Od špeciálnych regulátorov k softvérom definovanému riadeniu: regulátor DeltaV IQ posúva architektúru DCS

01Úvod

Distribuované riadiace systémy boli tradične postavené okolo vyhradených regulátorov navrhnutých ako tesne prepojené kombinácie hardvéru, firmvéru a aplikačného softvéru. Táto architektúra po desiatky rokov zabezpečovala deterministický výkon, avšak môže tiež viazať kapacitu riadenia, plánovanie životného cyklu a rozšírenie systému na konkrétnu generáciu hardvéru. Keď sa výrobné stratégie stávajú flexibilnejšími a priemyselné organizácie sa snažia o digitálnu transformáciu, mnohé závody potrebujú riadiacu infraštruktúru, ktorá sa dokáže vyvíjať bez nutnosti náročných výmenových cyklov.

Regulátor DeltaV IQ od spoločnosti Emerson túto požiadavku rieši presunutím vykonávania riadenia do výpočtová infraštruktúra triedy server pri zachovaní inžinierskych postupov a prevádzkového prostredia spojeného s distribuovaným riadiacim systémom DeltaV. Softvér riadiaceho zariadenia sa môže nasadiť nezávisle od jednoúčelového riadiaceho zariadenia, čím vzniká základ pre flexibilné pridelenie kapacity ,abstrakciu hardvéru a efektívnejšiu modernizáciu.

Táto evolúcia je významná pre existujúce závody aj pre nové projekty. Výrobné závody môžu posúdiť softvérovo definované riadenie ako súčasť postupnej architektonickej stratégie namiesto toho, aby sa modernizácia považovala za komplexný projekt úplnej výmeny systému. Výsledkom je praktický most medzi osvedčenými disciplínami procesného riadenia a pružnejším výpočtovým modelom.

02Oddelenie softvéru pre riadenie od špeciálneho hardvéru

Hlavným návrhovým princípom regulátora DeltaV IQ je oddelenie softvéru pre riadenie od pevného, proprietárneho hardvérového platformy. V konvenčnom systéme DCS je funkčnosť regulátora úzko viazaná na fyzický regulátor, takže pridaním výpočtovej kapacity sa zvyčajne rozumie inštalácia ďalšieho zariadenia, vyhradenie priestoru v rozvádzači, rozšírenie elektrickej a sieťovej infraštruktúry a uvádzanie nového hardvéru do prevádzky. Softvérovo definovaná architektúra mení tento vzťah tým, že umožňuje spustenie inštancií riadenia na kvalifikovanej serverovej infraštruktúre.

Pre inžinierske tímy táto abstrakcia vytvára flexibilnejší model prostriedkov. Stratégie riadenia, regulačné slučky, sekvenčná logika, zámkové obvody a moduly zariadení zostávajú súčasťou známeho inžinierskeho prostredia DeltaV, zatiaľ čo základná výpočtová vrstva sa dá spravovať ako infraštruktúra. To pomáha zachovať deterministické správanie procesu a ustanovené pracovné postupy konfigurácie bez toho, aby každé budúce rozhodnutie o kapacite záviselo od vyhradeného šasi regulátora.

Tento prístup podporuje tiež štandardizáciu v rámci projektov. Namiesto údržby mnohých revízií hardvéru regulátorov môžu organizácie zaroviť nasadenie riadenia s kontrolovaným životným cyklom serverov. Systémoví architekti môžu oddeliť rozhodnutia o návrhu aplikácie od rozhodnutí o fyzickej výpočtovej platforme, čím sa zjednodušuje plánovanie obnovovacích cyklov a udržiavanie konzistentných inžinierskych štandardov v rámci viacerých výrobných jednotiek.

Softvérovo definované riadenie neznižuje potrebu disciplinovanej priemyselnej konštrukcie. Segmentácia siete, kiberbezpečnosť , synchronizácia času, redundancia, zálohovanie a správa zmien zostávajú nevyhnutné. Jeho hodnota spočíva v tom, že tieto požiadavky možno riešiť v rámci konsolidovanej architektúry, ktorá je navrhnutá tak, aby sa škálovala predvídateľnejšie ako zbierka izolovaných riadiacich zariadení.

03Škálovateľná kapacita pre meniace sa požiadavky výroby

Priemyselné zariadenia zriedka zostávajú statické. Pridávajú sa nové skidy, menia sa výrobné recepty, pokročilé aplikácie riadenia sa rozširujú a dodatočné prístrojové vybavenie zvyšuje objem procesných dát. V rámci konvenčnej architektúry môže každá zmena spustiť podrobné posúdenie zaťaženia riadiacich zariadení, pridelenia vstupov/výstupov, dostupnosti rozvádzačov a požiadaviek na náhradné diely. Riadiaca jednotka DeltaV IQ zavádza model kapacity, v rámci ktorého sa úlohy riadenia môžu rozširovať v prostredí servera v súlade s overenou systémovou architektúrou a licenčným rámcom.

Táto schopnosť môže skrátiť cestu od návrhu projektu po uvedenie do prevádzky. Inžinieri môžu prideliť nové funkcie riadenia bez toho, aby okamžite pridávali ďalší fyzický regulátor pre každý ďalší požiadavok. Táto flexibilita je obzvlášť cenná pre modulárne zariadenia, pokusné závody a výrobu viacerých výrobkov, pretože požiadavky na riadenie môžu rásť postupne, nie jednorazovou veľkou expanziou.

Centrálny výpočet tiež zvyšuje prehľadnosť využívania prostriedkov. Konzistentná vrstva infraštruktúry môže zjednodušiť plánovanie kapacity a znížiť počet hardvérových variantov, ktoré musia údržbové tímy podporovať. Stratégia náhradných dielov sa môže sústrediť na menšiu množinu kvalifikovaných komponentov, zatiaľ čo inžinierske tímy môžu plánovať rozšírenie na základe merateľných výpočtových a systémových limitov namiesto odhadov po škatuliach.

Pre projekty na čistom pozemku , architektúra ponúka cestu k kompaktnejšiemu rozmiestneniu riadiacich prostriedkov. Pre existujúce závody poskytuje možnosť zaviesť novú kapacitu vedľa existujúcich prostriedkov DeltaV. V oboch prípadoch sa obchodná hodnota prejavuje lepšou zhodou riadiacich prostriedkov s požiadavkami výroby, čím sa zníži nevyužitá kapacita a obmedzí sa nadmerné rozširovanie hardvéru.

04Odolnosť, redundancia a modernizácia životného cyklu

Dostupnosť je základným prvkom v procesnej automatizácii, keď prerušenie riadiaceho zariadenia môže ovplyvniť kvalitu výrobku, bezpečnosť vybavenia a výrobný výkon celého závodu. Model riadenia založený na serveroch teda musí ponúkať viac než len surový výpočtový výkon. Riadiaci systém DeltaV IQ Controller je postavený okolo princípov odolného nasadenia vrátane infraštruktúry odolnej voči poruchám a redundantného návrhu systému, aby boli riadiace úlohy stále dostupné, aj keď jednotlivé hardvérové komponenty vyžadujú údržbu.

Táto architektúra môže tiež zlepšiť riadenie životného cyklu . Tradičné aktualizácie regulátorov môžu vyžadovať výmenu hardvéru, prácu s káblovím zapojením, úpravy rozvádzačov a prísne plánované výpadkové okná. Keď je softvér na riadenie oddelený od serverovej platformy, obnovu hardvéru a vývoj softvéru možno plánovať ako súvisiace, no zároveň samostatné činnosti. Toto oddelenie poskytuje majiteľom aktív viac možností pre usporiadanie modernizácie a môže znížiť prevádzkový dopad zmien infraštruktúry.

DeltaV verzia 16 túto smerovosť ďalej posilňuje prostredníctvom zlepšenej škálovateľnosti systému, kybernetickej bezpečnosti a schopností modernizácie. V rámci dobre riadeného životného cyklu môžu softvérom definované regulátory podporovať štandardizované opravy (patching), kontrolované správy verzií, postupy zálohovania a plánovanie obnovy. Tieto postupy sa stále musia riadiť požiadavkami na validáciu závodu, postupmi riadenia zmien a platnými priemyselnými predpismi.

Kybernetická bezpečnosť si vyžaduje osobitnú pozornosť, pretože konsolidácia mení profil rizík. Závody by mali uplatniť kontroly na základe princípu obrany v hĺbke , posilniť bezpečnosť hostiteľskej infraštruktúry, obmedziť administratívny prístup, udržiavať overené zálohy a monitorovať stav systému. Keď sa tieto opatrenia zavádzajú už v návrhovej fáze, softvérovo definovaný model dokáže spojiť operačnú odolnosť so silnejšou konzistenciou počas celého životného cyklu.

05Záver

Regulátor DeltaV IQ predstavuje významný posun v architektúre DCS: riadiaca schopnosť sa považuje za softvér, ktorý môže bežať na kvalifikovanej a odolnej výpočtovej infraštruktúre, namiesto toho, aby bola trvalo viazaná na jedno vyhradené zariadenie. Tento model môže výrobcom pomôcť efektívnejšie rozširovať kapacitu, štandardizovať infraštruktúru a súčasne obnovovať hardvér aj modernizovať softvér.

Najlepšie výsledky sa dosiahnu disciplinovanou implementáciou. Výkon, redundancia, kybernetická bezpečnosť, validácia, sieťovanie a riadenie životného cyklu je potrebné vyhodnotiť spoločne. Pre závody, ktoré sa snažia o postupnú digitálnu transformáciu, ponúka regulátor DeltaV IQ praktickú cestu od riadenia viazaného na hardvér k flexibilnejšiemu a softvérom definovanému prostrediu automatizácie – bez toho, aby sa obetovala inžinierska kontinuita vyžadovaná kritickými procesnými prevádzkami.