Systemy Sterowania - rodzaje

 
W AUTOMATYCE PRZEMYSŁOWEJ do sterowania, zabezpieczania i kontroli procesów przemysłowych oraz do automatyzacji maszyn powstały trzy zasadnicze rodziny systemów tj:
 
- DCS
- PLC (również w wersji „Safety” jako ESD)
- SCADA
 
Systemy DCS
 
System DCS (ang. Distributed Control System) oznacza rozproszony system sterowania. Określenie DCS po raz pierwszy pojawiło się w 1975 roku kiedy to firmy Honeywell oraz Yokogawa wprowadziły swoje pierwsze systemy.
Struktura systemu DCS składa się zasadniczo z trzech podstawowych warstw tj:
- warstwa operatorska
- warstwa procesorowa
- warstwa I/O
Warstwę operatorską (stacje operatorskie, konsole) stanowią najczęściej komputery klasy PC (również stacje SUN) z zainstalowanym oprogramowaniem wizualizacyjnym oraz diagnostycznym. Warstwa procesorowa zbudowana jest ze specjalnych procesorów (kontrolerów) przemysłowych z zaimplementowaną strategią sterowania procesu technologicznego. Najniższą warstwą jest warstwa I/O reprezentowana przez moduły wejścia/wyjścia, które łączą aparaturę obiektową, pomiarową oraz wykonawczą z systemem.
Poszczególne warstwy łączą się ze sobą za pomocą specjalnych sieci (magistral) systemowych. I tak magistrala łącząca procesory przemysłowe z kartami wejścia wyjścia nosi nazwę magistrali polowej (Fieldbus). Najpopularniejszymi magistralami tego typu są Fundation Fieldbus czy Profibus. Sieć łącząca procesory oraz stacje operatorskie nosi nazwę procesowej sieci komunikacyjnej (Process Control Network)
To co charakteryzuje systemy DCS to przede wszystkim redundancja na każdym poziomie. Dodatkowo systemy DCS posiadają zazwyczaj globalną bazę danych z zaimplementowaną strategią sterowania procesem przemysłowym. Wszelkie zmiany w systemie dokonuje się on-line, tzn. nie trzeba restartować procesora po modyfikacji programu. Również poszczególne elementy systemu (moduły wejścia/wyjścia, procesory, integratory itd.) mogą być wymieniane, dokładane i zdejmowane podczas normalnej pracy systemu – pod napięciem (tzw. hot-swap).
 
Systemy PLC
 
Sterownik PLC (ang. Programmable Logic Controller) jest to urządzenie elektroniczne służące do automatyzacji procesu produkcyjnego. Zazwyczaj zajmuje się kontrolą pojedynczej maszyny lub pewnego relatywnie niedużego odcinka instalacji przemysłowej. Proste sterowniki PLC posiadają wbudowane wejścia oraz wyjścia jednakże często stosuje się rozwiązania bardziej rozbudowane, gdzie sterowniki PLC łączą się z odległymi „wyspami” I/O poprzez specjalne, odporne na zakłócenia i inne czynniki zewnętrzne, magistrale systemowe. Wyspy I/O składają się z modułów wejścia/wyjścia które zbierają aktualne dane z obiektu oraz wykonują w jednostce centralnej automatyczne algorytmy sterowania i regulacji. Obecnie rozbudowane systemy PLC swoim stopniem skomplikowania oraz funkcjonalnością dorównują rozproszonym systemom sterowania DCS i niekiedy granica miedzy tymi systemami zaciera się. Oferują one również możliwość wprowadzenia redundancji sprzętowej na każdym poziomie oraz coraz częściej posiadają hot-swaping.
 
Systemy ESD
 
Osobną podgrupę PLC stanowią systemy ESD (ang. Emergency Shut-Down). Są to specjalizowane sterowniki PLC o bardzo wysokim stopniu niezawodności służące do bezpiecznego zatrzymania monitorowanej maszyny lub nawet całego procesu produkcyjnego w przypadku gdy pojawi się zagrożenie dla życia, zdrowia, zanieczyszczenia środowiska itd. Spełniają one określone normy bezpieczeństwa (międzynarodowa norma IEC61511) reprezentowane przez klasy pewności zabezpieczenia SIL (ang. Safety Integrity Level) zawierające się miedzy 1 i 4 (im wyższa cyfra, tym większy poziom niezawodności). Systemy ESD stosowne są głównie na instalacjach o wysokim stopniu ryzyka. Do programowania tych sterowników stosowany jest również specjalistyczny software ściśle spełniający wymogi stawiane przez normę. Cechą charakterystyczną dla tego typu systemów jest żółty kolor czy to samych modułów, czy też ich żółte oznaczenia. Sugeruje to od razu, iż są to urządzenia „Safety”.
 
Systemy SCADA
 
System SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition) oznacza system nadzorujący przebieg procesu technologicznego lub produkcyjnego. Jego główne funkcje obejmują: