Распределённая система управления
Распределённая система управления (англ. Distributed Control System, DCS ) — система управления технологическим процессом, отличающаяся построением распределённой системы ввода-вывода и децентрализацией обработки данных.
РСУ применяются для управления непрерывными и гибридными технологическими процессами (хотя сфера применения РСУ только этим не ограничена). К непрерывным процессам можно отнести те, которые должны проходить днями и ночами, месяцами и даже годами, при этом остановка процесса, даже на кратковременный период, может привести к порче изготавливаемой продукции, поломке технологического оборудования и даже несчастным случаям. Классическим примером непрерывного процесса является изготовление стекла в стекловаренной печи.
Сферы применения РСУ многочисленны:
Требования к современной РСУ:
История
Первые 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.
Современный рынок
Основными современными системами DCS сегодня являются:
В сумме указанные производители занимают более половины мирового рынка DCS-систем. Прочие более-менее заметные производители это Metso, Yamatake, Toshiba, Hitachi, Fuji.
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Распределённая система управления» в других словарях:
распределённая система управления — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN distributed control systemDCS … Справочник технического переводчика
распределённая система управления и информации — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN distributed control and information systemDOS … Справочник технического переводчика
Распределённая система — система, для которой отношения местоположений элементов (или групп элементов) играют существенную роль с точки зрения функционирования системы, а, следовательно, и с точки зрения анализа и синтеза системы. Компьютерные системы Распределенная… … Википедия
распределённая система компьютерного управления — paskirstytoji kompiuterinio valdymo sistema statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. DCCS; distributed computer control system vok. verteilte Prozeßrechnersystem, n rus. распределённая система компьютерного управления, f pranc. système de… … Automatikos terminų žodynas
Система управления — Структура управления систематизированный (строго определенный) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение с целью достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как… … Википедия
Система управления версиями — (от англ. Version Control System, VCS или Revision Control System) программное обеспечение для облегчения работы с изменяющейся информацией. Система управления версиями позволяет хранить несколько версий одного и того же документа, при … Википедия
Распределённая ФС — Это список файловых систем и сетевых протоколов, эмулирующих работу файловой системы, с небольшим описанием. Чтобы узнать более, вы можете пройти по соответствующей ссылке. Некоторые старые системы поддерживали только одну файловую систему,… … Википедия
Распределённая файловая система — Это список файловых систем и сетевых протоколов, эмулирующих работу файловой системы, с небольшим описанием. Чтобы узнать более, вы можете пройти по соответствующей ссылке. Некоторые старые системы поддерживали только одну файловую систему,… … Википедия
Распределённая файловая система (Microsoft) — Distributed File System (DFS) компонент Microsoft Windows, использующийся для упрощения доступа и управления файлами, физически распределёнными по сети. При её использовании файлы, распределённые по серверам, представляются находящимися в… … Википедия
Распределённая энергетика — Ветрогенератор, вырабатывающий энергию для подачи в распределенную сеть, Испания Распределённое производство энергии (англ. Distributed power generation) концепция строительства источников энергии и распределительных с … Википедия
Что такое dcs система
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 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
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.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
DCS (Distributed Control System)
Распределённая система управления (англ. Distributed Control System ) – это комплекс технических и программных решений для построения АСУ ТП, характерной чертой которой является децентрализованная обработка данных и наличие распределенных систем ввода и вивода информации, повышенная отказоустойчивость, стандартная и единая структура базы данных.
Интерес к распределенным системам управления возник в процессе увеличения количества датчиков, площадей производства, модернизации и усложнения стандартных алгоритмов управления технологическими процессами. Контроллеры, модули ввода и вывода данных, датчики, исполнительные механизмы разнесены в пространстве. Каждый ПЛК работает со своими датчиками и исполнительными механизмами, работает с конкретной частью объекта управления, и не зависит от других ПЛК, однако, взаимодействует с другими контурами и устройствами для выполнения общей задачи, достижения заданных показателей качества. Участки Distributed Control System могут находиться друг от друга на любом расстоянии, а связь между ними будет поддерживаться через интернет. Подобная тенденция получила свое развитие в связи с успехами ООП (объектно-ориентированного программирования). Для достижения оптимального режима работы DCS обмен данными между контроллерами должен быть сведен к минимуму. Синхронизация же работы ПЛК производится на более высоком уровне АСУ ТП. [1]
Содержание
История
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.
Tребования к DCS
Основными требованиями к DCS являются:
Структура DCS
Структура DCS в наиболее классическом виде состоит из трех уровней. Нижний уровень ввода/вывода содержит в себе датчики, исполнительные механизмы и прочее. Средний уровень распределенной системы управления состоит из контроллеров. Их задача обработать полученные данные, выдать управляющее воздействие, передать данные на верхний уровень. На верхнем уровне расположены серверы баз данных и операторские станции, задача которых предоставить человеко-машинный интерфейс оператору и осуществлять обмен с сервером и плк. Часто в иерархии Distributed Control System выделяют отдельно инженерную рабочую станцию, на которой установлены комплексы разработки и конфигурации. Подобные станции имеют прямое подключение к ПЛК в отличии от операторских.
HMI(Человеко-машинный интерфейс) должен предоставлять и визуализировать все процессы протекающие в объекте и оборудование. Тут есть небольшое сходство DCS и SCADA программ. Однако стоит отдавать себе отчет, что отличие Distributed Control System от SCADA заключается в различной функциональности этих решений. Распределенная система управления включает в себя SCADA, но обладает вышеописанными функциональными отличиями и «добавками».
Области применения DCS
Основной сферой применения РСУ являются производства с цикличными процессами, когда необходимо изготовить определённую партию продукта. Области применения DCS обширны. Распределенные системы управления внедряют на химических производствах, металлургии, газодобыче, и во многих других отраслях. Ключевым моментом тут является большой размер предприятия, удаленность его частей, большое количесвто опрашиваемых точек и контуров управления.
Современный рынок
Основными современными системами DCS сегодня являются:
В сумме указанные производители занимают более половины мирового рынка DCS-систем. Прочие более-менее заметные производители это Metso, Yamatake, Hitachi, Fuji.
Распределенные системы управления впервые появились в крупных, дорогостоящих, критических с точки зрения безопасности перерабатывающих отраслях и были привлекательными, поскольку производитель DCS поставлял как локальный уровень управления, так и центральное диспетчерское оборудование в виде интегрированного пакета, тем самым снижая риск интеграции проекта. Сегодня функциональность систем SCADA и DCS очень схожа, но DCS, как правило, используется на крупных предприятиях непрерывного производства, где важны высокая надежность и безопасность, а диспетчерская не является географически удаленной.
СОДЕРЖАНИЕ
Состав
Ключевым атрибутом DCS является ее надежность из-за распределения обработки управления по узлам в системе. Это уменьшает отказ одного процессора. Если процессор выходит из строя, это повлияет только на одну часть производственного процесса, в отличие от отказа центрального компьютера, который повлияет на весь процесс. Такое распределение вычислительной мощности, локальное для полевых стоек подключения ввода / вывода (I / O), также обеспечивает быструю обработку контроллера за счет устранения возможных задержек сетевой и центральной обработки.
Прилагаемая диаграмма представляет собой общую модель, которая показывает функциональные уровни производства с использованием компьютеризированного управления.
Уровни 3 и 4 не являются строго контролем процесса в традиционном понимании, но там, где имеет место производственный контроль и планирование.
Технические моменты
Узлы процессоров и графические дисплеи оператора подключаются через собственные сети или сети промышленного стандарта, а надежность сети повышается за счет прокладки кабелей с двойным резервированием по различным маршрутам. Эта распределенная топология также уменьшает количество полевых кабелей за счет размещения модулей ввода-вывода и связанных с ними процессоров рядом с производственным предприятием.
Процессоры получают информацию от модулей ввода, обрабатывают информацию и решают управляющие действия, о которых должны сигнализировать модули вывода. Полевые входы и выходы могут быть аналоговыми сигналами, например, токовой петлей 4–20 мА постоянного тока, или двухпозиционными сигналами, которые включают или выключать, например, контактами реле или полупроводниковым переключателем.
РСУ в приложениях с очень высокой надежностью могут иметь процессоры с двойным резервированием с «горячим» переключением при отказе для повышения надежности системы управления.
Типичные области применения
Процессы, в которых может использоваться DCS, включают:
История
Эволюция операций по управлению технологическим процессом
Управление процессами на крупных промышленных предприятиях прошло много этапов. Первоначально управление будет осуществляться с локальных панелей технологического предприятия. Однако для этого требовались большие людские ресурсы для работы с этими рассредоточенными группами, и не было общего обзора процесса. Следующим логическим шагом стала передача всех заводских измерений в центральную диспетчерскую, где постоянно находился персонал. Фактически это была централизация всех локализованных панелей с преимуществами более низкого уровня персонала и более легкого обзора процесса. Часто контроллеры находились за панелями диспетчерской, и все автоматические и ручные управляющие сигналы передавались обратно на завод. Однако, обеспечивая централизованное управление, эта компоновка была негибкой, поскольку каждый контур управления имел собственное аппаратное обеспечение контроллера, и для просмотра различных частей процесса требовалось постоянное движение оператора в диспетчерской.
С появлением электронных процессоров и графических дисплеев стало возможным заменить эти дискретные контроллеры компьютерными алгоритмами, размещенными в сети стоек ввода / вывода с собственными процессорами управления. Они могут быть распределены по предприятию и сообщаться с графическим дисплеем в диспетчерской или комнатах. Так родилась распределенная система управления.
Внедрение DCS позволило легко соединить и переконфигурировать средства управления производством, такие как каскадные петли и блокировки, а также облегчить взаимодействие с другими производственными компьютерными системами. Это обеспечило сложную обработку аварийных сигналов, ввело автоматическую регистрацию событий, устранило необходимость в физических записях, таких как регистраторы диаграмм, позволило объединить стойки управления в сеть и, таким образом, расположить их локально на заводе, чтобы сократить количество прокладок кабелей, и обеспечил высокоуровневые обзоры состояния завода и производства уровни.
Происхождение
Разработка
Центральным элементом модели DCS было включение функциональных блоков управления. Функциональные блоки произошли от ранних, более примитивных концепций DDC программного обеспечения с табличным управлением. Один из первых вариантов объектно-ориентированного программного обеспечения, функциональные блоки были автономными «блоками» кода, которые имитировали аналоговые компоненты управления оборудованием и выполняли задачи, которые были важны для управления процессом, такие как выполнение алгоритмов PID. Функциональные блоки продолжают оставаться преобладающим методом контроля для поставщиков DCS и сегодня поддерживаются ключевыми технологиями, такими как Foundation Fieldbus.
Midac Systems из Сиднея, Австралия, разработала объектно-ориентированную распределенную прямую цифровую систему управления в 1982 году. Центральная система выполняла 11 микропроцессоров, совместно использующих задачи и общую память, и была подключена к сети последовательной связи, состоящей из распределенных контроллеров, каждый из которых работал с двумя Z80. Система была установлена в Мельбурнском университете.
Цифровая связь между распределенными контроллерами, рабочими станциями и другими вычислительными элементами (одноранговый доступ) была одним из основных преимуществ DCS. Внимание было должным образом сосредоточено на сетях, которые обеспечивали важнейшие линии связи, которые для приложений процессов должны были включать определенные функции, такие как детерминизм и избыточность. В результате многие поставщики приняли сетевой стандарт IEEE 802.4. Это решение подготовило почву для волны миграций, необходимых, когда информационные технологии перешли в автоматизацию процессов и IEEE 802.3, а не IEEE 802.4, преобладал в качестве управляющей LAN.
Сетецентрическая эпоха 1980-х годов
В результате поставщики также начали внедрять сети на базе Ethernet со своими собственными уровнями протоколов. Полный стандарт TCP / IP не был реализован, но использование Ethernet позволило реализовать первые экземпляры технологии управления объектами и глобального доступа к данным. В 1980-е годы также были созданы первые ПЛК, интегрированные в инфраструктуру DCS. Специалисты по истории предприятия также начали извлекать выгоду из расширенного охвата систем автоматизации. Первым поставщиком DCS, принявшим сетевые технологии UNIX и Ethernet, была компания Foxboro, которая представила систему I / A Series в 1987 году.
Эпоха ориентированности на приложения 1990-х годов
Стремление к открытости в 1980-х годах набирало силу в 1990-х годах с более широким внедрением коммерческих готовых компонентов (COTS) и ИТ-стандартов. Вероятно, самым крупным переходом, предпринятым за это время, стал переход от операционной системы UNIX к среде Windows. В то время как в области операционной системы реального времени ( RTOS ) для управляющих приложений по-прежнему доминируют коммерческие варианты UNIX или проприетарные операционные системы в реальном времени, все, что выше управления в реальном времени, перешло в Windows.
Однако влияние COTS было наиболее заметно на аппаратном уровне. В течение многих лет основным бизнесом поставщиков DCS была поставка большого количества оборудования, в частности ввода-вывода и контроллеров. Первоначальное распространение DCS потребовало установки огромного количества этого оборудования, большая часть которого производилась снизу вверх поставщиками DCS. Однако стандартные компьютерные компоненты от таких производителей, как Intel и Motorola, сделали для поставщиков DCS непомерно дорогостоящим производство собственных компонентов, рабочих станций и сетевого оборудования.
Из-за сокращающегося бизнеса по производству оборудования поставщики начали непростой переход от бизнес-модели, основанной на оборудовании, к модели, основанной на программном обеспечении и дополнительных услугах. Это переход, который все еще происходит сегодня. Портфель приложений, предлагаемый поставщиками, значительно расширился в 90-х годах и включил такие области, как управление производством, управление на основе моделей, оптимизация в реальном времени, управление активами предприятия (PAM), инструменты управления производительностью в реальном времени (RPM), управление аварийными сигналами и т. Д. и много других. Однако для получения истинной ценности от этих приложений часто требуется значительный объем услуг, который также предоставляют поставщики.
Современные системы (с 2010 г.)
Последние разработки DCS включают следующие новые технологии:
По иронии судьбы, DCS становится все более централизованной на уровне предприятия с возможностью входа в удаленное оборудование. Это позволяет оператору управлять как на уровне предприятия (макро), так и на уровне оборудования (микро), как внутри, так и за пределами предприятия, поскольку важность физического местоположения падает из-за взаимосвязанности, прежде всего благодаря беспроводному и удаленному доступу.
Чем больше беспроводных протоколов разработано и усовершенствовано, тем больше они будут включены в DCS. Контроллеры DCS теперь часто оснащены встроенными серверами и обеспечивают оперативный доступ в Интернет. Будет ли DCS возглавить промышленный Интернет вещей (IIOT) или позаимствовать у него ключевые элементы, еще неизвестно.
Что такое dcs система
Распределенные системы управления (РСУ) — DCS
к.т.н., эксперт по автоматизации производства,
В данной статье рассмотрим такое эффективное решение, как
распределенная система управления
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.
Microsoft SQL Server является реляционной базой данных.
Сферы применения РСУ многочисленны:
Требования к современной РСУ:
В итоге РСУ имеет следующие характеристики, отличающие ее от сосредоточенной:
Функциональное отличие РСУ от систем ПЛК+СКАДА — заключается в следующем :
Все это, разумеется, делает начальную цену РСУ более высокой по сравнению с ПЛК+СКАДА, но на порядок снижает время разработки и внедрения.
Контроллеры для распределенных систем управления
В связи с резким удешевлением микропроцессорной техники с одновременным повышением их надежности и характеристик, уменьшением их размеров и увеличением их функциональных возможностей появилось большое количество малогабаритных контроллеров и компьютеров, обладающих невысокой стоимостью.
Наличие развитых сетевых средств позволяет связывать эти контроллеры в единую сеть, причем различные узлы (контроллеры, интеллектуальные модули ввода-вывода, компьютеры) этой сети могут быть разнесены друг от друга на достаточно большие расстояния.
Такая распределенная архитектура системы управления обладает следующими достоинствами:
С ростом блоков ввода-вывода и соответственно — количество датчиков в системе, показанной на Рис. 1, увеличивается число и суммарная длина проводов, соединяющих датчики с устройством ввода.
Это приводит не только к росту стоимости кабельного оборудования, но и к проблемам, связанным с электромагнитными наводками, особенно если датчики распределены по большой площади.
В распределенной системе модули ввода-вывода изготавливаются с небольшим количеством входов (обычно от 1 до 16), а сами модули располагаются вблизи места установки датчиков. Увеличение количества датчиков (входов) достигается путем наращивания числа модулей и объединения их с помощью общей шины. Это сокращает общую длину проводов в системе, а также уменьшает длину проводов с аналоговыми сигналами.
