Разпределени системи за управление на технологични процеси

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8, 2012

Разпределени системи за управление на технологични процеси

Етапи в развитието, възможности за интеграция с други платформи за управление и влиянието на съвременните ИТ тенденции

  Разпределените системи за управление (Distributed control systems - DCS) традиционно са възприемани като системи за процесен контрол, докато програмируемите логически контролери (PLCs) са предпочитан метод за постигане на високоскоростен контрол върху дискретното производство. С последните достижения в развитието на разпределените системи за управление обаче тези граници започват да се размиват. Новите архитектури предлагат комбинираната функционалност на процесно и високоскоростно дискретно управление чрез една-единствена платформа. DCS топологиите се развиват като средство за обединяване на множество различни и разпределени оперативни процеси в единна среда за контрол. Те се фокусират върху следенето на множество входящи променливи и изключително сложни алгоритми за управление, като същевременно се стремят да поддържат опростен потребителски интерфейс.

Нарастващите потребности на преработващата промишленост изискват отделните приложения на дискретната автоматизация да бъдат интегрирани в общата топология на завода. Тези изисквания са в основата на развитието на единични архитектури за контрол, които включват изграждането на мрежи и управлението на тези дейности в завода, които обикновено са извън обхвата на процесния контрол. За разлика от традиционните DCS, ключовите изисквания на подобен тип интегрирани архитектури включват предоставянето на едно общо решение за широк кръг от потребители - от операторите и инженерите до мениджърите на предприятието, и способността да предлагат пълна модулност и мащабируемост, за да отговорят на нуждите на големите индустриални мрежи за автоматизация.

Ролята на PAC в развитието на DCS
Напредъкът в развитието на процесните контролери (PAC) позволи комбинирането на функционалността на дискретния, задвижващ, обезопасяващ и процесен контрол в една платформа за управление. Като концепция PAC съчетават високите изисквания към средствата за управление, дължащи се на сложността на индустриалните процеси. Освен базовите  функции, характерни за програмируемите логически контролери, PAC се характеризират с разширени управляващи възможности, включително обектно ориентирано отворено управление и мрежова поддръжка. Това позволи всички контролни функции на DCS да могат да бъдат постигнати заедно с произтичащите от мултидисциплинарния контрол, мащабируемостта и модулността ползи.

В основата на новото поколение DCS решения стоят мултифункционалните PAC, които предлагат всички необходими функционалности за процесно и дискретно управление. С разработването на пакетно, предварително конфигурирано и специализирано решение, което включва интегриран PAC, съвременен производствен софтуер, както и усъвършенствани системи за визуализация (HMI), може да се постигне разпределено управление, като в същото време се поддържат гъвкавост, модулност и мащабируемост, типични за PLC архитектурата.

Интеграция на DCS и PLC системи
Поради търговските и технически характеристики на традиционните DCS и PLC системи, използвани в миналото, много предприятия все още работят с две или повече отделни системи, състоящи се от DCS и PLC платформи. Като цяло този подход не е рентабилен. Монтажът, експлоатацията и поддръжката на паралелни системи са скъпоструващи мероприятия, които освен това налагат ограничения при интеграцията на контрола върху всички процеси.

Голяма част от фирмите, които използват DCS системи за процесното управление и PLC-та за дискретните операции, вече започнаха да възприемат възможността да интегрират всички функции за контрол в една-единствена платформа. Това съчетава предимствата и на двете системи - лесен за употреба интерфейс, широка функционалност и гъвкавост на интегрираните архитектури за контрол. Освен това сливането на самостоятелните системи означава, че мениджърите на предприятието ще могат по-лесно да анализират информацията за индустриалните процеси, което ще улесни вземането на по-целесъобразни решения и подобряването на работата на завода.

Възможността за интеграция на всички контролни и информационни системи в предприятието е ключов елемент във функционалността на новите DCS решения. Тя се простира отвъд управлението на процесни и дискретни производства, безопасността, контрола и конфигурацията на задвижвания, поддръжката и системите за управление на активи, складовите и финансови бизнес системи и системите, следящи изпълнението на производствените процеси (Manufacturing Execution Systems - MES). Ползите, които индустрията би могла да получи от единна платформа за управление с тази гама от възможности са огромни. Това ще улесни инженерната общност и може значително да намали разходите за функциониране и поддръжка. Освен това една-единствена платформа за управление изисква един пакет за обучение, улеснява поддържането на един набор от резервни части и осигурява единен интерфейс за по-нататъшното интегриране с други системи. Но най-голямото предимство на единната операционна платформа, е по-голямата ефективност. В резултат на прилагането й се улеснява извличането на информация в реално време, което е критично за вземането на решения и предприемането на своевременни действия. Поради тази причина платформата трябва да поддържа широка гама от стандартни мрежови протоколи, което ще гарантира възможността за прехвърляне на информация в цялата система.

Бъдещето на единните платформи
Както традиционните DCS системи изискват просто конфигуриране от страна на потребителя вместо програмиране, така и новото поколение DCS решения са оборудвани с вградени библиотеки и често използвани шаблони. Използването на шаблони значително опростява преконфигурирането на системата в случай на промяна или разширяване на системните изисквания с течение на времето. Също така, модулният дизайн на новите системи позволява добавянето на нови функции, винаги когато е необходимо. Всички споменати предимства доведоха до ръст в усвояването на новите разпределени системи за управление през последните няколко години. С течение на времето се очаква, че дори и най-непримиримите фенове на DCS ще приемат, че новото поколение решения за децентрализиран контрол представляват жизнеспособна и полезна алтернатива на традиционните DCS системи.

С новите си характеристики, демонстриращи сравними или по-високи нива на оперативна стабилност, DCS системите от ново поколение ще донесат значителни ползи за всички традиционни DCS процесно ориентирани приложения като нефтен и газов сектор, минно дело, химическа и хранително-вкусова промишленост, пречистване на отпадни води и др.

DCS и съвременните ИТ тенденции
Тенденциите в развитието на разпределените системи за управление неминуемо са повлияни от напредъка в информационните технологии. Както и останалите платформи за автоматизация, DCS са засегнати от сървърната виртуализация, смартфоните, таблетите и други мобилни технологии. От няколко години DCS доставчиците предлагат интеграция с виртуални сървъри, която за момента служи главно за развойна дейност и за симулации в обучението по автоматизация. Виртуализацията все още не е приложима за всички части на DCS и има случаи, в които специализираният хардуер е по-подходящ за изпълнението на дадена задача. Пример за това са контролерите за управление, от чиято скорост и висока надеждност зависят правилната експлоатация и безопасността на оборудването. От своя страна, виртуалните сървъри могат да бъдат добър избор за офлайн приложения като например конфигурация, симулации и обучение.

Мобилни технологии
Технологичните оператори в производството, също като потребителите на смартфони, увеличават зависимостта си към достъпа до данни навсякъде и по всяко време. DCS доставчиците отговарят на тези нужди чрез предоставянето на технологии за мониторинг и контрол на процесите, достъпни от мобилни устройства като таблети и смартфони. Според специалистите, тенденцията към повишаване на мобилността ще придобива все по-голямо значение и ще бъде определяща за технологичното развитие на устройствата през следващите години.

Облачен компютинг
Съществуват много идеи относно възможностите за преместване на някои DCS приложения "в облак", но засега остават в сферата на теорията. Експертите смятат, че в крайна сметка избрани DCS приложения може би ще се преместят в частни, а в някои случаи, дори и публични "облаци", но засега крайните потребители са предпазливи и скептично настроени към подобен род действия. Приложението на облачния компютинг в индустриалната автоматизация за момента се ограничава до MES и PPS системите, както и в сферата на превантивната поддръжка, която изисква всеки параметър и работна характеристика на машините в производството да бъдат наблюдавани и анализирани, което в повечето случаи е трудно изпълнима задача, изискваща големи капиталови инвестиции. Доставчикът на облака използва по-мощни изчислителни ресурси и статистически модели за анализ на данните в много по-кратки срокове, което се доближава до анализа в реално време. Анализите в реално време изискват съответните значителни оперативни разходи, които компаниите обикновено не могат да си позволят. Друга важна част от облачните приложения е управлението на складовите наличности. Данните в реално време и облачната архитектура значително ще намалят проблемите с изчерпването на стоки и изтичането на срока на годност. Трудностите по осигуряването на защитни стени и антивирусни програми също отпадат. По този начин може да се постигне значително намаляване на инвестициите, а така също и на оперативните разходи.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top