Machinebesturing: van plc naar iiot

Ooit was er een tijd dat je een machine bestuurde met een nokkenas. De overgang naar logische schakelingen en later de plc ging niet vanzelf; daar was andere kennis voor nodig. Nu vervangt de industriële iot-computer de plc. Wederom vraagt dat om nieuwe kennis. Egbert-Jan Sol roept iedereen op aan de slag te gaan.

Egbert-Jan Sol
18 september

Bestond een plc eind jaren tachtig uit een 4-bits processor, nu zijn het 64-bits, 4-core microprocessoren. En met moderne hardware en software kan een iiot-computer meer dan een plc-model uit de vorige eeuw. Een iiot-computer is geen elektronische versie van de nokkenas zoals de plc. Met een iiot-computer verricht je i/o-controle, motorbesturing, userinterfacing, dataverzameling, datacommunicatie en straks artificial intelligence en machine learning. Dat doe je niet meer in een gesloten omgeving van een specifieke leverancier, maar met opensource systemen, moderne programmeeromgevingen en datacommunicatiestandaarden.

Een industriële versie van de Raspberry Pi zoals de Kunbus Revolution Pi Core 3+ met 32 Gbyte kost nog maar 209 euro.

Hiervoor heb je kennis nodig over onder meer Linux, OPC-UA, grafische en low-code configuratiesoftware en Python. Die taal gebruik je voor het hele gebied van programmering van i/o, userinterfacing, dataprocessing, datacommunicatie en machine learning. Bij de overgang van nokkenas naar programmeerbare besturingen moest de werktuigbouwer elektrotechnicus worden, nu volgt de transformatie naar computerspecialist. Dit gaat vanzelf voor jongeren die net van een opleiding komen waar ze al langer met Raspberry Pi’s van zestig euro hebben gewerkt. Een standhouder op een plc-beurs omschreef het, net voor corona, als volgt: ‘Je zag steeds meer grijze haren van de plc-generatie, maar sinds kort zie ik weer jongere mensen: de iiot-generatie.’ De technologische ontwikkelingen in het tijdperk van Smart Industry gaan zo snel dat de huidige beroepsbevolking niet kan wachten op voldoende jongeren. Iedereen moet bijscholen. Niemand haalt meer de pensioenleeftijd met alleen oude schoolkennis.

Cyberveiligheid

Het goede nieuws is dat je met een gewone pc, de aanschaf van een Raspberry Pi en ander materiaal ter waarde van honderd euro, internet en Youtube plus zelfstudie zo aan de slag kunt. Een stimulerende omgeving en/of een hulpvaardige collega’s helpen daarbij. Een innovatief ingestelde baas of een vragende klant natuurlijk ook.

Wat nu nog vrijblijvend lijkt, wordt over een aantal jaren door de markt en concurrentie afgedwongen. Waarom nog een duur plc-systeem bouwen als je met een iiot-computer met opensource tools de i/o-besturing, besturing, userinterfacing, datacollectie en communicatie voor zo’n duizend euro kunt maken? De echte kosten zitten in de softwareontwikkeluren, en de besparing dus in hergebruik van softwaremodules.

Natuurlijk, het kost tijd om met Linux, Python, Github en integrated development environments te leren omgaan, maar uiteindelijk ben je net zo snel en waarschijnlijk veel productiever en goedkoper dan met de beperktere klassieke plc-tools. Let op dat je vanaf het begin aan maximale internetbeveiliging doet. Loop er niet voor weg en bouw ook bijvoorbeeld firewallkennis op. Betere cyberbeveiliging van industriële installaties is vandaag de dag ook voor machine- en productiebesturingen een verplichting. Lees het zeer interessante boek ‘Het is oorlog, maar niemand die het ziet’ van Huib Modderkolk en je begrijpt gelijk waarom het meer dan een noodzaak, zelfs een verplichting wordt.

Licentievrije processoren

Elke verandering roept weerstand op. Een persoonlijk verhaal overtuigt misschien meer. Dertig jaar geleden was ik groepsleider bij de plc-ontwikkeling van Philips en lid van de plc-commissie die tot de IEC 61131-standaard heeft geleid. Indirect was ik betrokken bij de ontwikkelingen van plc-veldbussen en later, bij Ericsson, bij ethernet/IP/TCP-ontwikkelingen. In die tijd zag je hoe de http/html-standaard boven op TCP het mogelijk maakte om webapplicaties te maken. Het succes van die ontwikkeling (Microsoft, Amazon) en later de overgang naar de mobiele apps (Google, Apple) is veel groter dan de gesloten oplossingen en het beperkte succes in de machinebesturingswereld.

Met vrij beschikbare kennis op internet en wat goedkope hardware kan iedereen iiot-specialist worden.

Nu, na dertig jaar, is de tijd rijp voor een soortgelijke ontwikkeling bij machinebesturingen en industriële controlesystemen voor de inzet van standaarden als OPC-UA en opensource oplossingen. Toegegeven, vijf à tien jaar geleden zou ik dat nog niet hebben aangedurfd. Linux als opensource besturingssysteem is nu echter de standaard voor praktisch alle (embedded) computersystemen. Zelfs MacOS en Windows werken op commando-prompt-niveau met de Linux-commando’s. Programmeertalen als Python zijn vele malen krachtiger en worden anno 2020 beter ondersteund dan dertig jaar terug bijvoorbeeld een taal als C.

Alleen processoren zijn nog net niet opensource. Ze zijn of op Arm of op Intel gebaseerd, maar er wordt hard gewerkt aan licentievrije processoren op basis van Risc-V en Open-Power. Dankzij de wet van Moore en opensource hardware zal iiot-hardware nog goedkoper en krachtiger worden. Nu al heb je voor zestig euro een Raspberry Pi met 4-core Arm (nog steeds licentiekosten) met 4 GB Ram en 4K schermondersteuning, opensource Linux en een toetsenbord, muis en scherm – een volwaardige pc. En met een Nvidia Jetson-ai-computer met dezelfde Arm-processor, Linux en Python (400 euro) bouw je de krachtigste machine learning- en beeldpatroonherkenningsapplicaties. Een industriële versie van de Raspberry Pi (temperatuurbestendig en beveiligd voor kortsluiting en stroompieken) zoals de Kunbus Revolution Pi Core 3+ met 32 GB kost nog maar 209 euro.

Aan de slag

Zien is geloven. Op Youtube, vindbaar onder de naam Smart Industry Talks, en op de site van Smart Industry staat een serie van tien video’s, elk van rond de tien minuten, waarin alles wordt gedemonstreerd. In die video’s wordt een eenvoudige i/o-applicatie (met een temperatuursensor) in Python zowel op een Raspberry Pi als op de Revolution Pi uitgewerkt inclusief de programmering van een gebruikersinterface en communicatie via OPC-UA.

Video’s 8 en 9 gaan in op cybersecurity en leggen tot in detail uit hoe je een industriële besturing of productielijn beveiligt met een firewall, alleen open voor OPC-UA-communicatie.

Heb niet de illusie dat je klaar bent na het bekijken van honderd minuten video. De overgang van de plc-wereld naar iiot-besturingen vergt veel zelfstudie, tijd en het overwinnen van weerstand. Er zijn nog steeds nokkenas-besturingen, kijk maar in de automotor. En er zullen ook specifiek plc-toepassingen blijven. Maar de brandstofinspuitpomp van een auto zit niet meer vast aan de nokkenas; hij wordt elektronisch geregeld om flexibeler en efficiënter met brandstof om te gaan. En zo ook zullen steeds meer machinebesturingen met een iiot-computer worden gerealiseerd, bijvoorbeeld om klaar te zijn voor realtime productie en een inzichtelijke fabrieksketen, of om in de toekomst zinvolle ai-toepassingen te realiseren. Nu is de tijd, zeker met de coronabeperkingen, om zo snel mogelijk kennis op te doen. Met de vaardigheid om op internet een paar zoekopdrachten in te typen en met wat goedkope hardware kan ook een plc-specialist zelf aan de slag gaan om een iiot-vakman worden.

Egbert-Jan Sol is vanuit TNO werkzaam als programmadirecteur bij Smart Industry, een initiatief van FME, Metaalunie, KvK, Min EZK en TNO.