Systémy řízení procesů: viditelnost, síťové strategie

Obrázek 1: První systémy řízení procesů (vlevo) byly izolované a postavené na proprietárním zařízení. Jakmile byly připojeny k mnohem větším sítím (vpravo), staly se složitějšími a získaly široké možnosti. Od okamžiku, kdy před více než 40 lety společnost Yokogawa představila první distribuovaný řídicí systém (DCS) na světě, se systémy pro automatizaci procesů skládají ze samostatných řídicích a vizualizačních komponent. Obrázek poskytla společnost Yokogawa Obrázek 1: První systémy řízení procesů (vlevo) byly izolované a postavené na proprietárním zařízení. Jakmile byly připojeny k mnohem větším sítím (vpravo), staly se složitějšími a získaly široké možnosti. Od okamžiku, kdy před více než 40 lety společnost Yokogawa představila první distribuovaný řídicí systém (DCS) na světě, se systémy pro automatizaci procesů skládají ze samostatných řídicích a vizualizačních komponent. Obrázek poskytla společnost Yokogawa

Tradiční distribuované řídicí systémy a systémy pro dohledové řízení a sběr dat lze vylepšit pomocí průmyslové digitální transformace.

Nedovolte, aby brzký úspěch s konektivitou k provozním technologiím (PT) zastavil technologické inovace pro průmyslový internet věcí (IIoT) a průmyslovou digitální transformaci (DX). Řešení systémů pokročilého řízení procesů zahrnují interoperabilitu, modularitu, standardy, škálovatelnost a přenositelnost.

Automatizované procesy, DCS, SCADA

Počínaje prvním distribuovaným řídicím systémem (DCS) na světě, který se objevil před více než 40 lety, se systémy automatizace procesů skládaly ze samostatných řídicích a vizualizačních komponent. Systémy SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) se často používaly pro zařízení, jako jsou potrubní systémy a hlavice vrtů.

Obě architektury shromažďují data z procesních přístrojů a reagují odesláním příkazů akčním členům a obě mohou řídit více smyček současně, aby zvládaly komplexní procesy. S postupným zdokonalováním programovatelných logických automatů (PLC) začaly sloužit i jako malé řídicí jednotky.

Operátoři museli zpočátku sídlit v centralizované řídicí místnosti nebo velínu, protože rozhraní člověk–stroj (HMI) nepodporovalo vzdálený přístup. Veškeré informace poskytované jiným pracovníkům než operátorům byly odesílány prostřednictvím zpráv, které často měly značné časové zpoždění.

Komerční technologie pomáhají

Postupem času ustoupil proprietární hardware a software komerčnímu vybavení, především počítačům, které poskytly nové mechanismy pro průmyslovou konektivitu. Díky této konektivitě by se systémy automatizace procesů mohly propojit s podnikovými sítěmi v závodě a rozšířit se na internet. Přístup k datům a dokonce i skutečné ovládání z libovolného místa se staly reálnou možností. Izolované systémy DCS nebo SCADA (obrázek 1 vlevo) se pak staly součástí větší sítě reálného času (obrázek 1 vpravo), která se nakonec mohla připojit k čemukoli. To pomáhá vytvořit kontextový rámec pro úvahy o tom, co bude následovat.

Progresivně orientované společnosti, které se zabývají implementací průmyslových strategií DX, musejí zvážit, jak jejich platformy DCS a SCADA zapadají do širšího obrazu. Jak budou vypadat tyto systémy, jež budou plnit své tradiční funkce ve složitějším prostředí, kde se vrstvy automatizační pyramidy prolínají (obrázek 2) a ztrácejí svůj individuální charakter?

CTL2106 MAG2 F2 HMI SCADA Yokogawa Fig2 IT OT ConvergenceObrázek 2: S růstem DX a sbližováním IT a PT se tradiční vrstvy Purdueova modelu stávají mnohem méně zřetelnými. Otevřené platformy mohou podporovat prostředí DCS i SCADA. Obrázek poskytla společnost Yokogawa

IT, PT, virtualizace, cloud a standardy

Díky konvergenci IT a PT a virtualizačním technologiím se mnoho technických a softwarových aplikací přesouvá do cloudu. Integrace cloudových technologií umožňuje systémům řízení procesů provádět edge computing a sloužit jako zdroje dat pro IIoT. Cloudová prostředí mohou integrovat data z různých zdrojů a zlepšit jejich dostupnost pro podporu analytiky a rozhodování. Využití výhod cloudových prostředí, IIoT a edge computingu vyžaduje, aby tvůrci procesů modernizovali stárnoucí platformy DCS a SCADA. Výhodou systému DX je otevřenější a bezpečnější architektura a design systému.

Iniciativy NAMUR Open Architecture (NOA) a Open Process Automation Forum (OPAF) jsou hnací silou iniciativ otevřené architektury v průmyslové automatizaci, které se odklánějí od proprietárních architektur. Obě popisují, jak mohou systémy nezávislé na dodavateli využívat nejmodernější vybavení a funkce a vyhnout se tak uzamčení u jednoho dodavatele. Mezi klíčové koncepty OPAF patří interoperabilita, modularita, shoda se standardy, soulad s bezpečnostními standardy, škálovatelnost a přenositelnost. V rámci NOA je odděleně od stávajícího systému vypracována samostatná oblast nazvaná monitorování a optimalizace (M+O). Sbírá data přímo z robotů a dronů a také z nových senzorů koroze, zvuku, vibrací a dalších proměnných souvisejících s údržbou. Data ve stávajícím systému jsou importována prostřednictvím OPC UA, takže lze přímo v provozu realizovat pokročilé řízení, analýzu a diagnostiku.

Samoučicí řešení, řízení procesů

Systémy DCS a SCADA se díky vývoji v oblasti DX mění a vyvíjejí a tato cesta teprve začíná. To představuje pro výrobce procesů výzvu, zejména při zvažování obtížného rozhodnutí o zahájení rozsáhlé modernizace systému. Žádný výrobce by se neměl spokojit s myšlenkou, že na novějším hardwaru budou běžet stejné schopnosti.

Každý nový systém bude modulárnější, takže bude možné jeho části podle potřeby modernizovat nebo vyměňovat, až přibydou nové možnosti. To je jen začátek. Průmyslová automatizace přinese možnosti, které jsou dnes pouze v říši představ. Systém DCS bude mít schopnost samoučení, aby lépe porozuměl procesům, které řídí. Vyvine si schopnost provádět složité řídicí funkce, jako jsou postupy (spuštění, změna stupně atd.), automaticky a s minimálním, nebo dokonce žádným zásahem obsluhy. V závodech se sníží počet nehod a prostojů způsobených lidskými chybami a zároveň bude dosaženo optimálního provozu.

Větší propojení systémů podpoří integrovaná operační centra spolu s dynamickým naváděním obsluhy, jež usnadní vysoce kvalitní alarmové systémy. Tento vývoj pomůže výrobcům dosáhnout nové, vyšší úrovně optimalizace a bezpečnosti systémů. Dynamické simulátory s digitálním dvojčetem umožňují operátorům a manažerům vyhodnocovat změny provozních podmínek předvídáním chování procesu.

Tyto funkce budou využívat otevřené systémy pro podporu provozu IIoT a cloudových operací – včetně OPC UA a telemetrického přenosu zpráv (MQTT) – spolu s dalšími protokoly pro připojení k IT, jako je protokol SNMP (Simple Network Management Protocol) a protokol ICMP (Internet Control Message Protocol).

Autorem článku je Kevin Finnan, konzultant pro digitální transformaci a průmyslový marketing ve společnosti Yokogawa Corporation of America. Wataru Nakagawa  je obsahový ředitel marketingu systémových produktů ve společnosti Yokogawa Electric Corp. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com