Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
 


 

Решения, технологии, стандарты - статьи Ua.Automation.com

ПЛК или РСУ. Кто кого?


 

Декабрь 2012
 
Выбор между системами управления, основанными на PLC (Программируемые логические контроллеры, ПЛК) и DCS (Распределенные системы управления, РСУ) уже довольно давно обсуждается в отрасли на разных уровнях – от технического до философского.
 
Распределенные системы управления были и остаются основным решением для автоматизации процессов, однако многие производители контроллеров сегодня развивают идею того, что единая интегрированная архитектура, основанная на ПЛК или ПКА (программируемые контроллеры автоматизации, от англ.: PAC, Programmable Automation Controllers), является лучшим подходом к автоматизации производства. С другой стороны, есть ряд разработчиков РСУ, представивших собственные контроллеры ПЛК и ПКА. Основная идея состоит в использовании единой системы, основанной на ПЛК, вместо того, чтобы использовать РСУ для процессных функций и ПЛК – для дискретных, на основе той предпосылки, что единая архитектура предлагает преимущества обоих подходов. (Примечание: в статье термин ПЛК включает в себя контроллеры ПКА).
 
Управление процессным производством
 
На большинстве процессных производств сейчас используют и РСУ и ПЛК. Системы РСУ обычно используются для контроля и управления основными процессами (в пищевой, фармацевтической, нефтеперерабатывающей отраслях и т.д.). ПЛК, как правило, используются для вспомогательных функций. Есть предприятия, где или ПЛК или РСУ обеспечивают управление всеми процессами, но это, скорее, исключения из правил.
 
РСУ
 
РСУ вот уже много лет обеспечивают интеграцию разнообразных контроллеров для дискретного и процессного управления, человеко-машинных интерфейсов, специализированных приложений, а также функций обмена данными с бизнес-приложениями в единый комплекс.
 
ПЛК
 
Хотя ПЛК стали намного более мощными, они по-прежнему основаны на «открытой» компонентной архитектуре, позволяющей легко добавлять новые функции на аппаратном и программном уровнях. 
 
Конфигурирование или программирование
 
РСУ с момента зарождения создавались для конфигурирования, в то время как в основе ПЛК лежит подход программирования. В РСУ используются стандартные объекты управления, что облегчает конфигурирование и ведет к стандартизации. К примеру, если у вас есть клапан с двумя входами и одним выходом, то можно воспользоваться библиотекой функциональных блоков, и не возникнет необходимости создавать логику с самого начала. Разные производители ПЛК в настоящее время также разрабатывают, или уже успели предложить конфигурационное ПО с подобным уровнем интеграции.
 
Уравнивающая сила технологии
 
Сегодня уровень цен на системы РСУ стал достаточно конкурентоспособным по сравнению с ПЛК.  Десять лет назад существовала заметная разница в цене технологий, использовавшихся в контроллерах РСУ и в ПЛК. Однако, по мере того, как процессоры, память, встраиваемое ПО, коммуникационные устройства становились в буквальном смысле товарами широкого потребления, эта разница стала нивелироваться в новых продуктах буквально всех производителей. Повседневное использование смартфонов, планшетов, электронных игр сделало доступным большие вычислительные мощности по низкой цене – технологии постоянно совершенствуются, а огромный спрос позволяет держать стоимость основных компонентов на очень низком уровне.
 
Интеграция предприятия
 
Интеграция с информационными системами предприятия стала очень важной для совершенствования операционной деятельности и повышения эффективности управления активами. Связь систем РСУ с другими информационными системами развивается уже несколько лет (в, частности, в соответствии со стандартом ISA95), а недавно это стало актуальным и для ПЛК. ПО практически всех производителей РСУ и ПЛК основано на технологиях Microsoft и обладает стандартными программными интерфейсами к бизнес-приложениям предприятий, что позволяет осуществлять обмен информацией и синхронизацию операций.
 
Управление активами
 
Управление активами предприятия становится все более важным и производители ПЛК стараются довести свои возможности в этой сфере до уровня РСУ, предлагая ПО для широкого спектра устройств и стандартов управления активами.
 
Продвинутый контроль процессов
 
Оптимизация процессов это еще одна область, где ПЛК могут показывать не столь хорошие результаты по сравнению с РСУ, которые обычно предлагают различные инструменты для оптимизации контуров управления, а также более продвинутые возможности в области ПИД-управления. В последнее время эти функции стали добавлять и ПЛК.
 
Полная оптимизация производства
 
Программное моделирование и оптимизация управления в режиме реального времени – это новая функция, добавляемая разработчиками РСУ для достижения более высокой эффективности. Этот уровень оптимизации – высокоуровневое управление на основе многих переменных, таких как бизнес-цели, устанавливаемые в режиме реального времени; данные по запасам сырья; уровень спроса; стоимость энергоресурсов – нацелен на повышение уровня прибыльности. Достижение этой цели на основе ПЛК-систем сейчас возможно лишь в некотором приближении, с помощью различных программных модулей.
 
Коммуникационные сети
 
Сегодня возможность соединения с промышленными сетями различных стандартов – необходимость, ведь практически на любом крупном производстве сегодня используются DeviceNet, Profibus, PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP, HART, Foundation Fieldbus и т.д.  РСУ обычно обладают отлаженными и эффективными интерфейсами Foundation Fieldbus и HART, а также, как минимум адекватными интерфейсами к сетям остальных стандартов.  Интерфейсы Foundation Fieldbus и HART у систем ПЛК обычно менее совершенны. Во многих случаях эти системы полагаются на программное и аппаратное обеспечение сторонних производителей, что делает конфигурирование намного более трудоемким. Еще одной проблемой является то, что для ПЛК существует много стандартов, и крупные производители обычно оптимизируют настройки интерфейсов и ПО для собственных протоколов, в то время как поддержка конкурирующих сетевых протоколов откровенно слабая. Эта проблема обычно решается с помощью интерфейсов от сторонних производителей, что, опять же, делает настройку более трудоемкой.
 
Магистральная сеть РСУ
 
Магистральные сети РСУ обычно используют стандартное Ethernet-оборудование, но с собственными закрытыми и высокопроизводительными протоколами, а также предполагают полноценное резервирование.  В системах РСУ процессные сети (Foundation Fieldbus, HART) и ПЛК-ориентированные сети (DeviceNet, Profibus, Modbus) соединяются с  магистральной сетью РСУ через соответствующие контроллеры. ПЛК-системы используют открытые протоколы, удовлетворяющие широкому кругу потребностей, таких как дискретное управление, процессное, управление движением и т.д.
 
Многие системы управления процессами требуют резервирования I/O, контроллеров, сетей, серверов HMI на разных уровнях. Резервирование контроллеров для высокоуровневых систем управления процессами является новым требованием для разработчиков ПЛК, и в настоящее время они активно работают над его реализацией. Достичь необходимого резервирования в РСУ обычно намного проще.
 
Одно из преимуществ, на которое часто указывают производители ПЛК, заключается в том, что все функции управления могут быть реализованы с помощью единой сети Ethernet (дискретное и процессное управление, безопасность, управление движением и т.д.). Однако далеко не все считают это рациональным подходом с точки зрения продуктивности и надежности производственных систем.
 
Заключение
 
Новая архитектура
 
Похоже, что производители ПЛК, продвигающие концепцию единой архитектуры управления для процессного производства, на деле создают РСУ, основанные на своем собственном программном и аппаратном обеспечении. Производители постоянно демонстрируют схожесть своего ПО с РСУ. В интервью с топ-менеджером одного из крупных разработчиков ПЛК, стремящегося войти в процессный бизнес, я спросил его, чем их предложение отличается от РСУ. Он ответил перефразированием вопроса, отметив, что правильно бы было спросить: «Чем отличаются РСУ на основе ПЛК от других РСУ?». Следуя этой логике, сегодня выбор лежит именно между этими двумя подходами.
 
По мере развития этих процессов, производители и РСУ и ПЛК продолжают развитие своих систем, и, в конечном итоге, мы, возможно, увидем новую архитектуру РСУ.
 
Нужно ли стремиться к единой унифицированной архитектуре?
 
Вместо того, чтобы безоговорочно принимать определения единой унифицированной архитектуры от разных разработчиков, лучше детально описать собственную производственную деятельность. По ходу этого полезным будет оценить влияние открытых архитектур, изменивших правила игры предоставлением новых возможностей и усилением конкуренции между производителями.
 
При выборе системы следует задать себе следующие вопросы:
- уменьшает ли система время, необходимое на конфигурирование управления процессами?
- поддерживает ли система промышленные сетевые интерфейсы, необходимые сейчас и в будущем?
- поддерживает ли система интерфейсы к корпоративному ПО, необходимые сейчас? (SAP, Oracle и т.д.)?
- есть ли у системы интерфейсы к существующим унаследованным системам?
 
Большинство РСУ дают положительные ответы на все эти вопросы, поэтому данные характеристики необходимо выразить в количественном измерении, для правильного выбора системы.
 
Не покупайте впечатления…. покупайте опыт.
 
Никогда не мог понять, почему инженеры, которые никогда не купят новый автомобиль без того, чтобы заглянуть под капот и проехаться на нам, порой соглашаются на приобретение систем или решений по автоматизации, основываясь на демонстрациях производителей и презентациях PowerPoint. Выбор правильного решения требует комплексного анализа, принятия во внимание целого ряда соображений, касающихся производственных процессов и т.д. Временные и финансовые затраты на интеграцию также являются существенной статьей затрат, и их обязательно нужно учитывать. Пусть ваши инженеры по АСУ ТП попробуют самостоятельно настроить несколько контуров, датчиков, сетевых соединений, характерных для ваших потребностей, при анализе каждой системы, предлагаемой к приобретению. Это может быть достигнуто с помощью демо-системы, предоставляемой производителем, и включающей такое аппаратное обеспечение, как контроллеры. Этот шаг позволит вам сэкономить массу денег и уменьшить время простоев при эксплуатации будущей системы. Если производитель утверждает, что такая демонстрация возможна только после курса обучения по интересующему вас продукту – не уходите от этого производителя… бегите от него.
 
Очевиден один вывод: у специалистов в области технологических процессов появилось больше возможностей организации производства. 
 
Основные понятия
РСУ
По мнению большинства специалистов, первой РСУ стала система Honeywell TDC 2000, представленная в 1975.  Это была первая система использовавшая микропроцессоры для прямого цифрового контроля процессов. Ее распределенная архитектура была революционной: контроллеры, рабочие станции и другие вычислительные элементы были связаны цифровыми коммуникациями. Компьютеризированные системы управления технологическими процессами до TDC 2000, в основном, предназначались для сбора данных и подачи сигналов тревоги, а управление осуществлялось с помощью пневматических контроллеров и одиночных ПИД-контроллеров.
 
ПЛК
ПЛК были изобретены в ответ на нужды американской автомобильной промышленности, в первую очередь, для замены тысяч реле, таймеров, барабанных командоаппаратов. Огромным преимуществом программируемых логических контроллеров является их программное конфигурирование, без необходимости менять разводку в контрольных панелях. Автомобильная промышленность по-прежнему является одним из основных потребителей ПЛК.
 
ПКА
Термин «программируемый контроллер автоматизации» (англ: Programmable Automation Controller, PAC) используется уже около 9 лет и несколько компаний претендуют на его авторство.  ПКА, в целом, являются более мощными контроллерами, однако определение термина различно у разных производителей и экспертов. Wikipedia предлагает следующее определение: «Программируемый контроллер автоматизации это компактный контроллер, объединяющий в себе свойства и возможности систем автоматизации на основе ПК и на основе ПЛК». ПКА чаще всего используют в промышленных условиях для управления процессами, сбора данных, удаленного мониторинга оборудования, машинного зрения и управления движением. Кроме того, поскольку ПКА обмениваются данными с помощью протоколов TCP/IP, OPC и SMTP, их можно использовать для передачи данных от контролируемых устройств другим устройствам и компонентам, а также различным приложениям и базам данных.
 
Автор: Билл Лайдон (Bill Lydon)