Чем pc based control отличается от автоматизации с помощью plc и dcs
Обновлено: 05.07.2024
PLC + SCADA vs DCS
Пора и такую ветку начинать :)PLC + SCADA - плюсы:
1. Возможность полноценного использования языков программирования стандарта МЭК 601131-3.
2. Возможность самостоятельно организовать обмен между PLC и SCADA.
3. Возможны любые изменения внешнего вида HMI по требованию заказчика.
4. Менее требовательны к ресурсам и количеству используемых ПК в системе.
5. Простая инсталляция по сравнению с DCS.
Кто продолжит? Хард - это то, что можно швырнуть об стенку, а софт - это то, что можно лишь обматерить. Если бы все было так, то DCS не имела бы шансов на существование. Что-то ты не договариваешь)) Правильно поставленная задача – уже наполовину решенная
Все вышеперечисленные плюсы далеко не очевидны. Почему в DCS языки программирования "неполноценны"? Почему в DCS по умолчанию отсутствует возможность самостоятельной организации обмена? Почему HMI нельзя изменить? И т.д. и т.п.
Очевидный плюс - скада как правило дешевле в приобретении. Зато инжиниринг дороже - адресочки вбивать надо два раза - один раз в PLC, другой раз в скаду. И так каждый раз.
Хард - это то, что можно швырнуть об стенку, а софт - это то, что можно лишь обматерить.Плюсы DCS:
1. Как правило, языки более высокого уровня, чем в связке PLC+SCADA.
2. Возможность распределения выполняемых программ между несколькии PLC для балансировки нагрузки (не во всех DCS).
3. Стандартизация внешнего вида на всех АРМ оператора.
4. Меньше нужно напрягаться для организации стандартных коммуникаций.
5. Как правило, меньше способствует разрастанию "зоопарка" оборудования.
6. Как правило, более дружелюбны к организации резервирования.
В общем, надо смотреть то, что необходимо, выбирая между полюсами:
1. "Зоопарк" оборудования и программ при относительной дешевизне и постепенном внедрении.
2. Огромная стандартная система, одинаково сделанная, одинаково выглядящая, одинаково запрограммированная, инсталлированная сразу и за большие деньги.
Сравнение PLC, PAC и IPC
Управляющие системы, которые используются в настоящее время, стали мощнее и гибче, они проще конфигурируются и программируются, а также проще организованы в части решения вопросов коммуникации. Однако огромное количество имеющихся на рынке предложений подобных устройств может привести потенциального потребителя в полное замешательство. Понимание достоинств, ограничений и совместимости различных предложений позволит инженеру принять взвешенное решение при выборе из множества программируемых логических контроллеров (Programmable Logic Controller, PLC), программируемых контроллеров автоматизации (Programmable Automation Controller, PAC) или индустриальных компьютеров (Industrial PC, IPC).
Контроллеры как замена реле
До конца 60-х годов для управления отдельными функциями управляющие системы содержали реле и независимые контроллеры контура управления аналоговой частью системы. Использование этих узлов было источником значительных проблем, так как они требовали очень больших объемов для размещения реле в шкафах управления, дорогого и длительного процесса внесения изменений в схему, а также буквально титанических усилий для поиска и ликвидации неисправностей.
В начале 70-х годов прошлого века были созданы PLC, которые стали широко применяться в промышленных приложениях, заменив собой системы, использующие реле. Первые PLC имели большие размеры, однако все равно они занимали меньше места, чем целые стены из реле, а их программирование проводилось с помощью отдельного терминала. Их недостатком был ограниченный набор команд.
| Конфигурирование и первый запуск — самый трудный период, в течение которого приходит понимание, подходит или не подходит выбранная платформа для данного применения. |
В конце семидесятых на смену управления отдельными цепями пришли распределенные системы управления (Distributed Control System, DCS), которые привнесли централизованный процесс управления в контролируемое ими окружение. Система типа DCS, как правило, содержит множество стоек ввода/вывода (I/O), которые находятся в непосредственной близости от управляемого устройства, а также персональный компьютер для визуализации и управления. Системы визуального контроля и ввода данных являются неотъемлемой частью DCS и используются для контроля и управления процессами. В начале 80-х годов PLC начинают использоваться в качестве промежуточного звена между DCS и стойками компонентов распределенного управления.
Контроллеры типа PLC имели множество преимуществ, таких как усовершенствованная система управления питанием, увеличенная память, улучшенные операции с битами и уменьшенный размер по сравнению с другими компонентами. Эти преимущества положили начало их классификации уже как систем автоматизации, которые были далеки от начальной концепции PLC. Так, в настоящее время мы имеем еще две группы устройств — PAC и IPC, которые, наследуя основные концепции PLC, сформированные еще в начале семидесятых, имеют новые возможности и функции, отличающие их от оригинальных программируемых контроллеров.
На сегодня PLC (рис. 1) являются очень мощными и функциональными. По сути, это базовые блоки для множества небольших проектов. Типичная сфера применения PLC — оборудование OEM-производителей, такое как упаковочное оборудование, линии розлива, укладчики на поддоны и небольшие устройства для перемещения грузов. Обычно для визуализации данных и получения оповещений о работе системы PLC используются совместно с устройствами взаимодействия с пользователем, человеко-машинным интерфейсом (Human-Machine Interface, HMI). Современные PLC имеют значительно более продвинутые возможности по сравнению со своими предшественниками, выпущенными в 70-х и 80-х годах, а именно: возможность работы с высокоскоростными интерфейсами ввода/вывода, выполнение последовательности заданных операций, работа в качестве пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора (ПИД), функции цифрового ввода/вывода, а также обладают значительно более широким набором инструкций. В зависимости от исполнения и модели PLC часто имеют целый ряд дополнительных модулей, позволяющих проводить высокоскоростные вычисления, использовать дополнительные сетевые интерфейсы, управлять устройствами перемещения и позиционирования и многое другое.
Рис. 1. Разные виды программируемых логических контроллеров (PLC)
Практически все PLC для коммуникации между блоками внутри системы, а также между различными аналогичными устройствами или же для коммуникации на уровне Ethernet имеют несколько встроенных интерфейсов. Эти интерфейсы включают в себя коммуникации по стандартам EtherNet/IP, Profibus, Foundation Fieldbus или Modbus TCP. Такие сети позволяют производить коммуникацию от одного самостоятельного узла к другому (PLC-к-PLC), соединять удаленные порты ввода/вывода, а также осуществлять взаимодействие с человеко-машинным интерфейсом и системами централизованного управления на уровне предприятия и системами сбора данных (SCADA). В то время как современные PLC достаточно мощные по сравнению со своими «древними» аналогами, на сегодня они по-прежнему имеют определенные ограничения. Чтобы удерживать на конкурентном уровне рыночную цену, PLC имеют ограничения по количеству портов ввода/вывода. Это, в свою очередь, накладывает ограничения на количество используемых модулей, не позволяя, таким образом, расширить функциональные возможности устройства.
| PLC, PAC и IPC предназначены для различных сфер автоматизации. |
Крупные проекты требуют использования нескольких распределительных шкафов с управляющим оборудованием или, если это очень большой проект, требуется дополнительная процессорная мощность и оперативная память, которые не могут предоставить стандартные PLC. PAC содержат все функциональные возможности PLC, которые были описаны выше, плюс еще целый ряд дополнительных функций.
Рис. 2. Программируемые контроллеры автоматизации (PAC)
PAC (рис. 2) были разработаны для больших распределенных систем управления и предназначены для управления большими упаковочными линиями, контроля за отдельно функционирующими системами управления и для управления большими автоматизированными передвижными грузовыми платформами и производственными процессами. Доступный набор инструкций в данном случае является более продвинутым и специализированным. Он может содержать команды для управления и контроля выполнения технологических процессов и производственных операций, управления последовательностью выполнения отдельных операций, комплектования партий, а также управления устройствами. Некоторые производители пошли еще дальше, предлагая устройства со специализированным набором инструкций для нефтегазовой, ядерной, пивоваренной промышленностей и других специфических отраслей. Зачастую этот набор инструкций предполагает интенсивные вычисления, что вызывает повышенную нагрузку на процессор и требует от PAC повышенной производительности для корректного выполнения своих функций. Часто PAC используются для централизованного управления на уровне предприятия и систем сбора данных (SCADA), а также для управления и хранения данных в масштабах всего предприятия.
Совершенствование набора команд и соответствующих библиотек HMI делает возможным использование PAC в качестве распределенной системы управления. Большую часть функциональности, производительности и возможностей интеграции, необходимых для функционирования DCS, теперь могут обеспечить и производители PAC. Исторически закрепленные за DCS методы управления, такие как управление на основе прогнозируемых моделей (Model Predictive Control, MPC) и нечеткая логика (Fuzzy Logic — логика с высказываниями не только «истина» и «ложь», но и с любыми промежуточными), используемые в сложных и нестабильных системах контроля с обратной связью, в которых использование традиционных для автоматизации ПИД нецелесообразно, теперь стали доступны для использования с помощью PAC.
Индустриальные компьютеры стали широко применяться в 90-х годах, когда компании, занимающиеся автоматизацией производств, разработали программное обеспечение (ПО) для обычного компьютера, которое моделирует работу PLC и его окружения. Эти первые попытки использования PC для автоматизации были зачастую неудачными, поскольку на работу ПО влияла нестабильность работы операционной системы (ОС), под управлением которой работает основной PC, а также частые отказы PC, которые не были предназначены для работы в тяжелых условиях среды индустриального производства.
Рис. 3. Индустриальный компьютер (IPC)
С тех пор сфера IPC претерпела значительные изменения, включая использование защищенных специальных промышленных компьютеров, более стабильных ОС и даже создание некоторыми производителями заказных конфигураций IPC с ядром реального времени для автоматизации производственных процессов. Ядро с функционированием в реальном масштабе времени позволяет отделить работу автоматики от работы окружения ОС, что позволяет получать приоритеты работы таких устройств, как системы ввода/вывода, выше приоритетов самой ОС.
| Создание матрицы весовых критериев помогает в выборе оптимального решения. |
Поскольку IPC используют те же платформы, что и стандартные PC, это позволяет применять более современные процессоры и больший объем памяти, чем в стандартных PLC. Часто IPC совмещают в одном устройстве как HMI, так и всю систему автоматизации, что позволяет снизить общую стоимость такой системы управления. IPC (рис. 3) широко применяются в таком оборудовании OEM-производителей, как передвижные грузовые платформы, а также в проектах с ограниченным рабочим пространством.
Чем pc based control отличается от автоматизации с помощью plc и dcs
Распределенные системы управления (РСУ) — DCS
к.т.н., эксперт по автоматизации производства,
Школа Fine Start
В данной статье рассмотрим такое эффективное решение, как
распределенная система управления
(РСУ) — DCS.
Подробно изучим: понятие, сферы применения, задачи и преимущества РСУ.
Итак, начнём!
С ростом количества датчиков, увеличением площади территории, на которой расположена автоматизированная система и усложнением алгоритмов управления, становится более эффективным решением — применение Распределенных Систем Управления (РСУ).
Распределенные системы состоят из множества территориально разнесенных контроллеров и модулей ввода-вывода. При таком подходе структура распределенной системы и структура алгоритма ее работы становятся подобны структуре самого объекта автоматизации, а функции сбора, обработки данных, управления и вычисления оказываются распределенными среди множества контроллеров.
Каждый контроллер работает со своей группой устройств ввода-вывода и обслуживает определенную часть объекта управления. Тенденция децентрализации управления и приближения контроллеров к объектам управления является общей для всех систем автоматизации. Кроме того, сосредоточенная система является частью или частным случаем распределенной, поэтому появление распределенных систем является следствием естественного развития от частного к общему.
Распределённая система управления (РСУ) (Distributed Control System, DCS) —
система управления технологическим процессом, отличающаяся построением распределённой системы ввода-вывода и децентрализацией обработки данных.
РСУ (Рис.1) можно определить — как систему, состоящую из множества устройств, разнесенных в пространстве, каждое из которых не зависит от остальных, но взаимодействует с ними для выполнения общей задачи.
В предельном случае элементы системы могут находиться на разных континентах земного шара, а связь между ними может выполняться через интернет.
В качестве «множества устройств» могут выступать любые микропроцессорные устройства, например, ПЛК или разнесенные в пространстве модули ввода-вывода одного контроллера. Однако в последнем случае только сбор данных можно рассматривать как распределенный, в то время как функция управления является сосредоточенной в одном контроллере.
Первые инструментальные средства для создания DCS были представлены на рынок в 1975 году компаниями Honeywell (система TDC 2000) и Yokogawa (система CENTUM). Американский производитель Bristol Babcock в том же году представил свои универсальные контроллеры UCS 3000. Иногда к DCS относят систему Contronic 3 фирмы Schoppe & Faeser.
В 1979 году компания Fisher & Porter представила свою систему DCI-4000, а Invensys систему SPECTRUM.
В 1980 году компания Bailey представила систему NETWORK 90, а компания Alfa Laval систему SattLine.
Системы управления реляционными базами данных (СУРБД) хранят информацию в таблицах, имеющих отношения, или связанных, друг с другом. Запись и извлечение информации с использованием таких таблиц выполняется более эффективно, чем в случае записи данных в одну большую таблицу.
Чем pc based control отличается от автоматизации с помощью plc и dcs
Давайте начнём с расшифровки терминов.
DCS – Distributed Control System. По-русски РСУ – Распределённая Система Управления.
PLC – Programmable Logic Controller. По-русски ПЛК – Программируемый Логический Контроллер.
Сразу же видно, что если мы хотим провести сравнение между DCS и PLC, мы строго говоря, не будем сравнивать яблоки с яблоками. Тем не менее, в реальности инженеры часто почти отождествляют эти понятия.
Например, встречаются два АСУшника и один спрашивает:
- Что вы используете для АСУТП?
- Yokogawa Centum, а вы?
- А мы - GE Emerson RX3i PacSystem.
- А HMI/SCADA? – Cimplicity
- А Schneider Modicon не рассматривали?
- Да рассматривали вместе с Citect SCADA. Но решили остановиться на GE.
Даже из этого простого разговора видно, что речь идет о разной архитектуре систем. В мире ПЛК, как минимум нужно уточнить, а какой HMI используется в данном проекте, тогда как в мире DCS это уже определено вендором.
Посмотрите упрощенные картинки этих двух систем.
Система DCS
Система PLC
Обратите внимание на одну простую вещь: даже минимальный функционал РСУ – эта законченная система, выполняющая основные задачи АСУТП. Тогда как в случае ПЛК, мы без красного квадратика имеем черный ящик. Да, мы знаем конфигурацию этого ящика, так как мы его сконфигурировали через PLCConfiguration и скачали в ПЛК, но нам нужен HMI для управления и отслеживания его работы.
Я бы хотел обратить внимание лишь на два момента. ПЛК было сделано как замена релейных схем. Естественно, программирование велось на LD.
DCS – это, по сути, замена аналоговых устройств, осуществляющих в основном ПИД-регулирование и логику. FB (Function Blocks) – удобный метод представления таких алгоритмов.
Еще один момент. Первоначально в DCS связь между контроллерами и компьютерами осуществлялась через патентованный уникальный интерфейс. Сейчас в этом тоже нет необходимости. На рисунке вы видите две системы, которые выглядят очень похожими.
Выбор правильной управляющей системы
В рамках данной статьи мы не можем представить все четкие и однозначные правила для быстрого выбора среди PAC, PLC или IPC. При выборе должны учитываться многие факторы — такие как бюджет проекта, размеры, доступная техническая поддержка, сложность и возможность расширения системы в будущем. Особое внимание следует уделить требованиям к процессам и системным требованиям, а также соответствию сертификатам уровня полноты безопасности SIL (Safety Integrity Level — дискретный уровень, принимающий одно из четырех возможных значений, определяющий требования к полноте безопасности для функций безопасности) и показателю среднего времени наработки на отказ (Mean Time Between Failure, MTBF).
Часто выбор потребителя, по внутренним или внешним причинам, является детерминированным. Он обусловлен, как минимум, именем бренда производителя системы автоматизации. Обычно выбор производится с учетом наличия существующих лицензий на программное обеспечение, технической поддержки и тренингов для персонала, наличия региональных поставщиков.
Когда имеются сомнения, следует подготовить матрицу соответствия основных критериев выбора по каждой из описанных технологий. На первом месте должны стоять самые важные и необходимые требования, в противовес желаемым и не таким важным критериям. Приведенная в статье таблица поможет устранить субъективность при принятии решения. Она может быть полезна потребителям, которые не предъявляют особых требований к системе, или когда их расплывчатые требования дают возможность системному интегратору предложить различные типы решений и их производителей.
Выбором могут стать и смешанные системы, состоящие из PLC, PAC и IPC. Современные промышленные сети позволяют легко и без больших проблем интегрировать различные решения разных производителей в конкретных заводских условиях.
Читайте также: