Tiempo de lectura: 5 minutos
Mitä on digitaalinen ohjausjärjestelmä? Mikä on hajautettu ohjausjärjestelmä? Ovatko ne yksi ja sama asia? Millaisia digitaalisia ohjausjärjestelmiä on olemassa? Tässä artikkelissa vastaamme näihin kysymyksiin, mutta sitä varten meidän on ensin palattava ohjausjärjestelmien alkuun.
Mikä on ohjausjärjestelmä?
Aloitetaan ohjausjärjestelmän määritelmällä. Ohjausjärjestelmä on joukko elementtejä, jotka antavat toisen järjestelmän tai prosessin käyttäytyä ennalta määrätyllä tavalla. Historian varhaisimmat ohjausjärjestelmät olivat mekaanisia tai hydraulisia laitteita, ja ensimmäiset pneumaattiset säätimet ilmestyivät 1920-luvulla.
Analogiset elektroniset säätimet ilmestyivät 1950-luvun lopulla, jolloin pneumaattiset putket korvattiin sähköliitännöillä. Ohjaustoiminta toteutettiin käyttämällä sähköisiä komponentteja, kuten vastuksia, kapasitansseja ja transistoreita. Esimerkkejä näistä varhaisista ohjausjärjestelmistä on esitetty seuraavissa kuvissa.
Mikä on digitaalinen ohjausjärjestelmä?
Kun tietokoneet tulivat näyttämölle, niiden ilmeinen soveltuvuus ohjaukseen kävi pian ilmeiseksi, ja digitaalisia ohjausjärjestelmiä alkoi ilmestyä. Digitaalinen ohjausjärjestelmä on ohjausjärjestelmä, joka käsittelee antureilta tulevia signaaleja tietokoneen avulla. Analoginen signaali (joka on arvoltaan ja ajaltaan jatkuva) on näytteistettävä ja otettava diskreettejä arvoja tietyin aikavälein. Tätä prosessia kutsutaan signaalin digitalisoinniksi.
Näitä ohjausjärjestelmiä, jotka sisältävät analogia-digitaalimuunnoksen, kutsutaan myös suoriksi digitaalisiksi ohjausjärjestelmiksi. Tietokoneen soveltaminen prosessien ohjaukseen merkitsi valtavaa teknologista läpimurtoa, joka johti uusien ohjausmallien käyttöönottoon teollisessa ympäristössä ja mahdollisti esimerkiksi navigoinnin kehittämisen avaruudessa.
Mitkä ovat tärkeimmät digitaaliset ohjausjärjestelmät?
On olemassa erilaisia digitaalisia ohjausjärjestelmiä, jotka ovat kehittyneet erityyppisistä analogisista ohjausjärjestelmistä.
Esimerkiksi 1960-luvun lopulla teollisuus tutki uusia tekniikoita etsiessään tehokkaampaa ratkaisua, jolla voitiin korvata sähköisiin virtapiireihin perustuvia ohjausjärjestelmiä, joissa oli releet ja joita käytettiin tavallisesti kokoonpanolinjan koneiden kaikki-tai-mitä-niin-töitä-ohjaukseen. Tämä johti ensimmäiseen PLC:hen eli ohjelmoitavaan logiikkaohjaimeen.
Hajautetut ohjausjärjestelmät eli DCS:t ilmestyivät myöhemmin, 1970-luvun lopulla, jatkuvien prosessien ohjauksen alalla, petrokemian- ja paperiteollisuudessa, sähköntuotantolaitoksissa, vedenpuhdistamoissa, lääketeollisuudessa jne.
Neuvot syntyivät tarpeesta hyödyntää ensimmäisten tietokoneiden ominaisuuksia yritysten kilpailukyvyn parantamiseksi, ja niitä käytettiin alun perin korvaamaan analogisia paneeleja prosessien etäkäyttötarkkailutehtävissä. Tämän seurauksena syntyi käsite digitaaliset valvonta- ja ohjausjärjestelmät kokonaisten prosessien tasolla.
Termi ”hajautettu” viittaa siihen, että valvonta saattaa sijaita eri tietokoneissa, jotka on sijoitettu eri paikkoihin, mutta joiden arkkitehtuuri mahdollistaa tiedonsiirron niiden välillä ja tietojen jakamisen ja näyttämisen valvomossa.
Mitä yhtäläisyyksiä ja eroja on PLC- ja hajautettujen ohjausjärjestelmien välillä?
Vaikka PLC-järjestelmät keskittyivät alun perin laitteiden ”kaikki tai ei mitään” -ohjaukseen (venttiilien avaaminen tai sulkeminen, moottoreiden käynnistäminen tai sammuttaminen jne.) paikallisella alueella ja hajautetut ohjausjärjestelmät digitalisoitujen analogisten signaalien säätöön tarkoitettujen silmukoiden toteuttamiseen, niiden myöhempi kehitys on johtanut siihen, että ne ovat lähentyneet toisiaan. DCS-järjestelmien valmistajat ovat vähitellen sisällyttäneet laitteisiinsa ”kaikki tai ei mitään” -toimintoja itse asiassa yhdistämällä DCS- ja PLC-järjestelmät samaan ohjausarkkitehtuuriin.
PLC-järjestelmien valmistajat ovat puolestaan sisällyttäneet laitteisiinsa kehittyneempiä analogisia säätösilmukan ohjaustoimintoja, jotka tarjoavat niille yhä enemmän suorituskykyä, joka on verrattavissa yksinkertaisten DCS-järjestelmien suorituskykyyn, mikä on osaltaan vaikuttanut tietynlaiseen sekaannuksen syntymiseen näiden kahden järjestelmätyypin rajojen välillä.
Seuraavassa kuvassa on esitetty digitaalisen ohjausjärjestelmän, joko PLC:n tai DCS:n, elementit.
Erojen osalta yksi tärkeimmistä on se, että PLC:t tarvitsevat SCADA-järjestelmän, jotta ne pystyvät täyttämään operaattorin käyttöliittymätoiminnon, joka on jo integroitu DCS:ään.
Tämä edellyttää, että PLC + SCADA-järjestelmissä on ylläpidettävä kahta tietokantaa, kun taas DCS:ssä on yksi tietokanta. Lisäksi DCS-järjestelmissä on yleensä edistyneempiä ominaisuuksia, kuten itsediagnostiikka, älykäs instrumenttien hallinta, tiedonlouhinta ja -analyysi, hälytysten hallinta jne.
Tecnatomilla työskentelemme eri valmistajien DCS- ja PLC-järjestelmien kanssa sekä toteuttaaksemme erityisratkaisuja asiakkaidemme prosesseissa että integroidaksemme ne simulaattoreihimme (korvaamme prosessin simulaattoreillamme).
Ricardo Garcia