Parę lat temu na targach Energetab nauczyłem się jednej ważnej rzeczy: dobrze znany skrót może oznaczać coś zupełnie innego. Przeglądając program targów wybrałem dla siebie prezentację PLC Technology. Szybko okazało się, że „to nie to”, gdyż PLC w tym wypadku oznaczało Power Line Communication…
Dzisiaj trochę informacji o przemysłowych systemach kontroli. Występują dwa podstawowe, oparte o:
- PLC (Programmable Logic Controllers) – programowalne sterowniki logiczne, które zostały stworzone celem zastąpienia systemów sterowania opartych na technologii przekaźnikowo-stycznikowej, używane do sterowania pojedynczymi obiektami, głównie przy użyciu sygnałów dyskretnych, wymagające zintegrowania dodatkowych elementów (np. wizualizacji).
- DCS (Distributed Control Systems) – rozproszone systemy kontroli, które zastąpiły kontrolery PID, używane głównie w przypadku ciągłych lub wsadowych procesów produkcyjnych, wymagających zaawansowanych środków kontroli, mające wszystkie elementy zintegrowane przez producenta (w tym wizualizację).
To tyle, jeśli chodzi o nieco historyczne definicje. Przez ostatnie dekady różnice między oboma systemami zatarły się na tyle, że coraz trudniej jeden od drugiego odróżnić. Czy wobec tego podział na PLC i DCS nadal ma sens? To pytanie nurtuje wiele osób związanych z automatyką przemysłową. W swojej karierze miałem do czynienia z DCS, jednakże większość projektów, przy których pracowałem opierała się o PLC. Postanowiłem poszukać i zasięgnąć opinii użytkowników DCS, najchętniej takich, którzy mają doświadczenie z oboma systemami.
Dyskutowałem na ten temat z różnymi osobami związanymi z automatyką przemysłową. Byli to programiści, szefowie działów automatyki czy utrzymania ruchu, konsultanci z różnych gałęzi przemysłu, osoby odpowiedzialne za ofertowanie, uruchomienie, a także kierownicy działów sprzedaży w firmach produkujących systemy sterowania. Dało się zauważyć, że każda z osób ma swoje sympatie i doświadczenia, i zdania są, co naturalne, podzielone, a opinie bywają subiektywne. Aby być obiektywnym, trzeba mieć solidne doświadczenie z obiema kategoriami systemów.
Dosyć popularne i często spotykane jest przekonanie, że nie ma żadnych różnic między tymi systemami i co za tym idzie podział w obecnych czasach nie ma najmniejszego sensu. Takie stanowisko nie jest jednak powszechne.
Według opinii specjalisty, który przeszedł drogę od elektryka, programisty/uruchomieniowca, poprzez sprzedawcę odpowiedzialnego za ofertowanie i zakupy, aż do kierownika projektów i szefa działu projektowego, sterowniki PLC są znacznie tańsze, szybsze i bardziej elastyczne. DCS z kolei droższe, wolniejsze, ale bardzo niezawodne. W przypadku tych drugich sterowanie i wizualizacja są zintegrowane przez producenta w jeden pakiet i często mają jedno repozytorium. DCS cechuje jeszcze jedna bardzo ważna funkcjonalność: muszą umożliwiać zmiany w konfiguracji sprzętowej i wizualizacji bez konieczności zatrzymywania procesu, gdyż przestoje są zwykle bardzo kosztowne. DCS stosowany jest najczęściej przy technologii wsadowej, gdzie cykl produkcyjny może trwać nawet kilka miesięcy. Zdarza się również, że niektóre zakłady raz uruchomione muszą pracować bez przerw wiele lat. Branże: energetyczna, wydobywcza, farmaceutyczna, ogólnie wszelkie wykorzystujące długotrwałe wsadowe procesy technologiczne wymagają na pierwszym miejscu niezawodności. Tutaj nie ma miejsca na kompromisy cenowe, bo oszczędność w cenie systemu nijak się ma do strat spowodowanych przestojem. Jako przykład podaje piec szklarski, który od odpalenia musi działać bez przerw 20 lat. Nie ma miejsca na reset systemu, bo oznaczałoby to bardzo kosztowny remont z wymianą materiałów ogniotrwałych.
Systemy DCS są też inaczej sprzedawane. Stanowią zintegrowany pakiet dostarczany przez jednego dostawcę, w skład którego oprócz samych komponentów sprzętowych, sterowników, wizualizacji, wchodzi też stworzenie aplikacji, licencje, a nawet zarządzanie całością.
Z kolei indagowany przeze mnie konsultant z branży farmaceutycznej, mający duże doświadczenie zarówno z PLC jak i DCS podaje, że właściwie większość tego rynku została przejęta przez jednego producenta systemów DCS, który zainwestował w stosowne certyfikacje i dostosował produkty do wymagań rynku. Inne gałęzie przemysłu również madają „ulubionych” producentów.
W jego opinii systemy są wygodne, funkcjonalne i proste w obsłudze. Podkreśla przy tym, że istotna jest tutaj kwestia zaprojektowania struktury systemu. Oprogramowanie przejmuje całkowitą kontrolę nad systemem operacyjnym Windows w kwestii bezpieczeństwa, co jest bardzo ciekawym i wygodnym, a przede wszystkim praktycznym rozwiązaniem.
Rzeczywiście, w farmaceutyce DCS rządzą niepodzielnie. Ze swej strony mogę potwierdzić wyśrubowane wymagania dotyczące bezpieczeństwa w branży farmaceutycznej. Miałem okazję pracować dwa lata przy projektach farmaceutycznych, choć były one raczej „okołoprodukcyjne” np. powlekanie tabletek oparte na DCS, czy CIP (cleaning in place – czyszczenie zbiorników, rur), gdzie zastosowanie znajdowały również sterowniki PLC. Walidacja systemów trwała zawsze znacznie dłużej niż proces tworzenia systemu sterowania.
Czy wobec tego systemy DCS nie mogą być zastąpione nowoczesnymi systemami PLC, które mają zintegrowaną wizualizację i pozwalają na zmiany sprzętowe bez zatrzymywania systemu? Kiedy stosować PLC, a kiedy DCS? Czy sugerować się tylko ceną?
Na wybór systemu wpływa rodzaj procesu, który będzie sterowany. Rozwiązanie powinno być odpowiedzią na potrzeby klienta, uwzględniając kwestie niezawodności. PLC jako szybsze (czas cyklu to nawet pojedyncze ms), tańsze i bardziej elastyczne, sprawdzają się świetnie w szybkich procesach, gdzie niezawodność nie jest krytyczna (np. procesy okresowe). DCS są znacznie wolniejsze (nawet najnowsze modele mają zwykle czasy cyklu liczone w setkach ms), co jest jednak wystarczające uwzględniając stałe czasowe sterowanych procesów. Są mniej elastyczne, ale za to działają świetnie w przypadku procesów ciągłych.
Jeśli chodzi o wymieniane wcześniej branże zastosowanie nowoczesnego PLC ze zintegrowaną wizualizacją i tzw. hot-swapping w miejsce DCS raczej nie zostanie zaakceptowane przez klienta. Może być natomiast świetnym rozwiązaniem w przypadku, gdy niezawodność nie jest cechą pierwszoplanową, a rolę gra bardziej szybkość, czy też cena.
Jeden z inżynierów stwierdził, że różnice między tymi systemami bardzo się już zatarły, szczególnie patrząc na ofertę największych producentów. W jego opinii szybkie i bardzo modułowe systemy sterowania z praktycznie nieograniczonymi możliwościami konfiguracji, funkcją hot-swapping, przemysłowe protokoły komunikacyjne o prędkościach do 10 Gb/s i praktycznie nieograniczone możliwości integracji na poziomie oprogramowania, mogą sprawić, że PLC będą zastępowały DCS.
Inny z moich rozmówców, kierownik działu automatyki, zwrócił uwagę, że o ile decyzję z pewnością należy podjąć biorąc pod uwagę wymagania klienta oraz nasze doświadczenie w uruchamianiu systemów sterowania, o tyle tak naprawdę są to narzędzia, które tworzą platformę do uruchamiania oprogramowania sterującego. W przypadku automatyki procesowej, to właśnie algorytmy regulacji odgrywają kluczową rolę. A ponieważ procesy zmieniają swoje właściwości w zależności od warunków, konieczna jest adaptacja.
Podsumowując, mimo zatarcia się wielu różnic podział nadal istnieje i jest istotny z punktu widzenia sterowanego procesu. Nowoczesne sterowniki PLC nie są jeszcze w stanie wyprzeć DCS z automatyki procesowej. Fundamentalne różnice wynikające z podejścia do projektowania obu systemów nie mogą być skompensowane ogromnym postępem technologicznym. A może tak powinno zostać?
Rafał Cop
artykuł pochodzi z wydania styczeń/luty 1/2 (160/161) 2021
