Worden virtuele PLC’s de standaard?

Al tientallen jaren vormen PLC’s de hoeksteen van industriële automatisering. Sinds de jaren zestig voeren deze kleine apparaten de besturingslogica rechtstreeks op de fabrieksvloer uit en zorgen ze voor een naadloze werking van robots, assemblagelijnen en andere kritieke systemen. Tot op heden zijn de kernprincipes grotendeels ongewijzigd gebleven: gedecentraliseerde hardware verspreid over de fabrieksvloer, met besturingslogica die nauw gekoppeld is aan leveranciersspecifieke apparaten. Sommige grote fabrikanten beginnen dit paradigma echter in twijfel te trekken. Een opvallend voorbeeld: autofabrikant Audi kiest voor virtuele PLC’s. Wordt dat de nieuwe norm?

In 2022 lanceerde Audi zijn Edge Cloud 4 Production (EC4P)-initiatief, een transformatief project dat tot doel heeft de fabrieksbesturing te centraliseren. In plaats van te vertrouwen op meerdere afzonderlijke PLC’s en industriële pc’s, wil Audi met EC4P de besturingslogica consolideren op virtuele PLC’s (vPLC’s) die draaien in datacenters op kilometers afstand van de fabrieksvloer. Virtualisatietechnologie heeft de IT de afgelopen jaren ingrijpend veranderd. IT/OT-convergentie brengt deze technologie nu naar OT. Terwijl fabrikanten hun toekomstige fabrieken voorbereiden op schaalbaarheid, automatisering en onderhoudsvriendelijkheid, volgen leveranciers van PLC’s en PLC-runtime het voorbeeld van de IT-sector en zijn ze begonnen met het aanbieden van vPLC’s.  

Nog in een vroeg ontwikkelingsstadium

Uit onderzoek zijn vier belangrijke technische vereisten naar voren gekomen waaraan leveranciers moeten voldoen voordat vPLC’s harde PLC’s volledig kunnen vervangen: ondersteuning van besturingstaken, functionele veiligheid, overdraagbaarheid van besturingslogica en redundantie. Aan hoe meer vereisten leveranciers voldoen (en verbeteren), hoe volwassener hun vPLC’s worden. Over het algemeen zijn vPLC’s momenteel in staat om basale besturingstaken uit te voeren, met de volgende beperkingen:

• Ondersteuning van besturingstaken: geen enkele vPLC ondersteunt besturingstaken die een uitvoeringstijd van minder dan 1 ms vereisen.
• Functionele veiligheidscertificering: geen enkele vPLC ondersteunt momenteel openbaar functionele veiligheidscertificeringen die vereist zijn wanneer operationele veiligheid van het grootste belang is (IEC 61508 is de fundamentele norm voor functionele veiligheid in elektrische, elektronische en programmeerbare elektronische systemen).
• Overdraagbaarheid van besturingslogica: De meeste vPLC’s kunnen niet naadloos schakelen tussen verschillende runtimes (bijvoorbeeld draaien op de runtime van leverancier A en op die van leverancier B) zonder codewijzigingen, waardoor ze niet echt hardware-onafhankelijk zijn.
• Redundantie: De meeste vPLC’s hebben geen redundantie, dus als er meerdere vPLC’s op een gecentraliseerde server zijn geïnstalleerd en de server uitvalt, vallen ook de vPLC-runtimes en de mogelijkheid om de besturingslogica uit te voeren uit.

Automobielsector loopt voorop

Tot nu toe heeft deze lage maturiteit een bredere  acceptatie beperkt. Toch zijn er volgens het onderzoek early adopters van vPLC’s in de automobielsector, die in 2023 bijna een kwart van de nog zeer prille vPLC-markt uitmaakten. Wat zijn dan de drijfveren die een bredere implementatie kunnen aansturen?

1. Operationele verbetering – vPLC’s kunnen worden beheerd vanuit één centrale interface, waardoor taken zoals updates worden vereenvoudigd en alle PLC-gegevens centraal toegankelijk zijn.
2. Flexibiliteit – Door de runtime los te koppelen van de hardware wordt vendor lock-in voorkomen, waardoor gebruikers applicaties kunnen aanpassen en implementeren op basis van hun eigen vereisten, zonder afhankelijk te zijn van leveranciersspecifieke tools. Bovendien kunnen PLC-runtimes op dezelfde hardware worden geïmplementeerd om aan veranderende operationele behoeften te voldoen zonder dat de hardwarevereisten toenemen.
3. Kostenefficiëntie – Meerdere PLC’s kunnen worden geconsolideerd op één hardwareplatform, waardoor de aanschaf van meerdere fysieke PLC’s overbodig wordt. Bovendien bieden vPLC’s lagere vervangingskosten, omdat alle niet-merkgebonden hardware kan worden gebruikt en het vervangen van een vPLC grotendeels een update is. 

De toekomst voor vPLC’s?

Hoewel fabrikanten zoals Audi vPLC’s gaan gebruiken, bevindt de vPLC-markt zich nog in een zeer pril stadium en vertegenwoordigt deze momenteel slechts een zeer klein percentage van de totale PLC-markt. Tegen 2030 zou een kwart van de nieuwe PLC-verkopen echter virtueel kunnen zijn. Verschillende leveranciers verleggen momenteel de grenzen van virtuele PLC’s, waardoor het mogelijk is dat in 2030 SIL3-certificering kan worden behaald, lage (maar geen hoge) snelheden kunnen worden gegarandeerd en redundantie kan worden ondersteund. Dit betekent dat vPLC’s voor veel fabrikanten een aantrekkelijke optie zullen zijn. Sommige fabrikanten zullen in 2030 echter een hogere mate van maturiteit nodig hebben en zullen daarom nog steeds bedanken voor virtuele PLC’s. Tegelijkertijd zullen veel fabrikanten die zouden kunnen overschakelen op virtuele PLC’s, waarschijnlijk harde PLC’s blijven kopen vanwege hun betrouwbaarheid en lage aanschafkosten.