PLC czy DCS – wybór systemu sterowania dla procesów przemysłowych

Wybór systemu sterowania urządzeniami technologicznymi ma bardzo duże znaczenie dla wydajności pracy zakładu przemysłowego. Decyzja o tym, czy będzie on oparty o sterowniki PLC, czy DCS powinna być zatem podejmowania świadomie i z uwzględnieniem funkcjonalności każdego z układów. Na co zwracać uwagę podczas dobierania systemu dla swojej firmy? Sprawdź najważniejsze informacje.

System sterowania w automatyce przemysłowej – co to jest?

Przemysłowe systemy sterowania to układy służące do automatyzacji pracy maszyn i całych linii technologicznych. Ich zadaniem jest podniesienie jakości i efektywności procesu wytwarzania. Sterowanie, zgodnie z definicją, jest oddziaływaniem na obiekt, aby osiągnąć określony cel. Jego efektem jest najczęściej zmiana energii lub właściwości sterowanego obiektu.

Tyle w teorii, natomiast w praktyce podstawową składową każdego systemu sterowania w automatyce przemysłowej są sterowniki PLC czy DCS. Pierwsze z nich to uniwersalne urządzenia, które wykorzystuje się najczęściej do obsługiwania małych i średnich systemów zapewniających proste i szybkie sterowanie.

Średnie i duże systemy często opierają się na sterownikach DCS z powodu ich większej wydajności. Uniwersalność oraz elastyczna architektura takich kontrolerów pracy pozwala na używanie ich w systemach autonomicznych oraz układach o charakterze rozproszonym. Warto podkreślić, że obecnie różnice pomiędzy oboma systemami się zacierają, dlatego wybór nie jest już tak łatwy, jak jeszcze kilkanaście lat temu.

PLC – co to jest?

Zastanawiasz się, co to PLC? Tutaj znajdziesz zbiór najważniejszych informacji. Systemy sterowania PLC to małe komputery przemysłowe, które zawierają modułowe komponenty do automatyzacji procesów.

PLC są często wykorzystywane do zarządzania:

silnikami,
pompami,
wentylatorami,
automatycznymi wyłącznikami,
oświetleniem.

Historia systemów sterowania PLC sięga już lat 60., kiedy w użyciu pojawił się pierwszy programowalny sterownik logiczny. Zastąpił on skomplikowane elektromechaniczne obwody przekaźnikowe, dzięki czemu proces sterowania stał się dużo prostszy oraz wymagał znacznie mniej przestrzeni. Przed erą PLC nawet prosty układ wymagał zastosowania ogromnej liczby przekaźników i przewodów. Wprowadzenie nowego typu sterowników pozwoliło na uproszczenie procesu programowania i tworzenie schematów sterowania.

Każdy sterownik PLC składa się z następujących elementów:

jednostki centralnej (CPU),
wejść analogowych,
wyjść analogowych,
wejść cyfrowych,
wyjść cyfrowych,
modułu komunikacji,
modułu zasilania,
pamięci.

We wszystkich systemach PLCobudowa urządzenia stanowi najważniejszy moduł. PLC są dostępne w wielu różnych kształtach i rozmiarach. Do wykorzystywania złożonych systemów sterowania wymagane są duże szafy PLC.

DCS system – czym jest?

Warto przyjrzeć się również temu, co to DCS i czym odróżnia się od systemu sterowania PLC. DCS (Distributed Control System) to układ rozproszony oparty na wspólnej bazie danych zarówno dla sterowników, jak i dla wizualizacji.

DCS są wyposażone w system sterowania, który działa w czasie rzeczywistym, dlatego pozwala na wykonywanie wszystkich operacji na bieżąco. To główna zaleta DCS. Co to oznacza w praktyce? Przede wszystkim to, że program nie zawiesi się, nawet jeśli programista popełni błąd. Dzięki temu można uniknąć przestojów i zminimalizować straty.

Jak są zbudowane takie systemy sterowania i jak działają? Aparatura obiektowa i urządzenia wykonawcze (np. falowniki) są podłączone do stacji procesowych. One natomiast mają kontrolery i karty wejść/wyjść, które współpracują z magistralą systemową. Za jej pośrednictwem przesyłają informację do stacji operatorskich za pomocą serwera.

Co to DCS i jakie są jego cechy? Do najważniejszych właściwości takich systemów sterowania można zaliczyć:

możliwość obsługi bardzo dużej ilości wejść/wyjść systemowych (nawet 50 000 i/o),
możliwość programowania systemu z dużej liczby stacji roboczych,
opcję długotrwałego archiwizowania zdarzeń i logów,
szansę na wprowadzanie zmian w programie bez zatrzymywania procesu przemysłowego.

Ze względu na swoje rozbudowane możliwości systemy DCS znajdują zastosowanie również w bardzo dużych obiektach i w miejscach, gdzie procesy są prowadzone w sposób ciągły.

Wybór systemu sterowania opartego na DCS jest polecany między innymi:

zakładom chemicznym i petrochemicznym,
rafineriom,
przedsiębiorstwom z branży energetyki,
zakładom farmaceutycznym.

Systemy DCS są używane w tych gałęziach przemysłu, gdzie przestoje oraz awarie urządzeń i maszyn mogą generować duże straty.

Wybór systemu sterowania – PLC czy DCS?

Podział na typowe zastosowania dla systemów PLC czy DCS coraz bardziej się zaciera. Wynika to z postępu technologicznego, który zwiększa możliwości obu typów sterowników. Wyraźnym trendem w obszarze automatyki produkcji jest zamienne stosowanie systemów sterowania. Procesy zarządzane dotychczas przez DCS, mogą być również sterowane przez zaawansowane sterowniki PLC.

Zatem jaki system sterowania wybrać? Co sprawdzi się lepiej – PLC czy DCS? Zobacz, na jakie pytania należy odpowiedzieć przed podjęciem ostatecznej decyzji.

1. Czy proces technologiczny wymaga wdrożenia zaawansowanego sterowania?

Większość procesów może być obsługiwana za pomocą tradycyjnych układów sterowania, wykorzystujących regulatory proporcjonalno-różniczkująco-całkujące PID. Można również rozszerzyć ich funkcjonalności poprzez łączenie ich z innymi standardowymi elementami automatyki. Wykorzystanie sterowników PLC jest ograniczone do tradycyjnych metod sterowania.

Jednak wiele zakładów przemysłowych chce sobie zapewnić wyższy poziom stabilności i zminimalizować zmienność procesów i występowanie problemów ze sterowaniem. Na to właśnie pozwalają systemy DCS. Ich producenci otworzyli drogę do integrowania funkcjonalności APC. Jeżeli proces technologiczny wymaga jednej lub więcej technologii APC, system DCS staje się polecanym wyborem.

2. Ile pętli regulacji obejmuje proces?

Sterowniki PLC są doskonale przygotowane do obsługiwania wielu pętli sterowania PID i realizacji innych funkcji automatyki. Kwestia liczby pętli to jednak niejedyny czynnik wpływający na wybór systemu sterowania. Warto wiedzieć, że pętle sterowania PID zużywają bardzo dużo pamięci i diametralnie wydłużają czas realizacji programu sterownika PLC. Stanowi to utrudnienie w skutecznym wykonywaniu operacji logicznych.

System sterowania DCS jest zaprojektowany tak, aby doskonale radził sobie z tym problemem. Rozdziela on wykonywanie programu sterującego na kilka procesorów i pozwala na udostępnianie informacji kilku z nich jednocześnie. Jeśli więc PLC nie jest w stanie obsługiwać dużej liczby pętli, a dostawca systemu nie ma możliwości udowodnienia, że taki system stanowi wystarczające rozwiązanie, warto wybrać DCS.

3. Czy proces wymaga przeprowadzania częstych modyfikacji?

Systemy sterowników PLC czy DCS umożliwiają modyfikowanie programów, ponowne programowanie oraz przywracanie ustawień fabrycznych, aby rozpocząć pracę systemu od początku. Jednak w przypadku PLC może to być skomplikowanym zadaniem. W odróżnieniu od systemów DCS, które wykorzystują jedną bazę danych dla zmiennych logicznych, PLC zwykle są obsługiwane przez oddzielne bazy danych. Dlatego modyfikacje logiki systemu są praco- i czasochłonne. Dodatkowo może to prowadzić do powstawania błędów, a w efekcie do przestojów w produkcji. Jeżeli proces nie wymaga częstych modyfikacji sprzętu lub logiki, PLC będzie odpowiednim wyborem. Jeśli natomiast zmiany są konieczne, lepiej sprawdzi się DCS. Należy jednak wziąć pod uwagę to, czy w zakładzie są osoby, które potrafią przeprowadzić taką modyfikację.

4. Czy na miejscu są osoby umiejące modyfikować system sterowania?

Jest to istotne ze względów ekonomicznych i wynika z cen usług modyfikowania systemów sterowania. Jeśli w zakładzie nie pracują osoby mogące podjąć się takiego zadania, konieczne jest skorzystanie z pomocy zewnętrznego specjalisty. Wynajęcie integratora do realizacji prac związanych z PLC może kosztować dziennie nawet o ponad połowę mniej niż zatrudnienie specjalisty działającego w obszarze systemów DCS. Właśnie dlatego wybór pierwszego rodzaju sterowników może być bardziej opłacalny. Trzeba jednak podkreślić, że DCS jest wybierany głównie ze względu na brak konieczności wykonywania w nim zaawansowanych modyfikacji. Należy zatem rozważyć wszystkie plusy i minusy, a przede wszystkim zweryfikować swoje oczekiwania wobec konkretnego systemu sterowania.

PLC czy DCS – podsumowanie

Wybór systemu sterowania może nie być łatwy, dlatego tutaj znajdziesz podsumowanie wad i zalet każdego z rozwiązań.

Główną przewagą sterowników PLC nad systemami sterowania DCS jest ich niższa cena, większa popularność oraz uniwersalność zastosowań. DCS jest droższy jeśli chodzi o modyfikację i mniej elastyczny w przypadku chęci rozbudowy.
Wadą systemu PLC jest brak integracji oprogramowania wizualizującego i sterującego oraz mniejsza intuicyjność obsługi niż w przypadku systemów DCS.
Zaletami DCS jest spójność i szybsze konfigurowanie oraz programowanie. Jest nią również mniejsze ryzyko popełnienia błędu.
Systemy DCS dają możliwość zdalnej parametryzacji i diagnostyki urządzeń z poziomu stacji operatorskich. Dzięki temu można nimi lepiej zarządzać i skuteczniej je serwisować.

Wciąż nie masz pewności, czy lepiej sprawdzi się PLC czy DCS? Skontaktuj się ze specjalistami w tej dziedzinie. Doradzą Ci oni optymalne rozwiązanie po przeanalizowaniu Twoich oczekiwań i specyfiki procesu produkcyjnego w Twoim zakładzie.