Dedikált vezérlőktől a szoftveralapú vezérlésig: a DeltaV IQ vezérlő fejleszti a DCS architektúrát

01Bevezetés

A disztribuált irányítási rendszerek hagyományosan a dedikált vezérlők köré épültek olyan szorosan összekapcsolt hardver-, firmware- és alkalmazásszoftver-kombinációkként, amelyeket speciálisan terveztek. Ez az architektúra évtizedek óta determinisztikus teljesítményt nyújt, de ugyanakkor a vezérlési kapacitást, az életciklus-tervezést és a rendszerbővítést is egy adott hardvergenerációhoz kötheti. Ahogy a gyártási stratégiák egyre rugalmasabbá válnak, és az ipari szervezetek digitális átalakulásra törekszenek, sok üzemnek olyan vezérlőinfrastruktúrára van szüksége, amely fejlődhet anélkül, hogy zavaró cserék kényszerítenék.

Az Emerson DeltaV IQ Controller e követelményt úgy elégíti ki, hogy a vezérlés végrehajtását áthelyezi szerverosztályú számítási infrastruktúra ugyanakkor megtartva a DeltaV elosztott irányítási rendszerhez társított mérnöki gyakorlatokat és üzemeltetési környezetet. A vezérlőszoftver függetlenül telepíthető egy cél-specifikus vezérlőeszközről, így alapot teremtve rugalmasságot biztosító kapacitás-elosztásnak ,hardverelvonatkozás-mentességnek és hatékonyabb modernizációnak.

Ez az átalakulás jelentős hatással van már működő üzemekre valamint új projektekre is. A gyártóüzemek szoftverdefiniált irányítást értékelhetnek egy fokozatos architektúrastratégia részeként, nem pedig teljes cserével járó modernizációs programként. Az eredmény egy gyakorlatias híd a megszokott folyamatirányítási szakterületek és egy rugalmasabb számítási modell között.

02A vezérlőszoftver és a dedikált hardver elkülönítése

A DeltaV IQ Controller központi tervezési elve a vezérlőszoftver leválasztása egy merev, tulajdonosi hardverplatformról. Egy hagyományos DCS-ben a vezérlő funkciók szorosan kapcsolódnak egy fizikai vezérlőhöz, így a feldolgozási kapacitás növelése általában egy újabb eszköz telepítését jelenti, amelyhez szekrényhelyet, tápellátást és hálózati infrastruktúrát kell biztosítani, valamint új hardvert kell üzembe helyezni. Egy szoftveralapú architektúra ezt a kapcsolatot megváltoztatja, mivel lehetővé teszi a vezérlési példányok futtatását megfelelő kiszolgáló-infrastruktúrán.

Mérnöki csapatok számára ez az absztrakció rugalmasabb erőforrásmodellt hoz létre. A vezérlési stratégiák, szabályozási hurkok, sorozatlogika, biztonsági zárók és berendezésmodulok továbbra is részei a jól ismert DeltaV mérnöki környezetnek, miközben az alapul szolgáló számítási réteg infrastruktúraként kezelhető. Ez segít megőrizni a determinisztikus folyamatviselkedést és a megszokott konfigurációs munkafolyamatokat anélkül, hogy minden jövőbeli kapacitási döntés egy dedikált vezérlőházhoz kötődne.

Ez a megközelítés támogatja a szabványosítást a projektek között is. Ahelyett, hogy számos vezérlőhardver-verziót kellene karbantartani, a szervezetek a vezérlési üzembe helyezéseket egy ellenőrzött szerveréletciklussal igazíthatják. A rendszerarchitektúrák elkülöníthetik az alkalmazástervezéssel kapcsolatos döntéseket a fizikai számítási platformmal kapcsolatos döntésektől, így egyszerűbbé válik a frissítési ciklusok tervezése és a mérnöki szabványok egységes fenntartása több gyártási egységben is.

A szoftverrel meghatározott vezérlés nem szünteti meg az elszigetelt ipari tervezés szükségességét. A hálózati szegmentáció, kibaszódási védelem , az időszinkronizáció, a redundancia, a biztonsági mentés és a változásmenedzsment továbbra is alapvető fontosságúak. Az előnye abban rejlik, hogy ezeket a követelményeket egy összehangolt architektúrán belül lehet kezelni, amelyet úgy terveztek, hogy előrejelezhetőbben skálázódjon, mint egy elkülönült vezérlőberendezések gyűjteménye.

03Skálázható kapacitás a változó gyártási igényekhez

Az ipari létesítmények ritkán maradnak statikusak. Új egységeket (skid-eket) adnak hozzá, a gyártási receptek módosulnak, fejlett vezérlési alkalmazások bővülnek, és további műszerek növelik a folyamatadatok mennyiségét. Egy hagyományos architektúra esetén minden változás kiválthatja a vezérlők terhelésének, az I/O-kiosztásnak, a szekrények rendelkezésre állásának és a pótalkatrészek igényének részletes felülvizsgálatát. A DeltaV IQ Controller egy olyan kapacitásmodellt vezet be, amelyben a vezérlési feladatok a szerverkörnyezeten belül bővíthetők, a validált rendszerarchitektúra és a licencelési keretrendszer figyelembevételével.

Ez a képesség rövidítheti a projekttervezéstől az üzembe helyezésig vezető utat. A mérnökök új vezérlési funkciókat oszthatnak be anélkül, hogy minden egyes további követelményhez azonnal hozzáadnának egy újabb fizikai vezérlőegységet. Ez a rugalmasság különösen értékes moduláris létesítmények, kísérleti gyártóüzemek és többtermékes műveletek esetén, mivel a vezérlési igény fokozatosan növekedhet, nem pedig egyetlen nagyobb bővítés révén.

A központosított számítási kapacitás javítja a forrásfelhasználás átláthatóságát is. Egy egységes infrastruktúra-réteg egyszerűsítheti a kapacitástervezést, és csökkentheti a karbantartási csapatoknak támogatandó hardverváltozatok számát. A tartalékstratégia egy kisebb, megfelelően minősített alkatrész-készletre összpontosíthat, miközben a mérnöki csapatok a bővítést mérhető számítási és rendszerkorlátok alapján tervezhetik, nem pedig szekrényenkénti becslések alapján.

Számára zöldmezős projektek , az architektúra lehetővé teszi a vezérlési felület kompaktabb kialakítását. A meglévő telephelyek esetében lehetőséget nyújt új kapacitás bevezetésére a meglévő DeltaV-eszközök mellett. Mindkét esetben a gazdasági előny abból származik, hogy a vezérlési erőforrásokat jobban igazítják a termelési igényekhez, csökkentve ezzel a kihasználatlan kapacitást és korlátozva a felesleges hardverbővítést.

04Rugalmas működés, redundancia és életciklus-modernizáció

A rendelkezésre állás alapvető fontosságú a folyamatautomatizálásban, ahol egy vezérlő megszakítása befolyásolhatja a termékminőséget, a berendezések biztonságát és az üzem teljesítményét. Ezért egy szerveralapú vezérlési modellnek többet kell nyújtania, mint pusztán nyers számítási teljesítményt. A DeltaV IQ Controller a következő elvek köré épül: rugalmasan telepíthető architektúra , beleértve hibatűrő infrastruktúra és redundáns rendszertervezés, így a vezérlési feladatok továbbra is elérhetők maradnak, ha egyes hardverkomponensek karbantartásra szorulnak.

Az architektúra továbbá javíthatja életciklus menedzsment . A hagyományos vezérlők frissítése hardvercserét, vezetékezési munkát, szekrénymunkát és szigorúan ütemezett leállási ablakokat igényelhet. Amikor a vezérlőszoftver el van választva a szerverplatformtól, a hardverfrissítés és a szoftverfejlesztés egymással összefüggő, de külön tevékenységként tervezhető. Ez az elválasztás több lehetőséget biztosít a modernizáció lépésről lépésre történő ütemezésére, és csökkentheti az infrastrukturális változások működési hatását.

A DeltaV 16. verziója ezt az irányt tovább erősíti a rendszer skálázhatóságának, kiberbiztonságának és modernizációs képességeinek javításával. Egy jól szabályozott életciklus-program keretében a szoftveralapú vezérlők támogathatják a szabványosított javításokat, a szabályozott verziókezelést, a biztonsági mentési eljárásokat és a helyreállítási tervezést. Ezeket a gyakorlatokat továbbra is meg kell felelniük a gyári érvényesítési követelményeknek, a változáskezelési eljárásoknak és az alkalmazandó ipari szabályozásoknak.

A kiberbiztonságra különös figyelmet kell fordítani, mert az integráció megváltoztatja a kockázati profilját. A gyáraknak alkalmazniuk kell többszintű védelmi intézkedések , megerősítik a gazdagép-infrastruktúrát, korlátozzák a rendszergazdai hozzáférést, fenntartják az ellenőrzött biztonsági másolatokat, és figyelik a rendszer állapotát. Ha ezeket az intézkedéseket már a tervezési fázisban beépítik, a szoftveralapú modell ötvözheti az üzemeltetési rugalmasságot a megbízhatóbb életciklus-kezeléssel.

05Összefoglalás

A DeltaV IQ Controller jelentős változást hoz a DCS-architektúrába: a vezérlési képességet most már szoftverként kezelik, amely minősített, ellenálló számítási infrastruktúrán fut, nem pedig egy külön készülékre mereven rögzített funkcióként. Ez a modell segíthet a gyártóknak hatékonyabban bővíteni kapacitásukat, szabványosítani infrastruktúrájukat, valamint összehangolni a hardver-felújítást a szoftvermodernizálással.

A legerősebb eredmények a szigorúan betartott megvalósításból fognak származni. A teljesítményvezérlés, a redundancia, a kiberbiztonság, az érvényesítés, a hálózatkezelés és az életciklus-irányítás együttes értékelése szükséges. Azoknak a gyártóüzemeknek, amelyek fokozatos digitális átalakulást követnek, a DeltaV IQ Controller gyakorlatias útvonalat kínál a hardverhez kötött vezérléstől egy rugalmasabb, szoftveralapú automatizálási környezet felé – anélkül, hogy fel kellene adniuk a kritikus folyamatműveletek számára szükséges mérnöki folytonosságot.