Распределённая система управления

Распределённая система управления (англ. Distributed Control System, DCS) — система управления технологическим процессом, отличающаяся построением распределённой системы ввода-вывода и децентрализацией обработки данных. Основным отличием РСУ от обычной SCADA-системы является глубокая интеграция средств разработки кода для уровня визуализации и уровня управления. Например, изменение в алгоритме управления процессом автоматически дублируется в программе отображения этого процесса.

В РСУ значительную роль играют контуры регулирования (ПИД-регуляторы).

Сферы применения РСУ многочисленны:

Химия и нефтехимия.

Нефтепереработка и нефтедобыча.

Газодобыча и газопереработка.

Металлургия.

Пищевая промышленность: молочная, сахарная, пивная.

Энергоснабжение и т. д.

Требования к современной РСУ:

Отказоустойчивость и безопасность.

Простота разработки и конфигурирования.

Поддержка территориально распределённой архитектуры.

Единая конфигурационная база данных.

Развитый человеко-машинный интерфейс.

История

Первые инструментальные средства для создания DCS были представлены на рынок в 1975 году компаниями Honeywell (система TDC 2000) и Yokogawa (система CENTUM). Американский производитель Bristol Babcock в том же году представил свои универсальные контроллеры UCS 3000. Иногда к DCS относят систему Contronic 3 фирмы Schoppe & Faeser.

В 1979 году компания Fisher & Porter представила свою систему DCI-4000, а Invensys систему SPECTRUM.

В 1980 году компания Bailey представила систему NETWORK 90, а компания Alfa Laval систему SattLine.

Задачи распределенных систем

Соединение пользователей с ресурсами.

Прозрачность — свойство систем, которые представлены в виде единой компьютерной системы.

Открытость — система, предлагающая службы, вызов которых требует стандартные синтаксис и семантику.

Масштабируемость.

Технологии масштабирования

• Технология асинхронной связи.
• Распределение.
• Репликация.
• Кэширование.

На масштабируемость может плохо повлиять один существенный недостаток кэширования и репликации. Поскольку мы получаем множество копий ресурса, модификация одной копии делает ее отличной от остальных. Соответственно, кэширование и репликация вызывают проблемы непротиворечивости.

Концепции аппаратных решений

Несмотря на содержание нескольких процессоров в распределенных системах существуют различные способы их организации. Обычно компьютеры подразделяются на две группы. Системы, которые используют память совместно, называются мультипроцессорами, а работающие каждый со своей памятью — мультикомпьютерами. Основная разница между ними состоит в том, что мультипроцессоры имеют единое адресное пространство, совместно используемое всеми процессорами. В мультикомпьютерах каждая машина использует свою собственную память. Типичный пример такой системы — несколько персональных компьютеров, объединенных в сеть. В зависимости от типа архитектуры, соединяющий сеть, системы подразделяют на шинную и коммутируемую. Исключительно мультикомпьютерная категория подразделяются на гомогенные и гетерогенные распределенные системы. Для гомогенных систем характерна одна соединяющая компьютеры сеть, использующая единую технологию.

Контроллеры для распределенных систем управления

В связи с резким удешевлением микропроцессорной техники с одновременным повышением их надежности и характеристик, уменьшением их размеров и увеличением их функциональных возможностей появилось большое количество малогабаритных контроллеров и компьютеров, обладающих невысокой стоимостью. Наличие развитых сетевых средств позволяет связывать эти контроллеры в единую сеть, причем различные узлы (контроллеры, интеллектуальные модули ввода-вывода, компьютеры) этой сети могут быть разнесены друг от друга на достаточно большие расстояния.

Такая распределенная архитектура системы управления обладает следующими достоинствами:

• Высокая надежность работы системы. Четкое распределение обязанностей в распределенной системе делает ее работоспособной даже при выходе из строя или зависания любого узла.
• Малое количество проводных соединении. Контроллеры имеют возможность работать в тяжелых промышленных условиях, поэтому они как правило, устанавливаются в непосредственной близости от объекта управления.
• Легкая расширяемость системы. При появлении дополнительных точек контроля и управления достаточно добавить в системы новый узел (контроллер, интеллектуальный модуль ввода-вывода).
• Малые сроки проведения модернизации.
• Использование компьютеров и контроллеров меньшей мощности.
• Легкость тестирования и отладки. Поскольку все элементы системы активны, легко обеспечить самодиагностику и поиск неисправности.

Современный рынок

Основными современными системами DCS сегодня являются:

• ABB
  • System 800xA
• Areva T&D
  • PACiS
• Alstom
  • ALSPA 6
  • DS Agile
• B&R
  • APROL
• Emerson
  • Delta V
  • Ovation
• Honeywell
  • Experion PKS
  • TDC3000
  • Total Plant Solution (TPS)
• Invensys Foxboro
  • I/A Series
  • Foxboro A2 (Eurotherm Suite)
• Schneider Electric
  • PlantStruXure на базе UAG
• Mitsubishi Electric
  • iQPlatform
• Siemens
  • APACS
  • QUADLOG
  • SPPA-T3000
  • PCS7
• Toshiba
  • TOSDIC-CIE DS
• Yokogawa
  • CENTUM / CENTUM VP

В сумме указанные производители занимают более половины мирового рынка DCS-систем. Прочие более-менее заметные производители это Metso, Yamatake, Hitachi, Fuji.