Systemy rozproszone w nowoczesnym przemyśle

DLACZEGO DCS?

Rys. 1. Architektura systemu PMSXpro

Sterowanie obiektem, w którym ma miejsce tzw. "proces ciągły", może być zasadniczo realizowane na dwa sposoby: poprzez zastosowanie sterowników PLC podłączonych do systemu SCADA lub poprzez system DCS. W pierwszym przypadku mamy do czynienia ze sterownikami będącymi "mózgiem procesu", które następnie przekazują dane do systemu SCADA, a ten odpowiada z kolei za wizualizację całej produkcji.

Jeśli w systemie takim sygnał sterujący jednego z elementów zostanie przerwany, to skutkuje to zatrzymaniem pętli pomiędzy podukładami i w rezultacie całej produkcji - pozwolić sobie na to można w przypadku, gdy uruchomienie ponownie produkcji jest stosunkowo łatwe a jej zatrzymanie nie powoduje wielkich strat.

W przypadku DCS ciężar zarządzania procesami został przeniesiony z platformy PLC, które stały się elementami wykonawczymi, na systemy informatyczne. Zmiana jednego parametru powoduje zmianę innego, lub najczęściej wielu innych elementów składowych całego procesu. Typowym przykładem, gdzie mamy do czynienia z tzw. procesem ciągłym jest przemysł petrochemiczny i właśnie energetyka.

Zmiana obciążenia powoduje przesunięcie punktu pracy i zmianę praktycznie wszystkich elementów składowych pracy elektrowni (chłodzenia, ilości paliwa, powietrza dostarczanych do kotła itp.). Dlatego właśnie w przypadku przemysłu energetycznego tak ważne jest zastosowanie systemu DCS, w którym wszystkie dane z procesu są przez moduły wejściowe przekazywane do poszczególnych sterowników realizujących już tylko algorytmy regulacji.

NOWA GENERACJA SYSTEMÓW DCS - PMSXPRO

Wielu inżynierów z pośród poszukujących nowoczesnych systemów DSC dla swoich instalacji wybiera rozwiązanie PMSXpro Mitsubishi Electric Group (np. spalarnie śmieci we Frankfurcie, w Hamm, Iserlohm, elektrociepłownie w Monachium, w Frankfurcie, oczyszczalnie ścieków w Norymberdze, Monachium, Düsseldorfie i wielu, wielu innych) Wśród rozwiązań spotykanych na rynku wyróżnia się poziomem bezpieczeństwa, architekturą oraz elastycznością w użytkowaniu i rozbudowie, czyli dokładnie tym, co powinno charakteryzować dobrego DCS-a.

PO PIERWSZE BEZPIECZEŃSTWO

Rys. 2. System PMSXpro podzielony jest na niezależne serwery, z których każdy odpowiada za jakąś część procesu

Można byłoby tutaj przytoczyć tysiące informacji z rynku o wykryciu nowych "dziur" w systemie Windows. Problem ten spędza sen z oczu tysiącom administratorów na całym świecie, którzy obarczeni odpowiedzialnością za bezpieczeństwo systemów szukają pomysłu na naprawę na szybko i z nadzieją czekają na informacje płynące od producenta.

Tak wielkich problemów nie mają administratorzy używający sytemu Linux, a szczególnie jego komercyjnych wersji. Ta myśl przyświecała inżynierom z Mitsubishi Electric Group, którzy postawili sobie za cel budowę bezpiecznego i stabilnego systemu klasy DSC. Wiedząc, że ma pracować w zakładach przemysłowych o wysokich potrzebach bezpieczeństwa jako system operacyjny, wybrali jedną z wersji Linuksa.

Dodatkowo zaprojektowali specjalną konstrukcje dla poszczególnych stacji operacyjnych, tak aby w warunkach przemysłowych uzyskać jak największą odporność na uszkodzenia. Każda ze stacji wyposażona została w redundantne zasilanie, twarde dyski (RAID system) i wentylatory chłodzące.

Oczywiście każda z tak przygotowanych stacji może być dodatkowo wyposażona w identyczne urządzenie redundantne, które w przypadku awarii w ułamku sekundy przejmują zadania tych podstawowych. Podczas normalnej pracy aktywna stacja kontroluje proces a w przypadku wykrycia jakiegokolwiek problemu automatycznie i błyskawicznie przełącza się na stację pozostającą jako standby.

To, co szczególnie wyróżnia system PMSXpro od innych systemów DCS, to prawdziwie dystrybucyjna architektura fizyczna. Większość spotykanych systemów to najczęściej serwer wpięty w sieć optyczną (najczęściej w ring) i do niego podpięte stacje wykonawcze w postaci sterowników, natomiast architektura podziału na poszczególne podprocesy to tylko wirtualna maska. Inżynierowie z Mitsubishi Electric Group zaprojektowali cały system jako podzielony na niezależne serwery przydzielane do poszczególnych części procesu (schemat na rysunku).

Taka architektura pozwala na zwiększenie bezpieczeństwa w przypadku uszkodzenia głównej drogi komunikacyjnej w postaci optycznego ringu. W standardowych systemach DCS spowoduje to natychmiastową awarię i wyłączenie systemu, natomiast w systemie PMSXpro tylko zgłoszenie awarii. Poszczególne serwery procesowe będą działać samodzielnie i zbierać wymagana dane do czasu usunięcia awarii.

Gdy to nastąpi, dane zostaną zarchiwizowane w centralnym systemie bazy danych. Cały system archiwizacji automatyczne wykonuje kopie zapasowe przechowywane na odseparowanych serwerach z danymi. W przypadku potrzeby ich odzyskania taki proces uruchamia się automatycznie.

Tak skonstruowana architektura ułatwia także wymianę uszkodzonych serwerów. Stacje są identyczne i dlatego wystarczy odpowiednio przenieść adres IP systemowy do nowej stacji, aby móc bez specjalnego wyszkolenia podmienić uszkodzoną jednostkę nową a pozostałe czynności konfiguracyjne i uzupełnienie wymaganych danych nastąpi w sposób automatyczny.

Taka unifikacja sprzętowa pozwala na ograniczenie kosztów utrzymania w ruchu systemu dlatego, że wystarczy posiadać jedną dodatkową stację procesową, aby zapewnić szybką i sprawą wymianę w przypadku uszkodzenia dowolnej stacji.

PO DRUGIE ELASTYCZNOŚĆ

Wielu producentów systemów DCS przygotowywało swoje rozwiązania, planując, że będą one działać tylko w dużych systemach i praktycznie problematyczne, czy wręcz niemożliwe, staje się dla nich projektowanie mniejszych systemów jedno- czy dwuserwerowych. Drugim, trudnym do przeskoczenia, elementem pozostaje wtedy także koszt takich rozwiązań.

Tego problemu nie posiada system PMSXpro, który może być rozbudowywany w architekturze pojedynczej stacji. Dzięki temu system taki można dowolnie rozbudowywać o kolejne stacje, nie narażając się na bardzo wysokie koszty początkowej instalacji (nie płacimy za docelowy system, tylko za aktualną liczbę używanych serwerów procesowych).

Sama rozbudowa w jednej lokalizacji to nie wszystko. Elastyczność systemu pozwala na łączenie ze sobą jednostek znajdujących się w dużej odległości przy wykorzystaniu dostępnych systemów komunikacji.

PO TRZECIE KOMUNIKACJA

Rys. 3. Elastyczność PMSXpro pozwala na dołączanie jednostek znajdujących się w dużej odległości przy wykorzystaniu dostępnych systemów komunikacji

Dobrze zaprojektowany system, taki jak PMSXpro, pozwala komunikować się także z systemami innych producentów. DCS firmy Mitsubishi Electric Group umożliwia to dla protokołów:

• Ethernet Network,
• Profibus DP/PA,
• Protokoły: Modbus TCP/RTU, IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104, Siemens H1, Mitsubishi-Protocols,
• oraz innych.

W dzisiejszych czasach standardem stały się też możliwości komunikacji z systemami bazodanowymi typu MES czy SAP. Dla tych potrzeb system PMSXpro dysponuje możliwością komunikacji bezpośredniej w ramach softwarowych interfejsów takich jak:

• OPC,
• PostgreSQL,
• Oracle Database,
• ODBC (Open Database Connectivity),
• Siemens S7 ISO on TCP RFC1006,
• Siemens S5 DUST 3964 - RK512,
• PHILIPS P8.

Wybór PMSXpro to najlepszy wybór dla wszystkich użytkowników, którzy cenią sobie bezpieczeństwo i elastyczność używanych systemów. Całość dokumentacji sytemu została opracowana zgodnie z normą dla systemów energetycznych VGB R170, a jego programowanie oparto na standardzie IEC 61131-3. Jest to zapewne jeden z powodów popularności tego systemu w krajach zachodnich: Anglii, Francji czy Niemczech.

Więcej szczegółów technicznych na temat PMSXpro można uzyskać odwiedzając stoisko firmy Mitsubishi Electric podczas targów Energetab lub pod adresem http://www.me-ap.de/englisch/news/news.html.

Mitsubishi Electric Europe B.V. Oddział w Polsce
pl3a.mitsubishielectric.com