Rozproszony system sterowania
Z Wikipedii
Rozproszony system sterowania (DCS, ang. distributed control system) – pojęcie związane z automatyką przemysłową. Określa system odpowiadający za sterowania i wizualizację procesu przemysłowego posiadający wspólną bazę danych dla sterowania i wizualizacji (w przeciwieństwie do systemu zbudowanego na bazie SCADA i PLC). Wspólna baza punktów (tagów) daje jednoznaczne określenie w systemie DCS. Oznacza to, że jeśli przypiszemy przetwornikowi ciśnienia nazwę 110_PT-321, będzie to jego unikatowy numer widziany zarówno w wizualizacji, jak i w oprogramowaniu aplikacyjnym, co więcej, niemożliwe będzie nazwanie w ten sposób innego punktu. Genezą powstania takich systemów było komputerowe "zarządzanie" pracą i nastawami regulatorów analogowych.
Dodatkowe cechy DCS (czasami wspólne z PLC) to:
- programowanie przy pomocy zdefiniowanych bloków pomiarowych
- przechowywanie aktualnej dokumentacji dla całego systemu na stacji inżynierskiej DCS
- archiwizacja zdarzeń (nawet kilkuletnia)
- posiadanie redundantnych (zwielokrotnionych) elementów takich jak kontrolery, układy wejść-wyjść, stacje operatorskie
- możliwość załadowania i zmian w programie bez zatrzymywania systemu (procesu)
- sprawna obsługa bardzo dużych obiektów (nawet do 50000 punktów pomiarowych)
- możliwość podłączenia wszystkich typów urządzeń pomiarowych i wykonawczych o różnych standardach komunikacji
Spis treści |
[edytuj] Powstanie i rozwój
Rozproszony system sterowania został wprowadzony po raz pierwszy w roku 1975 przez amerykańską firmę Honeywell pod nazwą TDC 2000 i od tego momentu stał się faktycznym standardem w przemyśle rafineryjnym i chemicznym. Początkowo działanie systemów rozproszonych skupiało się na precyzyjnej regulacji np. regulator PID oraz archiwizacji (trendy). Gwałtowny rozwój automatyki, elektroniki i komputeryzacji wymusił na DCS-ach kolejne funkcje, bez których nie wyobrażamy sobie ich pracy:
- automatyczny dobór nastaw regulatorów (np. DeltaV Tune, czy Loop Scout)
- optymalizacja procesów technologicznych, oparta na sterowaniu zaawansowanym (ang. Advanced Process Control)
- elementy sterowania zaawansowanego jako proste bloki programowe, np.:
- regulatory "rozmyte" (ang. fuzzy logic)
- regulacja predykcyjne (ang. model predictive control, MPC)
- regulatory adaptacyjne
- integracja z siecią informatyczną zakładu, pozwalająca na generowanie raportów produkcyjnych, czy uzależnienie produkcji od stanów magazynowych itp. (na bazie mechanizmu OPC i Ethernetu)
- diagnostyka aparatury kontrolno-pomiarowej na bazie protokołów HART i Foundation Fieldbus, min. diagnostyka zaworów regulacyjnych (patrz ustawnik pozycyjny) np. AMS Inside.
- sieci neuronowe
- pełna integracja z systemem blokadowym
- zastosowanie protokołów cyfrowych takich jak HART, Foundation Fieldbus, Profibus, Modbus RTU, DeviceNet, ASI.
- generowanie raportów bezpośrednio do aplikacji biurowych np. Excel lub do baz danych np. MS SQL.
[edytuj] Zastosowania
Rozproszone systemy sterowania znajdują obecnie szereg zastosowań przemysłowych, wszędzie tam (w odróżnieniu od większości zastosowań sterowników PLC), gdzie mamy do czynienia z procesami ciągłymi. Są to między innymi:
- chemia i rafinerie (Emerson, Honeywell, Yokogawa)
- wytwarzanie energii (Emerson, ABB, Siemens)
- przemysł papierniczy (Metso, Honeywell)
- przemysł spożywczy (Siemens, Emerson)
- przemysł szklarski (Yokogawa, Siemens)
- hutnictwo (ABB, Siemens)
- cementownie (ABB, Siemens)
[edytuj] Struktura systemu DCS
Uproszczoną strukturę systemu DCS przedstawia rysunek po prawej stronie. Aparatura obiektowa, okablowanie, urządzenia wykonawcze (zawory, falowniki) podłączone są w ramach różnych obiektów do stacji procesowych. Stacje procesowe wyposażone w kontrolery i karty wejść wyjść współpracują z magistralą systemową, którą przesyłają informację do stacji operatorskich za pośrednictwem serwera. Funkcją serwera jest zarówno przekazywanie danych jak i ich archiwizacja w postaci plików historycznych. W celu podwyższenia bezpieczeństwa procesu serwer powinien być redundantny. Za konfigurację systemu i nadzór oprogramowania wewnątrz kontrolerów odpowiada stacja inżynierska przechowująca zawsze aktualną dokumentację, umożliwiająca także inne funkcje np. strojenie regulatorów. Jeśli stacje obiektowe wyposażone są w karty cyfrowe odczytujące informacje diagnostyczne (HART, Foundation Fieldbus) diagnostyka aparatury obiektowej może być prowadzona przez stację diagnostyczną np. diagnostyka zaworów regulacyjnych. System komunikuje się ze światem zewnętrznym (siecią zakładową) przy pomocy kolejnego serwera. Zarówno magistrala procesowa, jak i magistrala systemowa są redundantne.
W najnowszych rozwiązaniach systemów sterowania (DeltaV, Metso DNA) producenci rezygnują z serwerów i konfigurują systemy tak, aby wszystkie stacje były równorzędne, a postój serwera nie wpływał na prowadzenie procesu. W takich rozwiązaniach za archiwizację danych i komunikację ze światem zewnętrznym odpowiadają specjalne komputery zwane stacjami aplikacyjnymi.
Niegdyś systemy DCS bazowały na Uniksie (Foxboro) lub własnych systemach operacyjnych, obecnie standardem oprogramowania systemowego jest Microsoft Windows, jednak robione są prace badawcze nad systemem Linux.
[edytuj] Protokoły cyfrowe
W stosowanych protokołach cyfrowych widać obecnie dość duży rozwój DCS-ów. Protokoły Europejskie (Profibus, ASi) są rozwijane w znacznym stopniu przez Siemensa i ABB, natomiast Honeywell, Yokogawa czy Emerson stawiają na Foundation Fieldbus.
- HART obecnie najpopularniejszy standard wejść i wyjść analogowych w DCS-ach. Pozwala na odczytywanie wartości podstawowej w standardzie prądowym 4-20 mA i wartości dodatkowych w standardzie cyfrowym. Umożliwia również diagnostykę aparatury pracującej w oparciu o protokół HART.
- Foundation Fieldbus – protokół w pełni cyfrowy. Umożliwia łączenie jednym przewodem do 32 urządzeń. Poza informacją pomiarową protokół przesyła informacje dotyczące diagnostyki urządzeń, a także umożliwia aplikowanie pętli regulacji np. PID w samych urządzeniach (ang. control in the field).
- Profibus DP – dość stary protokół cyfrowy stosowany do łączenia urządzeń wykonawczych takich jak np. falowniki czy mniejsze urządzenia wykonawcze.
- Profibus PA – podobny do Foundation Fieldbus, lecz bardziej ubogi protokół cyfrowy, obejmujący jednak większą ilość urządzeń.
- Modbus RTU
- DeviceNet
- ASI.
[edytuj] Producenci
Obecnie DCS-y oferowane są na rynku także przez firmy takie jak:
- Yokogawa – Centum, Stardom
- Emerson – DeltaV, Ovation
- Invensys – I/A
- Siemens – PCS7
- Honeywell – Experion
- Metso – Metso DNA
- ABB – Advant OCS, Symphony, Freelance
- General Electric – seria Mark
