La virtualizzazione non è un argomento nuovo. Negli anni ’60 fu introdotta per la prima volta una soluzione virtuale in un mainframe. Dall’inizio del 2000, questa tecnologia è stata sempre più utilizzata ed è ora applicata in molte aziende. In questo contesto, Phoenix Contact ha sviluppato un sistema basato su controllori virtuali per l’automazione. Quali vantaggi offre questa soluzione se configurata come nucleo dell’automazione di fabbrica?
Già nel 2023, lo specialista dell’automazione di Blomberg ha informato i visitatori della fiera SPS di Norimberga sulle sue attività in materia di controllo virtuale. Esso consente una crescente convergenza tra IT e OT, nonché una maggiore flessibilità e scalabilità delle soluzioni di automazione.
Indice degli argomenti
I controllori virtuali
I controllori virtuali sono sistemi basati su software, che assumono le funzioni dei tradizionali controllori basati su hardware. Funzionano su hardware standard, ad esempio PC industriali o server, ed utilizzano tecnologie di virtualizzazione come i container o gli hypervisor per gestire più controllori su un’unica piattaforma hardware. Il vantaggio principale del controllore virtuale rispetto ad un classico PLC collegato all’hardware risiede nella sua flessibilità e quindi nel suo utilizzo in applicazioni grandi e complesse.
Il controllore Virtual PLCnext Control dell’azienda si basa sulle funzioni dell’affermato controllore PLCnext Control ed espande la gamma PLCnext Technology, l’ecosistema aperto di Phoenix Contact per le esigenze attuali e future dell’automazione, che consente di combinare i compiti di automazione ed i requisiti IoT in un unico dispositivo. Oltre all’hardware di controllo, l’ecosistema comprende la piattaforma software modulare PLCnext Engineer, il marketplace digitale PLCnext Store, la community PLCnext Community per la condivisione delle competenze, e l’opzione dell’integrazione sistemica del cloud.
Per quanto riguarda l’automazione, il controllore virtuale continua ad offrire le consuete funzioni di un controllore PLCnext, ovvero supporta, oltre ai comuni protocolli industriali, anche sistemi fieldbus, come Profinet o Modbus TCP/IP, per l’integrazione di accoppiatori bus e moduli I/O nella soluzione di automazione.
Integrazione del classico hardware del PLC
Virtual PLCnext Control si distingue, tra l’altro, per la sua flessibilità. Il sistema di controllo basato su software è implementato direttamente sulla struttura del server Linux già in esecuzione o su un PC industriale. Parametri come la frequenza di aggiornamento Profinet o il numero di dispositivi Profinet collegati possono essere configurati liberamente per soddisfare le esigenze della rispettiva applicazione in modo preciso ed economico.
Sorge la domanda se un sistema di controllo virtuale di questo tipo possa effettivamente controllare un importante impianto di produzione in cui l’affidabilità è elemento indispensabile. Dopo tutto, il classico hardware del PLC funge solitamente da “cuore” della macchina o dell’impianto. La risposta è SI, in ogni caso. Un sistema di controllo classico consiste sostanzialmente anche in componenti per PC (industriali). In questo caso, il software è installato direttamente sul PLC e non può essere modificato in modo significativo.
Il disaccoppiamento dell’hardware in direzione del software non deve comportare svantaggi in termini di automazione. Il cuore della macchina o dell’impianto può essere trasferito in strutture server ad alte prestazioni in un quadro IT. L’hardware, gli accoppiatori bus e i moduli I/O rimangono nel sistema di produzione. Questo è particolarmente utile in impianti di grandi dimensioni o per applicazioni non convenzionali in cui i dati devono essere raccolti ed elaborati localmente: il termine chiave qui è “applicazioni edge”. A questo punto è importante ricordare che: il controllore virtuale non sostituisce l’hardware classico del PLC, piuttosto andrà ad integrare i componenti essenziali di una gamma prodotti di automazione.
Una piattaforma ottimale per dispositivi edge
Il controllore virtuale, tuttavia, consente molto di più della semplice sostituzione dell’hardware classico del PLC e dell’utilizzo flessibile su strutture server di grandi dimensioni. Ne beneficia anche l’argomento edge, dove il termine “edge” si riferisce all’uso e all’analisi dei dati locali. Finora questo processo è stato rigorosamente separato dall’automazione, soprattutto dal punto di vista hardware e software. Grazie alla virtualizzazione delle funzioni di controllo, nulla ostacola l’interazione tra IT e OT. Dal punto di vista dell’IT, il familiare sistema operativo può essere utilizzato per filtrare ed analizzare le applicazioni o utilizzare algoritmi tramite l’intelligenza artificiale (AI). In questo modo, si genera valore aggiunto dai dati locali.
Sul lato OT, il sistema di controllo virtuale non ha nulla da invidiare ad un sistema di controllo classico, grazie all’utilizzo del software di automazione PLCnext Engineer. Ciò significa che l’istanza competente, come il reparto IT di un’azienda che amministra il PC, continuerà a lavorare anche in futuro nell’ambiente familiare e non sarà necessario che i dipendenti debbano essere formati su una nuova soluzione. I modelli di licenza e le strutture quantitative personalizzate consentono di utilizzare il controllo virtuale sia in applicazioni con requisiti elevati sia in progetti semplici e sensibili ai costi. Non c’è alcun rischio di dover utilizzare un PLC sovradimensionato all’inizio del progetto per coprire tutte le possibili espansioni future.
Starter kit basato su un PC industriale compatto
Un tangibile container virtuale basato su software? Una contraddizione in termini! Vero, ma, per creare uno starter kit per il mondo dei controllori virtuali, alla fiera di Hannover 2025 Phoenix Contact presenterà VL3 UPC Edge. Il dispositivo si basa su un PC industriale compatto, con il quale i vantaggi descritti possono essere combinati in modo ottimale in un dispositivo edge. Oltre al consueto sistema operativo Linux, facile da usare, sono preinstallati un container runtime nonché il controllore Virtual PLCnext Control per l’implementazione immediata di una soluzione di automazione.
I dati vengono raccolti nel noto ambiente IEC61131. Per la successiva valutazione è disponibile il familiare ambiente Linux con tutte le estensioni software e le applicazioni PLCnext. Grazie all’utilizzo di una CPU Intel Atom quad-core ad alte prestazioni e di 16 GB di RAM, anche le procedure di analisi più complesse possono essere eseguite localmente sull’hardware, ossia direttamente nel punto di origine dei dati. Questa soluzione non è indipendente dall’hardware come l’acquisto di un container PLCnext. Tuttavia, la semplice messa in funzione di una versione desktop Linux offre vantaggi anche in termini di espandibilità e facilità d’uso del sistema di controllo virtuale rispetto ai sistemi di controllo classici, piuttosto minimalisti e isolati.
Convergenza di IT e OT
L’impiego di un sistema di controllo virtuale avvicina ancora di più i mondi OT e IT nelle aziende di produzione. Mentre i dipendenti non sono costretti ad adeguare progettazione e programmazione, il componente di controllo può essere configurato in modo ottimale dal punto di vista dei costi e con precisione per lo scopo previsto. Non ci saranno cambiamenti neanche per gli utenti orientati all’IT; al contrario, gli adattamenti saranno eliminati.
Un sistema di controllo aperto come PLCnext Control consente da tempo l’installazione di software o applicazioni ulteriori. Grazie al controllore indipendente dall’hardware, gli utenti possono ora utilizzare in modo intuitivo un sistema operativo familiare con un supporto semplice per tutte le interfacce. Questi vantaggi, in particolare, fanno sì che il controllore virtuale apra la strada ad ulteriori importanti progressi per le applicazioni edge, in cui i dati vengono raccolti tramite strumenti OT e analizzati localmente sul dispositivo. La virtualizzazione del sistema di controllo si sta dimostrando lungimirante e può essere particolarmente efficace negli impianti di grandi dimensioni. Invece di installare nella macchina o nell’impianto un PLC più grande possibile, spesso sovradimensionato, il container può essere adattato in base ai nuovi requisiti per future espansioni, a seconda dell’applicazione.
