Yokogawa-Verteiltes Steuerungssystem (DCS) – Tiefenanalyse

Was ist das Dezentralen Steuerungssystem (DCS) ?

Ein verteiltes Steuersystem (DCS) platziert das "Gehirn" direkt neben der Anlageneinheit und ersetzt eine einzelne zentrale SPS durch mehrere Feldregler. Yokogawa ist seit über 40 Jahren intensiv in diesem Bereich tätig. Seine Systeme basieren auf dem Prinzip „lokale Steuerung und globale Koordination“, wodurch sichergestellt wird, dass ein einzelner Ausfallpunkt nicht zu einem kompletten Stillstand führt.

Was macht die Architektur effizient?

Funktionale Schichtung: Operatoren treffen Entscheidungen ausschließlich über die HMI; konkrete Regelkreisanpassungen werden von naheliegenden Reglern vorgenommen, was die Wahrscheinlichkeit von Bedienfehlern reduziert.

Physikalisch verteilt: Die Regler sind nahe an den Prozesseinheiten angeordnet, wodurch lange Hin- und Rückwege für 4–20 mA- oder Feldbussignale entfallen und die Störfestigkeit um mehr als 30 % verbessert wird.

Redundantes Design: Dreifache Hot-Standby-Konfiguration für CPU, Stromversorgung und Kommunikationsnetz; Umschaltzeit < 100 ms; Systemverfügbarkeit erreicht 99,9999 % (feldgetestete Daten).

Wie verbessert dies Betrieb und Wartung?

Fehlerisolierung: Vergleichsstatistiken aus einer Raffinerie zeigen, dass nach der Einführung des Yokogawa-DCS die Anzahl ungeplanter Abschaltungen um 41 % zurückging.

Online-Wartung: Die Steuerungseinheit unterstützt Hot-Swapping, sodass große Raffinerien mit einer Kapazität von 500 k Barrel/Tag über 60 % der routinemäßigen Kalibrierungen ohne Produktionsunterbrechung durchführen können – dies führt zu einer zusätzlichen effektiven Betriebszeit von jährlich 18 Stunden.

Wie funktioniert es?

Feldgeräte → Feldsteuerung (Echtzeit-PID-, Verriegelungsberechnung) → Redundantes Ethernet/RS-485 → Bedienerstation/Ingenieurstation → MES/ERP.

Bei plötzlichem Druckanstieg in der Pipeline schließt die lokale Steuerungseinheit die Ventile innerhalb weniger Millisekunden und meldet gleichzeitig ausschließlich eine „Ereigniszusammenfassung“ an die Bedienerstation; andere Anlagenteile setzen die Produktion wie gewohnt fort.

Über die CENTUM VP-Serie

Yokogawas neueste Plattformgeneration – deckt kontinuierliche und diskontinuierliche Prozesse ab und wurde in über 30.000 Einheiten in mehr als 100 Ländern installiert.

Offene Schnittstellen: Integrierte OPC UA-, Modbus TCP-, HART- und ISA100-Wireless-Unterstützung ermöglicht die direkte Verbindung mit SPSen und intelligenten Messgeräten von Drittanbietern.

Integrierte Sicherheit nach dem Security-by-Design-Prinzip: Whitelisting, Deep Packet Inspection und regionale Isolation; zertifiziert gemäß ISA/IEC 62443-3-3 SL2.

Vorausschauende Wartung: Integrierter Sushi-Sensor und KI-Algorithmen senkten bei einem großen petrochemischen Kunden die Pumpenausfallrate um 35 % und sparten jährlich 2,8 Millionen US-Dollar an Wartungskosten ein.

Modulare Erweiterbarkeit: Nahtlose Skalierung von 1 Controller bis zu 1.000 Knoten; die anfängliche Investition erfolgt schrittweise entsprechend der Kapazitätsauslastung und verkürzt die Amortisationsdauer um 18 Monate.

Typische Leistungen: 1.000-MW-Ultrahochdruck-Kraftwerksblock: Das DCS steuert 18.000 E/A-Punkte; innerhalb von 5 Betriebsjahren gab es keine unplanmäßige Ausfallzeit.

Pharmazeutische Batch-Fermentation: Integrierte Batch-Verarbeitung, elektronische Signaturen und Audit-Trails auf derselben Plattform, konform mit FDA 21 CFR Part 11; die Abrufzeit für Batch-Dokumentation wurde von 2 Stunden auf 5 Minuten reduziert.

Yokogawa DCS minimiert mit seinem Ansatz der „lokalen Autonomie + globalen Optimierung“ den Ausfallumfang und maximiert das Betriebsfenster. Für digitale Fabriken ermöglicht CENTUM VP durch seine hochverfügbare, sichere und skalierbare Architektur eine echte „unsichtbare“ Automatisierung, indem jährlich zusätzliche 1–3 % Gerätekapazität freigesetzt werden, während Sicherheit und Compliance gewährleistet bleiben.