linguaggi di programmazione tra cui testo strutturato (ST) e diagramma a blocchi funzione (FBD), migliorando la portabilità e la riusabilità del software.
Allo stesso tempo, è emersa la tecnologia soft PLC, sono state integrate le funzioni di controllo del movimento e di controllo di sicurezza e le prestazioni dei PLC di fascia alta si sono avvicinate a quelle dei PC industriali (IPC).
Nella fase di integrazione e intelligenza, la tecnologia Ethernet è diventata la rete industriale tradizionale e l’integrazione IT/OT sta accelerando.
PLC ha iniziato a integrare OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) per ottenere l’interoperabilità dei dati a più livelli e fungere da nodo di edge computing per svolgere nuove attività come la preelaborazione dei dati e algoritmi AI leggeri (come la manutenzione predittiva).
Anche l’architettura di base e l’ecologia del mercato dei moderni PLC hanno le loro caratteristiche uniche. In termini di architettura hardware, le moderne linee di prodotti PLC sono generalmente distribuite in forma piramidale. Lo strato inferiore è un micro e piccolo PLC, adatto per il controllo di apparecchiature autonome;
lo strato intermedio è un PLC di medie dimensioni, adatto per linee di produzione o sistemi locali;
lo strato superiore è un PLC/PAC (controller di automazione programmabile) di grandi dimensioni e ad alte prestazioni, dotato di potenti capacità di elaborazione e ricche interfacce di comunicazione ed è adatto per il controllo di processi complessi e la pianificazione dell’intero impianto. La piattaforma software è integrata e può fornire un ambiente di sviluppo integrato (IDE) dalla programmazione, simulazione, debugging alla diagnosi e gestione dei dati.
Le piattaforme software si stanno evolvendo da puri strumenti di ingegneria a ecosistemi che coprono gemelli digitali e servizi connessi al cloud.
La struttura del mercato presenta le caratteristiche della concorrenza oligopolistica e della coesistenza della coda lunga.
I principali produttori fanno affidamento sul loro profondo accumulo tecnologico, sulla matrice di prodotti completa e sull’enorme ecosistema esistente per costruire barriere.
Il focus della competizione si è esteso dalle prestazioni e affidabilità dell’hardware alla facilità d’uso del software, all’apertura, alle capacità di analisi dei dati e ai servizi per l’intero ciclo di vita.
Nel contesto di una profonda integrazione IT/OT, la tecnologia PLC sta mostrando molteplici tendenze.
In termini di protocolli di comunicazione, si prevede che la combinazione di Time Sensitive Network (TSN) e OPC UA su TSN unirà lo strato inferiore della comunicazione industriale, raggiungerà la trasmissione deterministica dei dati in tempo reale e l’interoperabilità semantica e romperà le barriere del “camino” dei tradizionali bus di campo.
In termini di architettura informatica, la penetrazione della tecnologia di virtualizzazione nel campo del controllo industriale ha dato origine a soluzioni basate su PLC virtuali o funzioni di controllo containerizzate, migliorando l’utilizzo delle risorse e la flessibilità del sistema.
Anche il paradigma della sicurezza si sta aggiornando. Con l’aumento del grado di interconnessione, la sicurezza della rete è diventata un attributo essenziale dei prodotti PLC, passando dall’isolamento fisico alla difesa in profondità, coprendo più livelli come avvio sicuro, comunicazione sicura, controllo degli accessi e aggiornamenti di sicurezza.
Inoltre, anche l’integrazione dell’intelligenza artificiale sta accelerando. Dal punto di vista edge, il PLC sta integrando chip o moduli di accelerazione AI dedicati per supportare applicazioni intelligenti come l’ispezione visiva in tempo reale, l’analisi audio e l’ottimizzazione dei parametri di processo, realizzando il salto dal “controllo logico” alla “percezione e processo decisionale intelligente”.
Tuttavia, lo sviluppo dei PLC deve affrontare anche alcune sfide. Le sfide principali includono l’equilibrio tra eredità tecnologica e innovazione.
L’enorme sistema di stock e le competenze esistenti degli ingegneri fanno sì che le innovazioni tecnologiche rivoluzionarie si trovino ad affrontare un’enorme inerzia; la contraddizione tra apertura e lock-in ecologico. Sebbene i produttori promuovano standard aperti, cercano comunque di costruire i propri fossati attraverso software e servizi; gli eterni requisiti di sicurezza e tempo reale, mentre si introduce la tecnologia IT, la sicurezza funzionale e la certezza operativa dei sistemi di controllo industriale devono essere garantite incondizionatamente.
Guardando al futuro, PLC introdurrà nuovi sviluppi.
Il suo ruolo verrà ridefinito, evolvendosi da “controller” a “nodo periferico intelligente” e diventando l’intersezione tra flusso di controllo, flusso di dati e flusso di intelligence.
Cambierà anche il modello di sviluppo. La progettazione basata su modelli e la programmazione low-code/no-code possono abbassare la soglia di sviluppo di logiche di controllo complesse e attirare più sviluppatori IT ad entrare nel campo OT.
Allo stesso tempo, i modelli di business basati su abbonamenti e servizi diventeranno più comuni, il valore del software continuerà ad aumentare, l’hardware potrebbe diventare standardizzato e i modelli di business con licenze software e servizi di analisi dei dati come nucleo diventeranno mainstream.
