Kiedy w 1975 r. japońska firma Yokogawa wprowadziła na rynek pierwsze systemy DCS (ang. Distributed Control System), nikt nie przewidywał, że rozwiązanie to stanie się standardem sterowania zakładami produkcyjnymi w wielu branżach przemysłu. A tak się właśnie stało – zarządzanie procesami nie z poziomu platformy PLC, ale poprzez systemy informatyczne jest dziś powszechnie stosowane w branży chemicznej, przemyśle rafineryjnym oraz energetycznym.

Wartość światowego rynku DCS-ów, na który składa się oprogramowanie, sprzęt i usługi, od kilku lat rośnie o kilka punktów procentowych rocznie, a użytkownikami tej alternatywnej metody – poza zajmującym pozycję lidera przemysłem petrochemicznym – coraz częściej stają się najwięksi gracze przemysłu farmaceutycznego, papierniczego, spożywczego i górniczego. Trudno się temu dziwić – są to sektory, które szczególnie doceniają kluczową wartość, jaką zapewniają rozproszone układy sterowania, tj. najwyższy stopień bezpieczeństwa.

Wysoka dostępność

Poziom niezawodności i dostępności operacyjnej najbardziej nowoczesnych systemów DCS, takich jak np. PMSX®pro firmy Mitsubishi Electrics, wynosi 99,9% w skali roku. Jest to możliwe dzięki redundantności systemów rozproszonych – dostępnej zarówno w wersji aktywnej, jak i pasywnej. Możliwość przełączenia w razie awarii pracy układu głównego na moduł rezerwowy jest rozwiązaniem cennym szczególnie wówczas, gdy przerwy w zasilaniu mogą doprowadzić do uszkodzenia urządzeń i sytuacji zagrożenia lub gdy ceny surowców są tak wysokie, że każda przerwa w działaniu generuje duże straty.

Najlepszy efekt daje wykorzystanie redundancji systemów sterowania w jak najpełniejszym zakresie. Dlatego też najnowocześniejsze systemy wyposażone są w redundantne komponenty na wszystkich poziomach: od obwodów zasilania, interfejsów, magistral komunikacyjnych i jednostek centralnych, przez urządzenia (kontrolery, stacje operatorskie i inżynierskie, magistralę systemową), po serwer i bazy danych. W niektórych branżach właściwe, tj. ciągłe i precyzyjnie zaplanowane, sterowanie procesem to zadanie priorytetowe. Tak jest w przypadku wytwórstwa chemicznego – w momencie utraty zasilania może tu dojść do niepożądanego stężenia produktów w instalacji, co może zakłócić zakładane procesy chemiczne lub całkowicie je uniemożliwić.

Znakomitym przykładem implementacji systemu rozproszonego w branży chemicznej jest ABB Ability System 800xA, który odgrywa kluczową rolę w monitorowaniu i automatyzacji całego procesu produkcji największego kompleksu chemicznego na świecie – Sadara Chemical Company. Możliwości integracji, jakie daje to narzędzie, pozwoliły szwedzkiej kopalni Garpenberg przekształcić się w jedną z najbardziej efektywnych kosztowo i najnowocześniejszych kopalni na świecie. Maszyny wyciągowe, napędy zespołów młynowych, systemy wentylacji, odwadniania, rozdzielnice, systemy konserwacji, zarządzania dokumentacją oraz komunikacji zostały tu zintegrowane w jednolitym środowisku automatyki.

Rozproszone układy sterowania pozwalają na wprowadzenie zmian sprzętowych, programowych, konfiguracyjnych i wizualizacyjnych bez konieczności zatrzymania produkcji, dlatego interesują się nimi szczególnie te branże przemysłu, które realizują produkcję ciągłą: chemiczna, petrochemiczna, hutnictwo, przemysł papierniczy i szklarski. DCS-y są też jednak z równym powodzeniem stosowane w produkcji wsadowej, np. w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

Układ bez centrali

Kolejną kluczową cechą DCS-ów jest decentralizacja układu sterowania. Przetwarzanie tak ogromnej liczby informacji pomiarowych i sygnałów sterujących, z jaką mają do czynienia współczesne zakłady przemysłowe, za pomocą jednostki centralnej (o największej nawet mocy) jest pomysłem mocno ryzykownym. W rozwiązaniu scentralizowanym znacznie trudniej zapewnić bezpieczeństwo procesu produkcyjnego, utrudnione są procesy nadzoru, problemem jest też reakcja na nagłe, niekontrolowane i nieprzewidziane zdarzenia, jak np. niemożność dostarczenia w odpowiednim czasie do centralnego urządzenia informacji z każdej jednostki pomiarowej lub rozesłania sygnału sterującego do każdego urządzenia wykonawczego. W DCS-ach proces sterowania złożonym obiektem podzielony jest na wiele mniejszych zadań związanych ze sobą, co znacznie podnosi jego bezpieczeństwo i efektywność.

Skalowalna architektura – to kolejna z zalet rozproszonych systemów sterowania. Małe rozwiązania o zaledwie kilku sygnałach wejść/wyjść można łatwo rozbudować do dużego systemu o wielu tysiącach wejść/wyjść. Dobrym przykładem jest wspomniany na wstępie PMSX®pro.

Z rozwiązania tego korzystają zarówno wielkie zakłady (np. elektrociepłownie w Monachium i Frankfurcie czy oczyszczalnie ścieków w Norymberdze), jak i małe przedsiębiorstwa. System może być rozbudowywany dowolnie o kolejne stacje, bez ryzyka ponoszenia wysokich kosztów początkowej instalacji – nie płaci się bowiem za docelowy system, ale za aktualną liczbę używanych serwerów procesowych. Elastyczność rozwiązania pozwala na łączenie ze sobą nie tylko jednostek w jednej lokalizacji, lecz także stacji znajdujących się w bardzo dużej odległości, oczywiście przy wykorzystaniu dostępnych systemów komunikacji.

Przyjazne w obsłudze

Rozproszone systemy sterowania kompleksowo realizują funkcje regulacji, kontroli, zarządzania sygnałami alarmowymi czy wizualizacji procesów technologicznych, jednocześnie umożliwiając archiwizację danych w wyjątkowo wydajnych bazach. Dane te są pomocne w opracowywaniu nowych i ulepszaniu istniejących procesów, umożliwiają też poprawę takich kluczowych wskaźników jak czas nieprzerwanej pracy zakładu i wydajność produkcji.

Najbardziej nowoczesne systemy łączą różnorodne funkcje oprogramowania z przyjazną i prostą obsługą. Dobrym przykładem jest system Freelance firmy ABB, do którego konfiguracji, uruchamiania i diagnostyki służy jedno narzędzie inżynierskie, dzięki czemu poznawanie całego systemu sterowania zajmuje mniej niż tydzień, a instalacja – na każdym standardowym komputerze – zaledwie pięć minut.

Dodatkową zaletą jest możliwość dynamicznego wyświetlania schematów funkcyjnych procesu i klarowna dokumentacja. Wbudowane funkcje pomocy, wydajne narzędzia diagnostyczne i narzędzia symulacji dają personelowi utrzymania ruchu niezbędny pakiet informacji na temat stanu procesu produkcyjnego, co umożliwia szybkie podejmowanie trafnych decyzji, także w sytuacjach krytycznych.

Migracja pożądana

Prawidłowy dobór systemu kontroli i sterowania to jedno z najważniejszych wyzwań stojących przed współczesnym zakładem przemysłowym. Warto mieć na uwadze, że właściwie wybrany i poprawnie skonfigurowany rozproszony system sterowania może dobrze spełniać swoje funkcje przez wiele lat. Kiedy jednak zauważymy, że dotąd używany DCS osłabia produktywność i jakość produkcji, brakuje części zamiennych, pojawiają się trudności z serwisem, szkoleniami i obsługą czy też na integrację niestandardowych rozwiązań przeznaczamy coraz większe środki finansowe, to jest to wyraźny sygnał, że czas zastanowić się nad migracją przestarzałego systemu DCS do nowoczesnego rozwiązania. Polega ona na unowocześnieniu architektury systemu sterowania poprzez wymianę jego zasobów sprzętowych lub software’owych. Jest konieczna zwłaszcza wtedy, gdy sterowniki i inne ważne dla utrzymania ciągłości produkcji urządzenia oraz systemy, które nadal pracują w zakładzie, zostały już wycofane z produkcji. W takich sytuacjach zakup części zamiennych jest utrudniony, a czas realizacji dostaw może być bardzo długi.

Dobrym pomysłem są etapowe migracje procesowe, oferowane np. przez firmę Rockwell Automation, globalnego dostawcę rozwiązań dla przemysłu w zakresie technik sterowania i oprogramowania. Częściowa migracja, podczas której w pierwszej kolejności wymieniane są najbardziej wysłużone urządzenia, pozwala zachować ciągłość pracy zakładu i ograniczyć spore zazwyczaj koszty unowocześnienia systemu sterowania.