Tiempo de lectura: 5 minutos
Was ist ein digitales Steuerungssystem? Was ist ein verteiltes Steuersystem? Sind sie ein und dieselbe Sache? Welche Arten von digitalen Steuerungssystemen gibt es? In diesem Artikel werden wir diese Fragen beantworten, aber dazu müssen wir zunächst zu den Anfängen der Steuerungssysteme zurückgehen.
Was ist ein Steuerungssystem?
Beginnen wir mit einer Definition eines Steuerungssystems. Ein Steuersystem ist ein Satz von Elementen, die es einem anderen System oder Prozess ermöglichen, sich in einer vorher festgelegten Weise zu verhalten. Die ersten Steuerungssysteme in der Geschichte waren mechanische oder hydraulische Vorrichtungen, wobei die ersten pneumatischen Steuerungen in den 1920er Jahren auftauchten.
Analoge elektronische Steuerungen erschienen Ende der 1950er Jahre und ersetzten pneumatische Rohre durch elektrische Verbindungen. Die Steuerung wurde durch die Verwendung von elektrischen Bauteilen wie Widerständen, Kapazitäten und Transistoren realisiert. Beispiele für diese frühen Steuersysteme sind auf den folgenden Fotos zu sehen.
Was ist ein digitales Steuersystem?
Als die Computer aufkamen, wurde ihre offensichtliche Anwendbarkeit für die Steuerung bald offensichtlich, und es entstanden digitale Steuersysteme. Ein digitales Steuersystem ist ein Steuersystem, das von Sensoren kommende Signale mit Hilfe eines Computers verarbeitet. Das analoge Signal (wert- und zeitkontinuierlich) muss abgetastet werden und in bestimmten Zeitabständen diskrete Werte annehmen. Dieser Vorgang wird als Signaldigitalisierung bezeichnet.
Diese Steuerungssysteme, die eine Analog-Digital-Wandlung beinhalten, werden auch als direkte digitale Steuerungssysteme bezeichnet. Die Anwendung des Computers auf die Steuerung von Prozessen bedeutete einen enormen technologischen Durchbruch, der zur Umsetzung neuer Steuerungsmodelle im industriellen Umfeld führte und beispielsweise die Entwicklung der Navigation im Weltraum ermöglichte.
Welche sind die wichtigsten digitalen Steuerungssysteme?
Es gibt verschiedene digitale Steuerungssysteme, die sich aus verschiedenen Arten von analogen Steuerungen entwickelt haben.
Ende der 1960er Jahre erforschte die Industrie beispielsweise neue Technologien auf der Suche nach einer effizienteren Lösung, um die auf elektrischen Schaltkreisen mit Relais basierenden Steuerungssysteme zu ersetzen, die normalerweise für die Alles-oder-Nichts-Steuerung von Fließbandmaschinen verwendet wurden. Dies führte zur ersten SPS oder speicherprogrammierbaren Steuerung.
Die verteilten Steuerungssysteme oder DCS erschienen später, Ende der 70er Jahre, im Bereich der Steuerung kontinuierlicher Prozesse, in der petrochemischen und Papierindustrie, in Elektrizitätswerken, Wasseraufbereitungsanlagen, der pharmazeutischen Industrie usw.
Sie entstanden aus der Notwendigkeit, die Fähigkeiten der ersten Computer zu nutzen, um die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen zu verbessern, und wurden zunächst eingesetzt, um analoge Schalttafeln bei der Fernüberwachung von Prozessen zu ersetzen. In der Folge entstand das Konzept der digitalen Überwachungs- und Steuerungssysteme auf der Ebene kompletter Prozesse.
Der Begriff „verteilt“ weist darauf hin, dass die Steuerung in verschiedenen Computern an unterschiedlichen Orten erfolgen kann, wobei jedoch eine Architektur besteht, die die Kommunikation zwischen ihnen und die gemeinsame Nutzung und Anzeige von Informationen im Kontrollraum ermöglicht.
Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede gibt es zwischen SPS und dezentralen Steuerungssystemen?
Obwohl sich SPS ursprünglich auf die Alles-oder-Nichts-Steuerung von Geräten (Öffnen oder Schließen von Ventilen, Anfahren oder Abschalten von Motoren usw.) in einem lokalen Bereich und DCS auf die Umsetzung digitalisierter analoger Signalregelkreise konzentrierten, hat ihre spätere Entwicklung zu einer Annäherung geführt. Die Hersteller von DCS haben nach und nach Elemente für Alles-oder-Nichts-Aktionen eingebaut, indem sie DCS und PLC in ein und derselben Steuerungsarchitektur kombiniert haben.
Die Hersteller von PLC haben ihrerseits fortschrittlichere analoge Regelkreisfunktionen in ihre Geräte eingebaut, die ihnen immer höhere Leistungsniveaus verleihen, die mit denen einfacher DCS vergleichbar sind, was zu einer gewissen Verwirrung hinsichtlich der Grenzen zwischen den beiden Systemtypen beigetragen hat.
Die folgende Abbildung zeigt die Elemente eines digitalen Steuersystems, entweder einer SPS oder eines DCS.
Einer der wichtigsten Unterschiede besteht darin, dass SPS ein SCADA-System benötigen, um die Funktion der Bedienerschnittstelle zu erfüllen, die in einem DCS bereits integriert ist.
Dies erfordert, dass SPS + SCADA-Systeme zwei Datenbanken unterhalten, während es bei DCS eine einzige Datenbank gibt. Darüber hinaus verfügen DCS in der Regel über fortschrittlichere Merkmale wie Selbstdiagnose, intelligentes Instrumentenmanagement, Datengewinnung und -analyse, Alarmverwaltung usw.
Bei Tecnatom arbeiten wir mit DCS und PLCs verschiedener Hersteller, sowohl für die Implementierung spezifischer Lösungen in den Prozessen unserer Kunden als auch für ihre Integration in unsere Simulatoren (wir ersetzen den Prozess durch unsere Simulatoren).
Ricardo Garcia