Kiểm soát Tương lai: 7 Xu hướng trong Hệ thống Điều khiển Công nghiệp

Hệ thống kiểm soát công nghiệp (ICS) là xương sống của ngành công nghiệp hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành và quản lý nhiều quy trình. Thông qua sự kết hợp của phần mềm và phần cứng, những hệ thống này giám sát và điều chỉnh máy móc, dây chuyền sản xuất và các hoạt động quan trọng khác. Khi chúng ta tiến xa hơn vào kỷ nguyên Công nghiệp 4.0, rõ ràng là chúng ta càng phụ thuộc nhiều vào sự tiến bộ của các linh kiện điện tử để nâng cao và hiện đại hóa những hệ thống kiểm soát công nghiệp này.

Trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng ngày nay, cả bản chất của hệ thống kiểm soát công nghiệp và các thành phần quan trọng của chúng đều không ngừng tiến triển. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kỹ sư điện tử cần phải cập nhật về xu hướng mới nhất, công nghệ và đổi mới linh kiện.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ nêu bật năm loại hệ thống kiểm soát chính và các thành phần chính của chúng, sau đó chúng tôi sẽ đi sâu vào bảy xu hướng định hình thế giới của kiểm soát công nghiệp. Bằng cách hiểu và tận dụng những hệ thống và xu hướng này, kỹ sư có thể tối ưu hóa dự án của mình, dẫn đến các giải pháp đổi mới và hiệu quả hơn.

Loại Hệ thống Kiểm soát Công nghiệp

Hệ thống điều khiển công nghiệp có nhiều định dạng chuyên biệt, mỗi loại được thiết kế để phục vụ các nhu cầu cụ thể trong lĩnh vực công nghiệp rộng lớn. Một trong những nền tảng của lĩnh vực này là Bộ điều khiển lập trình (PLC). PCS là những máy tính mạnh mẽ được thiết kế riêng cho môi trường công nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển nhiều quy trình sản xuất. Tích hợp trong chức năng của chúng là vi xử lý đảm nhận xử lý dữ liệu, hệ thống I/O mô-đun cho phép cấu hình linh hoạt, mô-đun Ethernet đảm bảo kết nối liền mạch, và bộ nhớ không bay hơi đảm bảo giữ dữ liệu.

Sau đó là Hệ thống Kiểm soát Giám sát và Thu thập Dữ liệu (SCADA). Những hệ thống này tỏa sáng trong các tình huống cần giám sát và quản lý các quy trình lớn, đặc biệt trong các ngành như xử lý nước và phân phối điện. Hiệu quả của chúng được cung cấp bởi mô-đun thu thập dữ liệu, chip giao tiếp không dây hỗ trợ truyền dữ liệu từ xa, và màn hình HMI cảm ứng tăng cường tương tác và phản hồi từ người dùng.

Một loại hệ thống quan trọng khác trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp là Hệ thống Điều khiển Phân tán (DCS). Được thiết kế để phục vụ các quy trình trong các khu vực hoặc cơ sở riêng biệt, DCS tìm thấy vị thế của mình đặc biệt trong các quy trình sản xuất liên tục. Khả năng của chúng được tăng cường bởi bộ xử lý tốc độ cao, mô-đun giao tiếp dự phòng, và sự tích hợp của chip AI cho phép thực hiện các nhiệm vụ phân tích phức tạp.

Một cầu nối giữa người vận hành và máy móc phức tạp, Giao diện Máy người (HMIs), không thể bỏ qua. Những giao diện này đóng vai trò như một cửa sổ, cung cấp cái nhìn thời gian thực về dữ liệu và các chỉ số hiệu suất hệ thống. Hiệu quả của chúng được củng cố bởi GPU mạnh mẽ điều khiển màn hình độ nét cao, mô-đun cảm ứng điện dung cho trải nghiệm người dùng trực quan, và hệ thống nhúng tích hợp mượt mà.

Bài tổng quan của chúng tôi về các loại ICS chính sẽ không đầy đủ nếu thiếu Máy tính công nghiệp. Đây là những máy tính được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng công nghiệp, cung cấp hiệu suất vững chắc ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt. Chúng được trang bị các tính năng như ổ SSD chống sốc, hệ thống quản lý nhiệt độ tiên tiến để chịu đựng nhiệt độ biến đổi, và giao diện I/O đa năng để kết nối nhiều thiết bị.

Những cải tiến và đổi mới trong các hệ thống điều khiển công nghiệp này được thúc đẩy bởi sự tiến bộ trong linh kiện điện tử. Với mỗi bước nhảy vọt về công nghệ, từ vi xử lý và cảm biến được cải thiện đến các mô-đun giao tiếp tiên tiến, hiệu quả và khả năng của các hoạt động công nghiệp được nhân lên gấp bội.

Xu hướng Nổi bật trong Hệ thống Điều khiển Công nghiệp

Các hệ thống điều khiển lập trình như hệ thống PLC và DCS đã có mặt hơn nửa thế kỷ. Tuy nhiên, chúng vẫn tiếp tục được nâng cấp hàng năm, nhờ vào sự tiến bộ nhanh chóng như vi xử lý nhanh hơn, bộ nhớ mở rộng và chức năng cao hơn. Công ty nghiên cứu Mordor Intelligence dự báo một tăng trưởng CAGR mạnh mẽ 8.9% cho thị trường hệ thống điều khiển công nghiệp từ năm 2023 đến 2028, cho thấy tương lai hứa hẹn của ngành.

Dưới đây là bảy xu hướng có ảnh hưởng đến điều khiển công nghiệp hiện nay:

1. Internet vạn vật & Công nghiệp 4.0

Xu hướng đáng chú ý nhất là sự kết hợp giữa thiết bị Internet vạn vật (IoT) và Công nghiệp 4.0. Xu hướng này mang lại cho kỹ sư điện tử cơ hội thiết kế và triển khai các hệ thống thông minh và kết nối cao hơn. Bằng cách sử dụng cảm biến được kích hoạt bởi IoT và các thành phần hỗ trợ kết nối, kỹ sư có thể thu thập dữ liệu thời gian thực và đạt được khả năng giám sát và kiểm soát tốt hơn. Phương pháp tiếp cận dựa trên dữ liệu này giúp kỹ sư tối ưu hóa thiết kế của mình, cải thiện hiệu quả và triển khai các chiến lược bảo dưỡng dự đoán, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể của các hệ thống công nghiệp.

2. Tính toán tại biên

Xu hướng khác mà kỹ sư điện tử nên chú ý đến là sự phát triển của tính toán tại biên. Được thúc đẩy bởi việc xử lý dữ liệu nhanh hơn và độ trễ thấp, tính toán tại biên cho phép kỹ sư thực hiện các phép tính gần hơn với nguồn dữ liệu, giảm thiểu độ trễ trong truyền dữ liệu và tăng cường quyết định thời gian thực trong các ứng dụng công nghiệp quan trọng. Bằng cách tích hợp bộ xử lý, mô-đun bộ nhớ và hệ thống quản lý năng lượng cao cấp, kỹ sư có thể hiệu quả triển khai giải pháp tính toán tại biên với khả năng phản hồi nhanh, giảm tải mạng và tăng cường tự chủ.

3. An ninh mạng

An ninh mạng là một khía cạnh quan trọng của các hệ thống điều khiển công nghiệp hiện đại. Khi những hệ thống này trở nên kết nối chặt chẽ hơn, việc bảo vệ chúng khỏi các mối đe dọa mạng trở nên ngày càng quan trọng. Bằng cách tích hợp các chip và linh kiện mới có tính năng bảo mật tích hợp, các kỹ sư có thể đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu quan trọng. Ngoài ra, việc thực hiện các giao thức bảo mật mạnh mẽ trong thiết kế của họ cho phép giao tiếp và xác thực an toàn, bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công mạng tiềm ẩn.

4. Trí Tuệ Nhân Tạo & Học Máy

Trí Tuệ Nhân Tạo (AI) và Học Máy (ML) đang làm thay đổi cách mạng các hệ thống điều khiển công nghiệp bằng cách kích hoạt thế hệ tiếp theo của bảo dưỡng dự đoán và tối ưu hóa. Các kỹ sư điện tử có thể khai thác sức mạnh của AI và ML bằng cách tích hợp các chip và linh kiện chuyên biệt vào thiết kế của họ. Những linh kiện này hỗ trợ xử lý dữ liệu nhanh hơn, nhận dạng mẫu cải thiện và năng lực ra quyết định tốt hơn. Bằng cách tận dụng công nghệ AI và ML, các kỹ sư có thể phát triển các hệ thống thông minh có khả năng thích ứng linh hoạt với điều kiện thay đổi, nhận diện bất thường và tối ưu hóa hoạt động. 

5. Sản Xuất Xanh và Bền Vững

Bằng cách chọn các thành phần tiết kiệm năng lượng và vật liệu bền vững, các kỹ sư có thể giúp giảm tiêu thụ năng lượng và giảm thiểu tác động môi trường của các hệ thống điều khiển công nghiệp. Việc tích hợp những thành phần này vào thiết kế không chỉ phù hợp với xu hướng toàn cầu về thực hành thân thiện với môi trường mà còn giúp các ngành công nghiệp đạt được mục tiêu bền vững của họ. Thông qua những lựa chọn ý thức của mình, các kỹ sư điện tử đóng góp vào sự bền vững tổng thể của các hoạt động công nghiệp, mở đường cho một tương lai xanh hơn.

6. Công nghệ Không Dây

Công nghệ không dây đang biến đổi các hệ thống điều khiển công nghiệp, mang lại cho các kỹ sư điện tử sự linh hoạt và di động chưa từng có. Các kỹ sư có thể tận dụng các thành phần truyền thông không dây đáng tin cậy, như các mô-đun không dây tiết kiệm năng lượng và các giao thức truyền thông mạnh mẽ, để thiết kế các hệ thống với khả năng kết nối không dây liền mạch và đáng tin cậy. Các kỹ sư điện tử có thể tận dụng những công nghệ này để tạo ra các hệ thống linh hoạt và có khả năng thích ứng, có thể dễ dàng triển khai và mở rộng để đáp ứng các yêu cầu công nghiệp đang phát triển.

7. Hệ thống Mô-đun và Có khả năng Mở rộng

Trong kỷ nguyên của các hệ thống mô-đun và có khả năng mở rộng, các kỹ sư điện tử có thể thiết kế các hệ thống điều khiển công nghiệp dễ dàng mở rộng và thích ứng với nhu cầu thay đổi. Bằng cách sử dụng các thành phần mô-đun, các kỹ sư có thể nhanh chóng tích hợp hoặc thay thế các mô-đun cụ thể để đáp ứng các chức năng mới hoặc nâng cấp. Tính mô-đun này tạo điều kiện cho sự linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống, cho phép các kỹ sư hiệu quả thích ứng thiết kế của họ với các yêu cầu đang phát triển. Các kỹ sư điện tử cũng có thể áp dụng các phương pháp cắm và chạy để đơn giản hóa việc tích hợp hệ thống, giảm thời gian phát triển và cho phép mở rộng hoặc chỉnh sửa một cách liền mạch.

Nhìn về tương lai

Tóm lại, việc giữ một bước chân trên cả xu hướng hàng đầu trong điều khiển công nghiệp và các hệ thống cơ bản cùng các thành phần của chúng là điều cực kỳ quan trọng đối với các kỹ sư điện tử. Việc tiếp nhận những phát triển này đảm bảo rằng các kỹ sư có thể liên tục tạo ra các thiết kế được cải thiện và sản phẩm cuối cùng ưu việt. Mỗi xu hướng và tiến bộ đều mang lại cơ hội mới, đẩy giới hạn của những gì có thể thực hiện và liên tục định hình tương lai của các hệ thống điều khiển công nghiệp.