Από Αφιερωμένους Ελεγκτές σε Ελεγκτές Βασισμένους σε Λογισμικό: Ο Ελεγκτής DeltaV IQ Προωθεί την Αρχιτεκτονική των Συστημάτων Ελέγχου Διαδικασίας (DCS)

01Εισαγωγή

Τα κατανεμημένα συστήματα ελέγχου έχουν παραδοσιακά κατασκευαστεί γύρω από αφιερωμένους ελεγκτές που σχεδιάζονται ως στενά συνδεδεμένοι συνδυασμοί υλικού, firmware και λογισμικού εφαρμογής. Αυτή η αρχιτεκτονική έχει παρέχει προσδιοριστική απόδοση επί δεκαετίες, αλλά μπορεί επίσης να συνδέει την ικανότητα ελέγχου, τον σχεδιασμό του κύκλου ζωής και την επέκταση του συστήματος με μια συγκεκριμένη γενιά υλικού. Καθώς οι στρατηγικές παραγωγής γίνονται πιο ευέλικτες και οι βιομηχανικές οργανώσεις αναζητούν τον ψηφιακό μετασχηματισμό, πολλές εγκαταστάσεις χρειάζονται υποδομή ελέγχου που μπορεί να εξελίσσεται χωρίς να επιβάλλει διαταρακτικούς κύκλους αντικατάστασης.

Η Emerson DeltaV IQ Controller ανταποκρίνεται σε αυτήν την απαίτηση μεταφέροντας την εκτέλεση ελέγχου σε υποδομή υπολογιστικής κλάσης διακομιστή διατηρώντας παράλληλα τις μεθόδους μηχανικού σχεδιασμού και το λειτουργικό περιβάλλον που συνδέονται με το διανεμημένο σύστημα ελέγχου DeltaV. Το λογισμικό ελεγκτή μπορεί να εγκατασταθεί ανεξάρτητα από μια ειδική συσκευή ελεγκτή, δημιουργώντας μια βάση για εύκαμπτη κατανομή χωρητικότητας ,αφαίρεση του υλικού και πιο απλοποιημένη σύγχρονη αναβάθμιση.

Αυτή η εξέλιξη είναι σημαντική για υφιστάμενες εγκαταστάσεις καθώς και για νέα έργα. Οι εργοστασιακές εγκαταστάσεις μπορούν να αξιολογήσουν τον ελεγκτή με βάση το λογισμικό ως μέρος μιας σταδιακής στρατηγικής αρχιτεκτονικής, αντί να θεωρούν την αναβάθμιση ως ολοκληρωτικό πρόγραμμα αντικατάστασης. Το αποτέλεσμα είναι μια πρακτική γέφυρα μεταξύ των καθιερωμένων πειθαρχιών ελέγχου διεργασιών και ενός πιο προσαρμόσιμου υπολογιστικού μοντέλου.

02Αποσύζευξη του λογισμικού ελέγχου από εξειδικευμένο υλικό

Η κεντρική αρχή σχεδιασμού του ελεγκτή DeltaV IQ είναι η διαχωριστική αντιμετώπιση του λογισμικού ελέγχου από μια σταθερή, ιδιόκτητη υλική πλατφόρμα. Σε ένα συμβατικό σύστημα DCS, η λειτουργικότητα του ελεγκτή είναι στενά συνδεδεμένη με ένα φυσικό ελεγκτή, οπότε η προσθήκη υπολογιστικής ισχύος συνήθως σημαίνει την εγκατάσταση μιας επιπλέον συσκευής, την κατανομή χώρου σε ντουλάπι, την επέκταση της ηλεκτρικής και δικτυακής υποδομής και την εκκίνηση νέου υλικού. Μια αρχιτεκτονική ορισμένη από λογισμικό αλλάζει αυτήν τη σχέση, επιτρέποντας στις παρουσίες ελέγχου να εκτελούνται σε πιστοποιημένη διακομιστική υποδομή.

Για τις ομάδες μηχανικών, αυτή η αφαίρεση δημιουργεί ένα πιο ευέλικτο μοντέλο πόρων. Οι στρατηγικές ελέγχου, οι βρόχοι ρύθμισης, η ακολουθιακή λογική, οι ασφαλειακοί μηχανισμοί και τα μοντέλα εξοπλισμού παραμένουν μέρος του γνωστού περιβάλλοντος μηχανικής DeltaV, ενώ η υποκείμενη υπολογιστική επίπεδο μπορεί να διαχειρίζεται ως υποδομή. Αυτό βοηθά να διατηρηθεί η προσδιοριστική συμπεριφορά της διαδικασίας και οι καθιερωμένες ροές εργασίας ρύθμισης, χωρίς να καθιστά κάθε μελλοντική απόφαση για χωρητικότητα εξαρτώμενη από μια αφιερωμένη κασέτα ελεγκτή.

Η προσέγγιση υποστηρίζει επίσης την τυποποίηση σε όλα τα έργα. Αντί να διατηρούνται πολλές εκδόσεις υλικού ελεγκτών, οι οργανισμοί μπορούν να ευθυγραμμίσουν τις εγκαταστάσεις ελέγχου με ένα ελεγχόμενο κύκλο ζωής διακομιστή. Οι αρχιτέκτονες συστημάτων μπορούν να διαχωρίσουν τις αποφάσεις σχετικά με το σχεδιασμό εφαρμογής από τις αποφάσεις σχετικά με τη φυσική υπολογιστική πλατφόρμα, κάνοντας πιο εύκολο τον σχεδιασμό των κύκλων ανανέωσης και τη διατήρηση συνεκτικών προτύπων μηχανικής σε πολλαπλές μονάδες παραγωγής.

Ο έλεγχος που ορίζεται από λογισμικό δεν εξαλείφει την ανάγκη για πειθαρχημένο βιομηχανικό σχεδιασμό. Η τμηματοποίηση δικτύου, κυβερνοασφάλεια , η συγχρονισμένη χρονική σήμανση, η αντιστάθμιση, η αντιγραφή ασφαλείας και η διαχείριση αλλαγών παραμένουν απαραίτητες. Η αξία του είναι ότι αυτές οι απαιτήσεις μπορούν να αντιμετωπιστούν εντός μιας ενοποιημένης αρχιτεκτονικής που έχει σχεδιαστεί για να κλιμακώνεται πιο προβλέψιμα από μια συλλογή απομονωμένων εγκαταστάσεων ελεγκτών.

03Κλιμακώσιμη χωρητικότητα για μεταβαλλόμενες απαιτήσεις παραγωγής

Οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις σπάνια παραμένουν στατικές. Προστίθενται νέα σκίντ, αλλάζουν οι συνταγές παραγωγής, προηγμένες εφαρμογές ελέγχου επεκτείνονται και πρόσθετα όργανα μετρήσεων αυξάνουν τον όγκο των δεδομένων διαδικασίας. Σε μια συμβατική αρχιτεκτονική, κάθε αλλαγή μπορεί να προκαλέσει μια λεπτομερή ανασκόπηση της φόρτισης των ελεγκτών, της κατανομής εισόδων/εξόδων, της διαθεσιμότητας των πίνακων και των απαιτήσεων για ανταλλακτικά. Ο ελεγκτής DeltaV IQ εισάγει ένα μοντέλο χωρητικότητας στο οποίο τα φορτία ελέγχου μπορούν να επεκταθούν εντός του περιβάλλοντος διακομιστή, υπό την επικύρωση της αρχιτεκτονικής του συστήματος και του πλαισίου αδειών.

Αυτή η δυνατότητα μπορεί να συντομεύσει τη διαδρομή από το σχεδιασμό του έργου μέχρι τη θέση σε λειτουργία. Οι μηχανικοί μπορούν να αναθέτουν νέες λειτουργίες ελέγχου χωρίς να προσθέτουν αμέσως έναν επιπλέον φυσικό ελεγκτή για κάθε επιπρόσθετη απαίτηση. Για τις μοντουλαρικές εγκαταστάσεις, τις πιλοτικές μονάδες και τις πολυπροϊόντων λειτουργίες, αυτή η ευελιξία είναι ιδιαίτερα πολύτιμη, επειδή η ζήτηση ελέγχου μπορεί να αυξάνεται σε στάδια, αντί για μία μεγάλη επέκταση.

Η κεντρικοποιημένη επεξεργασία βελτιώνει επίσης την εποπτεία της χρήσης των πόρων. Ένα συνεκτικό επίπεδο υποδομής μπορεί να απλοποιήσει τον σχεδιασμό της χωρητικότητας και να μειώσει τον αριθμό των διαφορετικών εξαρτημάτων υλικού που πρέπει να υποστηρίζουν οι ομάδες συντήρησης. Η στρατηγική ανταλλακτικών μπορεί να επικεντρωθεί σε ένα μικρότερο σύνολο πιστοποιημένων συστατικών, ενώ οι ομάδες μηχανικών μπορούν να σχεδιάζουν την επέκταση με βάση μετρήσιμα όρια επεξεργασίας και συστήματος, αντί για εκτιμήσεις ανά καβινέτ.

Για νέα έργα η αρχιτεκτονική προσφέρει μια λύση για μια πιο συμπαγή διαχείριση του ελέγχου. Για υφιστάμενες εγκαταστάσεις (brownfield), παρέχει τη δυνατότητα εισαγωγής νέας ισχύος ελέγχου δίπλα σε υφιστάμενα συστήματα DeltaV. Σε και τις δύο περιπτώσεις, η επιχειρηματική αξία προκύπτει από την πιο ακριβή ευθυγράμμιση των πόρων ελέγχου με τη ζήτηση παραγωγής, μειώνοντας την ανεκμετάλλευτη ισχύ και περιορίζοντας την περιττή πολλαπλασιαστική ανάπτυξη υλικού.

04Ανθεκτικότητα, Αντεπιβάρυνση και Εκσυγχρονισμός του Κύκλου Ζωής

Η διαθεσιμότητα είναι θεμελιώδης στην αυτοματοποίηση διαδικασιών, όπου μια διακοπή του ελεγκτή μπορεί να επηρεάσει την ποιότητα του προϊόντος, την ασφάλεια του εξοπλισμού και την παραγωγικότητα της εγκατάστασης. Ένα μοντέλο ελέγχου βασισμένο σε διακομιστή πρέπει επομένως να προσφέρει περισσότερο από απλή υπολογιστική ισχύ. Ο ελεγκτής DeltaV IQ τοποθετείται γύρω από αρχές ανθεκτικής ανάπτυξης , συμπεριλαμβανομένων υποδομή ανεκτική σε σφάλματα και σχεδιασμό συστήματος με αντεπιβάρυνση, ώστε τα φορτία ελέγχου να παραμένουν διαθέσιμα ακόμα και όταν μεμονωμένα υλικά συστατικά χρειάζονται συντήρηση.

Η αρχιτεκτονική μπορεί επίσης να βελτιώσει διαχείριση Κύκλου Ζωής . Οι παραδοσιακές αναβαθμίσεις ελεγκτών μπορεί να απαιτούν αντικατάσταση υλικού, εργασίες καλωδίωσης, εργασίες σε πίνακες και αυστηρά καθορισμένα παράθυρα απενεργοποίησης. Όταν το λογισμικό ελέγχου αποσυνδέεται από την πλατφόρμα διακομιστή, η ανανέωση του υλικού και η εξέλιξη του λογισμικού μπορούν να σχεδιαστούν ως συνδεδεμένες, αλλά ξεχωριστές δραστηριότητες. Αυτός ο διαχωρισμός προσφέρει στους κατόχους περιουσιακών στοιχείων περισσότερες επιλογές για τη σειρά της μοντερνοποίησης και μπορεί να μειώσει τη λειτουργική επιρροή των αλλαγών στην υποδομή.

Η DeltaV Έκδοση 16 ενισχύει περαιτέρω αυτήν την κατεύθυνση μέσω βελτιωμένης κλιμάκωσης του συστήματος, κυβερνοασφάλειας και δυνατοτήτων μοντερνοποίησης. Σε ένα καλά διαχειριζόμενο πρόγραμμα κύκλου ζωής, οι ελεγκτές που ορίζονται από λογισμικό μπορούν να υποστηρίζουν τυποποιημένη εφαρμογή διορθώσεων, ελεγχόμενη διαχείριση εκδόσεων, διαδικασίες αντιγραφής ασφαλείας και σχεδιασμό ανάκαμψης. Αυτές οι πρακτικές πρέπει να συνεχίζουν να συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις επικύρωσης του εργοστασίου, τις διαδικασίες διαχείρισης αλλαγών και τους ισχύοντες κανονισμούς του κλάδου.

Η κυβερνοασφάλεια αξίζει ιδιαίτερης προσοχής, επειδή η συγχώνευση αλλάζει το προφίλ κινδύνου. Τα εργοστάσια πρέπει να εφαρμόζουν ελέγχους πολλαπλών επιπέδων ασφάλειας , ενισχύστε την υποδομή του κόμβου, περιορίστε τη διαχειριστική πρόσβαση, διατηρήστε επαληθευμένα αντίγραφα ασφαλείας και παρακολουθείτε την υγεία του συστήματος. Όταν αυτά τα μέτρα ενσωματώνονται από το στάδιο του σχεδιασμού, το μοντέλο που ορίζεται από λογισμικό μπορεί να συνδυάσει ανθεκτικότητα στη λειτουργία με ενισχυμένη συνέπεια κατά τον κύκλο ζωής.

05Συμπέρασμα

Ο ελεγκτής DeltaV IQ αντιπροσωπεύει μια σημαντική αλλαγή στην αρχιτεκτονική των συστημάτων DCS: η δυνατότητα ελέγχου αντιμετωπίζεται ως λογισμικό που μπορεί να εκτελείται σε εγκεκριμένη, ανθεκτική υπολογιστική υποδομή, αντί να αποτελεί μια λειτουργία που είναι μόνιμα συνδεδεμένη με μια αφιερωμένη συσκευή. Αυτό το μοντέλο μπορεί να βοηθήσει τους κατασκευαστές να επεκτείνουν την ισχύ τους πιο αποτελεσματικά, να τυποποιήσουν την υποδομή τους και να συντονίσουν την ανανέωση του υλικού με την εκσυγχρονισμό του λογισμικού.

Τα ισχυρότερα αποτελέσματα προκύπτουν από την πειθαρχημένη εφαρμογή. Η απόδοση, η πλεονασματικότητα, η κυβερνοασφάλεια, η επικύρωση, η δικτύωση και η διαχείριση του κύκλου ζωής πρέπει να αξιολογηθούν ενιαία. Για εργοστάσια που επιδιώκουν σταδιακό ψηφιακό μετασχηματισμό, ο ελεγκτής DeltaV IQ προσφέρει μια πραγματιστική προσέγγιση από τον ελεγχόμενο από υλικό έλεγχο προς ένα πιο προσαρμόσιμο και οριζόμενο από λογισμικό περιβάλλον αυτοματισμού—χωρίς να εγκαταλείψουν τη συνέχεια μηχανικής που απαιτείται από κρίσιμες διεργασίες.