Пора ли менять DCS на универсальную систему управления?. dcs.. dcs. plc.. dcs. plc. SCADA.. dcs. plc. SCADA. ucs.. dcs. plc. SCADA. ucs. АСУ ТП.. dcs. plc. SCADA. ucs. АСУ ТП. контроллер.. dcs. plc. SCADA. ucs. АСУ ТП. контроллер. плк.. dcs. plc. SCADA. ucs. АСУ ТП. контроллер. плк. Программирование микроконтроллеров.. dcs. plc. SCADA. ucs. АСУ ТП. контроллер. плк. Программирование микроконтроллеров. Промышленное программирование.

Что такое универсальная система управления (UCS), и действительно ли она способна заменить распределённые системы управления в будущих задачах по управлению технологическими процессами? Каковы основные преимущества UCS?

Пора ли менять DCS на универсальную систему управления? - 1

Две проблемы современных DCS

Истории распределённой системы управления (DCS) уже почти 50 лет со времени её появления в 1975 году. За это время DCS стала незаменимой автоматизированной системой в обрабатывающей промышленности, обеспечивая оптимизацию точного управления технологическими процессами, повышение безопасности производства и модернизацию за счёт внедрения интеллектуальных и цифровых возможностей.

В эпоху цифрового интеллекта DCS справляется со многими задачами, однако этого уже недостаточно. По мере непрерывного и комплексного развития обрабатывающих отраслей промышленности к системам управления технологическими процессами предъявляются всё более высокие требования к сбору, передаче и обработке больших объёмов полевых данных. Кроме того, такие системы должны обеспечивать высокую точность, надёжность, комплексную интеграцию функций управления и контроля, а также обладать интеллектуальными возможностями. Однако традиционным платформам DCS сложно удовлетворить все эти требования по двум основным причинам:

  1. Отсутствие открытости. Каждый производитель жёстко привязывает аппаратную и программную части к собственной системе. Выбрав DCS конкретного производителя, приходится «оставаться с ним до конца», что значительно усложняет обслуживание, модернизацию и управление жизненным циклом оборудования.

  2. Плохая совместимость. Стандарты полевой шины в DCS охватывают восемь различных международных спецификаций IEC 61158, из-за чего возникают проблемы совместимости и неизбежные «острова данных».

Кроме того, учитывая потребности пользователей, DCS имеет ограниченные ресурсы для удовлетворения современных цифровых требований по вычислительным мощностям, пропускной способности, скорости, точности и другим параметрам. Широкое использование аналоговых приборов и приборов на базе полевой шины требует множества плат ввода-вывода, шлюзов и кабелей, что ведёт к затяжным проектным циклам, высоким затратам на установку и сложному обслуживанию.

Архитектура «cloud-network-end»

Из-за исторических ограничений традиционные DCS уже не в состоянии удовлетворять запросы новой эпохи. В начале своего существования система управления на основе полевой шины (FCS), которую многие считали неизбежной заменой DCS, так и не получила массового признания; в итоге полевая шина использовалась лишь как элемент шинной сети DCS. Сегодня рынок обрабатывающей промышленности ожидает новое поколение систем управления технологическими процессами — более совершенных, универсальных и интеллектуальных, интегрирующих новейшие технологии и способных продвинуть отрасль по пути цифровизации и интеллектуализации.

FCS (Fieldbus Control System) — это система управления технологическими процессами, основанная на использовании полевой шины для прямой цифровой связи между полевыми устройствами (датчиками, исполнительными механизмами) и контроллерами. В отличие от DCS, FCS использует децентрализованную архитектуру, где полевые приборы обладают встроенной функциональностью для выполнения задач управления и передачи данных. FCS активно применяется в автоматизации процессов, но из-за сложностей стандартизации и интеграции с другими системами не получила такого широкого распространения, как DCS.

К счастью, достижения в сфере передовых технологий позволяют вернуться к ключевым характеристикам систем управления — чувствительности, коммуникациям и вычислениям.

UCS (Universal Control System) — это концепция новой системы управления технологическими процессами, которая позиционируется как эволюционное развитие традиционной DCS (Distributed Control System). UCS ориентирована на широкое использование современных цифровых технологий: облачных вычислений, программно-определяемых (software-defined) решений и высокоскоростной промышленной сети. Цель UCS — повысить гибкость, масштабируемость, надёжность и открытость систем управления, а также упростить их интеграцию с новейшими ИТ-технологиями.

Система UCS, разработанная компанией Supcon Technology, основана на этой идее и использует минималистскую архитектуру «cloud-network-end», включающую в себя центр обработки данных, полностью оптическую промышленную сеть и интеллектуальное полевое оборудование:

  • Центр обработки данных управления выступает «мозгом» UCS, отвечающим за выполнение программ, анализ и обработку данных, а также реализацию функций контроля и управления. Главная особенность в том, что систему не обязательно разворачивать на выделенном аппаратном обеспечении контроллера — можно использовать общую ИТ-инфраструктуру и развитые облачные технологии. Программно-определяемая модель даёт возможность динамически масштабировать ресурсы в соответствии с текущими потребностями, обеспечивая эластичность и гибкость в вычислительных мощностях. Центр обработки данных управления также работает под управлением NyxOS, облачной операционной системы реального времени, созданной для безопасного и надёжного промышленного управления. Кроме того, резервированная и распределённая архитектура развертывания обеспечивает высокую доступность и отказоустойчивость.

  • Полностью оптическая промышленная сеть предполагает соединение между центром обработки данных и полевым оборудованием по оптоволокну. Полевые данные поступают напрямую в центр обработки данных со скоростью 10 Гбит/с и имеют параллельное резервирование. Это даёт свыше 80% экономии на проводах и размещении кабельного хозяйства.

  • Полевое интеллектуальное оборудование — это датчики, исполнительные механизмы и прочие полевые приборы, входящие в состав UCS. В UCS компания Supcon применила технологию Ethernet-APL (Ethernet Advanced Physical Layer), позволяющую использовать искробезопасные взрывозащищённые распределительные коробки и модули APL для зоны 2. Это делает приборы IP-ориентированными и увеличивает скорость обмена данными более чем в 100 раз.

Очевидно, что в сравнении с традиционной архитектурой DCS трёхуровневая структура UCS «облако–сеть–конец» открывает новую главу в развитии DCS и имеет исключительное значение для новой цифровой эпохи.

Что такое UCS?

UCS (Universal Control System) — это концепция новой системы управления технологическими процессами, которая позиционируется как эволюционное развитие традиционной DCS (Distributed Control System). UCS ориентирована на широкое использование современных цифровых технологий: облачных вычислений, программно-определяемых (software-defined) решений и высокоскоростной промышленной сети.

Программно-определяемые, полностью цифровые и облачные технологии — это современные тренды в сфере управления, а также три ключевые характеристики UCS. Обрабатывающие отрасли предъявляют высокие требования к системам управления, требуя от них «безопасности, стабильности, долговечности и выдающихся возможностей». Если система не способна предоставить всё перечисленное, её ценность для предприятия невелика. Именно благодаря программно-определяемому подходу, полностью цифровой структуре и облачному характеру UCS может существенно сократить издержки, уменьшить площадь размещения шкафов на 90%, сократить расходы на прокладку кабеля на 80% и сократить сроки строительства вдвое.

Упрощённая до предела архитектура UCS привносит беспрецедентные изменения в систему управления, устраняя ограничения традиционных физических контроллеров, модулей ввода-вывода и целых групп шкафов. UCS также преодолевает присущие классическим DCS недостатки — закрытость, специализированную структуру, жёсткую иерархию и ограниченную вычислительную мощность. В результате система управления больше не требует громоздких шкафов, что даёт весомые и очевидные преимущества для пользователей.

На уровне разработки, соответствуя букве «U» (universal) в UCS (universal and open), система разделяет программное и аппаратное обеспечение. Программная часть не требует обязательной привязки к конкретному оборудованию и может создаваться на языках программирования, широко используемых специалистами в сфере ИТ. Это снижает сложность разработки, упрощает эксплуатацию и обслуживание, а также способствует ускорению интеграции ИТ/ОТ-технологий.

На прикладном уровне конвергенции технологий UCS реализует центр обработки данных управления на основе частного облака, что даёт неоспоримые преимущества для внедрения передовых ИТ-технологий. Партнёры экосистемы могут разрабатывать собственные облачные приложения на базе единой платформы, добиваясь богатого функционала. В классических DCS подобная интеграция на уровне управления крайне затруднительна.

Интеграция Ethernet APL в UCS

В эпоху цифрового интеллекта усовершенствованный физический уровень Ethernet (Ethernet APL) стал оптимальным выбором для полевых приборов и исполнительных механизмов, работающих с большими объёмами данных.

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) — это промышленная технология, разработанная для обеспечения высокоскоростной и безопасной передачи данных в условиях сложных производственных сред, таких как химическая, нефтегазовая, фармацевтическая и другие отрасли. Ethernet-APL расширяет возможности классического Ethernet, адаптируя его к требованиям автоматизации технологических процессов и полевой сети.

Компания Supcon давно обратила внимание на эту тенденцию. Полевое оборудование на базе APL вносит в UCS полностью цифровой режим передачи сигналов. Ethernet APL обеспечивает пропускную способность до 10 Мбит/с и связь на расстоянии до 1000 метров, а также позволяет одновременно передавать данные и осуществлять питание полевых устройств, соответствующих требованиям взрывозащищённого исполнения. Приборы APL могут заменить приборы с интерфейсами 4–20 мА и HART, исключая необходимость в платах ввода-вывода для аналого-цифрового преобразования.


*Supcon Technology (Ханчжоу, Китай) — это высокотехнологичная компания, специализирующаяся на автоматизации производственных процессов и цифровых решениях для промышленности. Основана в 1993 году и за время своей деятельности заработала репутацию одного из ведущих китайских разработчиков распределённых систем управления (DCS), программного обеспечения для промышленной автоматизации и интеллектуальных полевых приборов.

Автор: a_pererva

Источник

Rambler's Top100