Przemysłowe systemy kontroli procesu

Przemysłowe systemy kontroli procesu sterują różnymi komponentami, na przykład urządzeniami monitorującymi i systemami oprogramowania, na potrzeby zarządzania operacjami i ich jak największej automatyzacji. Równoważą one wiele komponentów niezbędnych do funkcjonowania środowiska przemysłowego, zapewniając wydajną i zsynchronizowaną pracę tych komponentów. ICS może kontrolować całe środowisko lub być częścią hybrydowego rozwiązania, obejmującego interakcję z człowiekiem. Dostępne są opcje z otwartą pętlą, zamkniętą pętlą oraz opcje ręczne.

Jeżeli dana organizacja przemysłowa wykorzystuje Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) lub inne inteligentne systemy, ICS jest szczególnie przydatny i minimalizuje zagrożenia. Ogółem mówiąc, przemysłowe systemy kontroli procesu zapewniają większą widoczność i łatwe sterowanie skomplikowaną siecią komponentów. Elementami systemu ICS mogą być serwery i regulatory, takie jak:

• Zdalny terminal (RTU): RTU to urządzenie polowe, które komunikuje się z nadrzędnym terminalem i pełni funkcję nadzorującego regulatora.
• Interfejs człowiek-maszyna (HMI): interfejs HMI umożliwia interakcję człowieka z urządzeniami do kontroli maszyn. HMI przyjmuje zwykle formę graficznego interfejsu użytkownika (GUI), stanowiącego platformę czytelną dla człowieka — z reguły jest to oprogramowanie. Użytkownicy mogą przeglądać bieżące stany, monitorować wartości zadane, odbierać alerty dotyczące bezpieczeństwa, regulować parametry i algorytmy, analizować dane historyczne i wykonywać inne operacje.
• Programowalny sterownik logiczny (PLC): jako jeden z regulatorów w obrębie ICS, sterownik PLC umożliwia lokalne zarządzanie procesami lub połączenie z interfejsem HMI. Można również spotkać programowalne kontrolery automatyki (PAC), które są podobne do sterowników PLC, ale często są bardziej zaawansowane, oferują więcej pamięci, większą elastyczność programowania i dodatkowe funkcje.
• Sterowniki soft-PLC: sterowniki PLC mogą też być umieszczone w scentralizowanej bazie danych i odbierać dane poza linią produkcyjną. Na przykład moduł zenon Logic zawiera wbudowane środowisko PLC, do którego inżynierowie mają dostęp za pośrednictwem współdzielonej bazy danych. Wystarczy, że raz stworzą obiekty i mogą wielokrotnie uzyskiwać do nich dostęp w systemie.
• Serwer sterujący: na tym serwerze jest utrzymywane nadzorujące oprogramowanie sterujące dla sterownika PLC lub rozproszony system sterowania (DCS). Może on też komunikować się z urządzeniami sterującymi niższego poziomu.
• IT i technika operacyjna: różne urządzenia, takie jak czujniki, monitorują realizowane operacje.
• Pętla sterowania: pętla sterowania obejmuje różne rodzaje sprzętu, takie jak sterowniki PLC i elementy wykonawcze, które interpretują sygnały z czujników, przełączniki, przerywacze, zawory sterujące i wiele więcej. Następnie wysyłają te informacje do sterownika, który wykonuje określone zadanie.
• System zdalnego utrzymania: ten system może monitorować i wykrywać anomalie lub usterki, a nawet podejmować działania zapobiegające problemom.
• Nadrzędny terminal (MTU) lub serwer SCADA: MTU lub system kontroli nadzorczej i pozyskiwania danych (SCADA) może przekazywać polecenia do zaangażowanych jednostek RTU.
• Inteligentne urządzenia elektroniczne: inteligentne urządzenie może gromadzić dane i komunikować się z innymi urządzeniami. Dzięki infrastrukturze SCADA i DCS te urządzenia mogą automatycznie wykonywać lokalne operacje sterowania.
• Dane historyczne: dane gromadzone z systemu ICS i jego środowiska operacyjnego są przechowywane w module archiwizującym i eksportowane do innego systemu informacyjnego. Tam mogą być przetwarzane na potrzeby dalszych analiz i opracowywania strategii.

Przemysłowe systemy kontroli procesu są dostępne w różnych odmianach, przeznaczonych do różnych środowisk. Poniżej przedstawiono ich charakterystykę:

SCADA

System kontroli nadzorczej i pozyskiwania danych (SCADA) gromadzi dane z urządzeń rozmieszczonych w różnych lokalizacjach i nimi steruje. Sterowanie odbywa się na poziomie nadzorczym, z wykorzystaniem sterowników PLC, jednostek RTU i modułów znajdujących się w różnych miejscach, co pozwala na gromadzenie i przesyłanie danych na duże odległości. Mogą one być połączone z maszynami, czujnikami lub innymi rodzajami urządzeń. Zintegrowane interfejsy HMI wysyłają dane, a ludzie nadzorują przychodzące informacje. Ten proces może odbywać się na miejscu lub w innej lokalizacji i może obejmować wiele wejść i wyjść.

Systemy SCADA mogą być proste lub złożone i są popularne w takich branżach jak wodociągi i kanalizacja, przekazywanie i dystrybucja energii, przemysł spożywczy, farmaceutyczny i motoryzacyjny. System SCADA polega w znacznym stopniu na mocnej platformie HMI, która zapewnia zalety łatwego w obsłudze interfejsu i licznych funkcji, które upraszczają gromadzenie danych, zwiększają transparentność i wydajność.

DCS

Rozproszony system sterowania jest wykorzystywany w jednej lokalizacji i działa w oparciu o wartości zadane, które są wartościami docelowymi dla zmiennej lub procesu. Ten system wysyła wartość zadaną do sterownika, który może poruszać takimi komponentami jak zawory i siłowniki w celu utrzymania odpowiedniej wartości. DCS wykorzystuje scentralizowaną nadzorczą pętlę sterowania w celu zarządzania urządzeniami w ramach ogólnego procesu produkcyjnego. DCS kontroluje, monitoruje i organizuje liczne sterowniki stosowane w całej fabryce.

DCS umożliwia użytkownikom szybki dostęp do niezbędnych danych. Jako że łączy się z nim wiele urządzeń, minimalizuje także wpływ, jaki jedna usterka może mieć na cały system kontroli procesu. Jest on popularnym wyborem wśród firm w branży produkcyjnej, rafineriach oleju, w branży wytwarzania i dystrybucji energii oraz wodociągów i kanalizacji.

PLC

Chociaż programowalne sterowniki logiczne są kluczową częścią obu powyższych rozwiązań, technicznie mogą działać samodzielnie. Sterowniki PLC gromadzą informacje z wejścia i przetwarzają dane, inicjując wynikowe działania na podstawie podanych parametrów. One też mogą przyjmować prostą lub złożoną formę.

Wiele sterowników PLC ma wbudowane komponenty, ale mogą mieć także modułowy charakter, umożliwiający łączenie z takimi urządzeniami jak czujniki, mierniki, lampki, przekaźniki i zawory. Inne komponenty, które mogą być zintegrowane lub łączone modułowo, obejmują zasilanie oraz porty i protokoły do komunikacji z systemem SCADA lub HMI.

Sterowniki PLC są powszechnie stosowane w takich branżach jak dystrybucja i produkcja, w tym produkcja wsadowa. Mogą być wykorzystywane w jednej lub w wielu lokalizacjach. Główną wadą stosowania sterowników PLC bez powiązanego systemu, takiego jak DCS lub SCADA, jest brak scentralizowanego podglądu i sterowania. PLC działają lokalnie i, w pojedynkę, nie komunikują się z innymi systemami. Im bardziej firma się rozwija, tym mniej wykonalne i opłacalne będzie podejście opierające się jedynie o PLC. Wciąż są one jednak istotnym komponentem ICS, zapewniającym większą funkcjonalność tych systemów.

Rozpoczynanie projektów w ICS zapewnia większą kontrolę i wydajność w przyszłości, ponieważ prace inżynieryjne w ramach projektu są realizowane z myślą o ICS i jego strukturze. Funkcje systemu kontroli procesu wspomagają także planowanie i rozwijanie projektów. Zachęcamy do przejścia przez proces z Platformą Programową zenon, aby zapoznać się z wydajnymi praktykami inżynieryjnymi. Fazy inżynierii platformy zenon obejmują:

1. Koncepcja

Pierwszym etapem jest zbilansowanie złożoności projektu inżynieryjnego — od standardów jakości do barier kosztowych i kwestii związanych z wydajnością. Jednym z wymogów jest szybka weryfikacja koncepcji pod kątem wykonalności. Ten proces może obejmować eksperymenty, projekty pilotażowe i testy. Ponadto inżynierowie muszą uwzględnić zewnętrzną zgodność i wymogi dotyczące kompatybilności.

Platforma zenon pomaga przy tym przez zapewnienie szybkiego i łatwego generowania danych na potrzeby szybkich testów początkowych, wraz ze standardowymi konfiguracjami i metodami parametryzacji. Jest zgodna z wymogami norm DNP3, IEC 61850, IEC 60870 i innych. Oprócz tego zenon zawiera szablony i próbki, pomagające w rozpoczęciu prac i rozwijaniu wzorcowych rozwiązań.

2. Rozwój rozwiązania

Podczas rozwijania i wdrażania rozwiązania wydajność zaczyna nabierać na znaczeniu. Symbole, szablony i orientacja na obiekty mogą pomóc w szybszym tworzeniu rozwiązania na potrzeby zarządzania energią. Szablony pozwalają zaoszczędzić czas dzięki ponownemu wykorzystywaniu komponentów i minimalizowaniu czasu uczenia. Ułatwiają także utrzymanie przejrzystości i organizacji projektu, pozwalając na pojedynczą weryfikację i minimalizację czasu testów.

Inne przydatne cechy obejmują narzędzia do automatyzacji i konfigurację istniejących funkcje. Aby zwiększyć płynność i prostotę tej fazy, zenon oferuje takie możliwości jak:

• Szablony ekranów i symbole: zenon umożliwia łatwą wizualizację danych przy użyciu różnych układów dla różnych zadań, w tym sekwencyjnych list zdarzeń (SoE), zarządzania sekwencjami przełączania i przetwarzania sterowań. Możliwe jest wykorzystanie ogólnych symboli ekranowych i przypisywanie dynamicznych zmiennych i funkcji. Następnie symbolu można użyć w wielu zasobach w interfejsie HMI, a pierwotne wdrożenie symbolu pozostaje scentralizowane w jednym punkcie.
• Smart Objects: dzięki obiektom Smart Objects dzięki obiektom
• Mechanizmy importu/eksportu i wartości domyślne: zaawansowane mechanizmy importu/eksportu i praktyczne wartości domyślne zapewniają większą wydajność i lepiej dostosowane środowisko szablonów.
• Konfiguracja i parametryzacja: te funkcje zmniejszają złożoność, umożliwiając ustawienie podstawowych parametrów i pomagając w dostosowaniu pozostałych elementów rozwiązania. Nie jest konieczne rozwijanie lub wsteczna inżynieria niestandardowego kodu ani wykorzystanie wysoce zaawansowanych umiejętności programistycznych. Te zasoby mogą zmniejszyć ilość błędów wynikających z niestandardowego kodowania i zachowują standaryzowane parametry, umożliwiające łatwe przesyłanie danych podczas tworzenia rozwiązania.
• Automatyzacja: zautomatyzowany inżyniering może zaoszczędzić czas przez umożliwienie łatwego planowania wizualizacji. Inżynieria zorientowana obiektowo w platformie zenon umożliwia na przykład tworzenie zmiennych i niestandardowych kreatorów w celu wykonywania powtarzalnych, standardowych zadań. Ta możliwość pozwala na minimalizację ludzkich błędów, standaryzację i zwiększenie wydajności.

3. Komisjonowanie

W fazie komisjonowania trzeba wiedzieć, że możliwe jest szybkie skalowanie posiadanego rozwiązania do większych zastosowań wraz ze wszystkimi właściwymi weryfikacjami. W tym zakresie standaryzacja platformy zenon pomaga takimi funkcjami jak szablony, bloki i zautomatyzowane narzędzia do niestandardowych algorytmów i kreatorów konfiguracji. W odniesieniu do testowania możliwe jest przeglądanie łączy do komunikacji i statusów w obrębie platformy zenon oraz wykorzystanie szablonów procesów w celu uniknięcia zdublowanych testów.

Innym przydatnym elementem komisjonowania jest symulacja procesów. Pomaga ona przygotowywać ekrany, wykonywać pierwsze testy, kontrolować algorytmy i optymalizować projekty. zenon optymalizuje symulację procesów przez przełączanie sterowników w tryb symulacji, zachowują statyczne wartości zmiennych lub dynamicznie animując ich wartości.

4. Rozszerzenia i aktualizacje

Wydajność tej fazy pomaga zapewnić prawidłowe działanie w przyszłości. Po ukończeniu projektu niezbędna jest możliwość aktualizacji lub rozbudowy treści, wprowadzania zmian w projekcie i rozbudowywania architektury w miarę potrzeb. Modułowa architektura projektu w platformie zenon umożliwia szybkie i łatwe dokonywanie zmian i przeprowadzanie aktualizacji bez wpływu na zależne moduły. Modułowa struktura oznacza, że możliwe jest też dodawanie elementów architektury z wykorzystaniem duplikatów, specjalnych modułów i szablonów.

Cechy mocnego systemu ICS ułatwiają zapewnienie długofalowej kompatybilności, ponieważ pozwalają na przeprowadzanie modernizacji, aktualizacji i rozbudowy na długo po zakończeniu projektu.