DCS of PLC? Zeven vragen helpen u de beste oplossing te kiezen
Answers for industry. 1
Process Automation De toenadering tussen plc- en DCS-technologieën heeft een situatie gecreëerd waarin het voor procesfabrikanten meer dan ooit een uitdaging is om de beste technologie voor hun toepassing te kiezen. Een succesvolle evaluatie zou moeten beginnen met het vormen van een duidelijk beeld van de vereisten van uw toepassing en de behoeften van uw technici en uw onderhouds- en bedieningspersoneel. om u te helpen deze vereisten en behoeften voor uw bedrijf op een duidelijke manier te bepalen, beschrijft dit brochure zeven belangrijke vragen die u kunnen helpen de juiste keuze te maken.
gedistribueerde regelsystemen (DCS) of programmeerbare logische controllers (plc) Voor fabrikanten in de procesindustrie is de selectieprocedure van de beste automatiseringstechnologie niet zo eenvoudig als voorheen. In het verleden was het vrij gemakkelijk om te bepalen of een plc of een DCS de juiste oplossing voor uw toepassing was omdat de sterke en zwakke punten duidelijk waren. Tegenwoordig is dit moeilijker geworden, voornamelijk door de ontwikkeling van de microprocessor, die het
2
mogelijk heeft gemaakt de technologieën samen te laten gaan. Met de tendens naar flexibele productie in de industrie delen veel toepassingen in de procesindustrie tegenwoordig de vereisten die van oorsprong als typisch voor DCS of plc werden gezien. Deze hybride toepassingen vereisen meestal een procesbesturingssysteem dat zowel plc- als DCSfunctionaliteit kan bieden. Daarom is het belangrijk om te begrijpen hoe plc- en DCS-functionaliteit samengaan zodat u het juiste systeem voor uw bedrijf kunt kiezen.
Hier bekijken wij zeven criteria, welke u kunnen helpen bij het kiezen van het systeem dat het best bij uw doelstellingen past. Wij zullen ook aantonen waarom een duidelijk beeld van de vereisten van uw toepassing en de behoeften van uw technici en onderhouds- en bedieningspersoneel van het grootste belang is bij de keuze van de juiste automatiseringstechnologie voor uw bedrijf. Tot slot bieden wij u een eenvoudige controlelijst (tabel 4) waarmee u kunt bepalen welk systeem het best werkt voor uw toepassing. Voordelen van het kiezen van de ‘juiste’ automatiseringstechnologie In deze tijd van mondiale concurrentie worden fabrikanten in de procesindustrie ertoe gedwongen om uitstekende productieprestaties te leveren om hun plaats vóór de concurrentie zowel nu als in de toekomst zeker te stellen. De keuze van nieuwe automatiseringstechnologieën beïnvloedt deze doelstelling. Als gevolg daarvan is het selectieproces belangrijker voor de continuïteit van een bedrijf dan ooit tevoren. Het belang van de keuze van de technologie weegt veel zwaarder dan de kosten van de automatiseringsinvestering zelf.
Weg met de technische stereotypen! De normale gang van zaken voor iemand die de markt opgaat voor een nieuw automatiseringssysteem is om een systeem te kiezen op basis van een bespreking van beschikbare producten. Het probleem met deze benadering is dat uw indruk van welk systeem in aanmerking komt vaak is gebaseerd op oude stereotypen of wordt beïnvloed door de beweringen van de eerste de beste vertegenwoordiger. Laten we de componenten van een DCS- of plc-systeem eens nader beschouwenen kijken hoe verschillend (of vergelijkbaar) deze nu werkelijk zijn. Op het eerste gezicht lijken de afgebeelde systeemarchitecturen erg op elkaar. Beide systemen delen de volgende componenten: • Veldinstrumentatie • In-/uitvoermodules • controllers • Mens-machine-interface (HMI) • Engineering • Bewaking en besturing • Bedrijfsintegratie Het verschil wordt echter duidelijker wanneer u het soort en de vereisten van de toepassing bekijkt.
De keuze van de juiste technologie en de juiste leverancier kan uw bedrijf helpen: • snel te reageren op veranderende marktomstandigheden op een manier die een duurzaam concurrentievoordeel oplevert • de TCO (total cost of ownership) over de gehele levensduur van uw fabriek te minimaliseren • een systeem op te zetten dat eenvoudig kan worden onderhouden/bijgewerkt op de lange termijn • toekomstige doelstellingen en visie te bereiken
afbeelding 1 Typische DCS-systeemarchitectuur
afbeelding 2 Typische plc-systeemarchitectuur
EngELS
nEDErLanDS
EngELS
nEDErLanDS
HMI
HMI
Business Integration
Bedrijfsintegratie
Business Integration
Bedrijfsintegratie
Supervisory Control
Bewaking en besturing
Supervisory Control
Bewaking en besturing
Engineering
Engineering
Engineering
Engineering
Controller
Besturing
Controller
Besturing
Field Device
Veldinstrumentatie
Network
Netwerk
Network
Netwerk
RTD, T/C, mA
RTD, T/C, mA
Motors and Drives
Motoren en aandrijvingen
I/O
I/O
24 V DC, 120 V AC, etc.
24 V DC, 120 V AC, enz.
Field Device
Veldinstrumentatie
Failsafe I/O
Failsafe I/O
Hazardous Location
Gevaarlijke locatie
I/O
I/O
3
In het DCS-architectuurschema wordt redundantie bijvoorbeeld vaak toegepast voor I/O, besturingen, netwerken en HMI-servers. Omdat redundantie kosten en soms complicaties met zich meebrengt, moeten DCS-gebruikers hun behoefte aan redundantie zorgvuldig evalueren om de gewenste systeembeschikbaarheid te verkrijgen en onvoorziene downtime te voorkomen. De plc-architectuur illustreert een van meest typische toepassingen: de besturing van afzonderlijke veldinstrumenten zoals motoren en aandrijvingen. Om motoren en aandrijvingen effectief aan te sturen moet de besturing bij hoge snelheden (gewoonlijk 10–20 ms scansnelheid) kunnen reageren en moet de verantwoordelijke elektrotechnicus de configuratie in een begrijpelijke notatie kunnen lezen en er problemen in kunnen oplossen (ladderdiagram). Vanuit technologisch oogpunt kan men zien dat plc en DCS niet zo verschillend zijn, dus kunnen zij eenvoudig worden samengevoegd. Daarom moeten we voorbij de technologie kijken naar de toepassingsexpertise en domeinkennis die in deze systemen zijn ingebouwd door de leverancier, zodat we beter de plaatsen kunnen vinden waar elk van de systemen het best kan worden ingezet. De zeven vragen die u zich moet stellen voordat u een systeem kiest U moet begrijpen dat we zeer ruime generaliseringen gebruiken in de volgende analyse en dat elke afzonderlijke toepassing uitzonderingen op deze ‘regels’ heeft, zonder dat dit afdoet aan de redenering. Aangezien de auteurs werken ‘aan beide zijden van de scheidingslijn tussen plc en DCS’ voor een leverancier die al 25 jaar zowel DCS- als plc-oplossingen op de markt brengt, vinden wij dat we in de unieke positie verkeren om beide kanten van het verhaal te belichten. De zeven vragen zijn zo opgesteld dat ze u aan het denken zetten over de bedrijfsfilosofie en toepassingsvereisten van uw bedrijf, waarbij het gezichtspunt van alle belangrijke partijen in uw bedrijf (technici, bediening, onderhoud, enzovoort) in overweging wordt genomen. 1 Wat produceert u en hoe? 2 Wat is de waarde van het geproduceerde product en wat zijn de kosten van downtime? 3 Wat ziet u als het ‘hart’ van het systeem? 4 Wat heeft de operator nodig om succesvol te zijn? 5 Welke prestaties worden van het systeem geëist? 6 In welke mate is maatwerk vereist? 7 Wat zijn uw technische verwachtingen? Achter in deze brochure vindt u een volledige lijst met vragen en mogelijke antwoorden (tabel 4) in de vorm
4
van een afscheurpagina. Een eenvoudige methode om te meten of u een plc of DCS nodig hebt, is om door dit enquêteformulier te lopen en alle antwoorden aan te kruisen die van toepassing zijn. Als al uw antwoorden zich in één kolom bevinden, dan vraagt uw toepassing duidelijk om één bepaald systeem. Als u meerdere selecties in zowel de plc- als DCS-kolom hebt , dan hebt u waarschijnlijk een ‘hybride’ toepassing die een procesbesturingssysteem vereist die zowel plc- als DCSfunctionaliteit kan leveren. 1. Wat produceert u en hoe? Dit lijkt misschien een heel eenvoudige vraag, maar hij is essentieel om de vereisten van de toepassing te bepalen en daarmee het meest geschikte automatiseringssysteem. De productiewijze van een product, de benodigde prestaties en de fysieke beperkingen van het proces beïnvloeden allemaal de keuze van het systeem. Typische fabrieksautomatiseringstoepassingen, waarvoor de plc oorspronkelijk is ontworpen, hebben betrekking op de productie en/of assemblage van specifieke items: ‘dingen’. Een kenmerkende eigenschap van dit soort processen is dat de operator de ‘dingen’ gewoonlijk met het oog kan volgen terwijl deze door de productielijn bewegen. Het proces is van nature erg afhankelijk van logische besturing, vaak met hoge snelheidseisen (productie = winst). Dit soort processen wordt vaak bestuurd door een combinatie van plc en HMI. Procesautomatiseringstoepassingen hebben gewoonlijk te maken met de omzetting van grondstoffen, via een reactie met chemicaliën of het aanbrengen van fysieke wijzigingen om een nieuw, ander product te maken: ‘spul’. Deze toepassingen kunnen worden samengesteld uit een of meer aaneengeschakelde handelingen van proceseenheden. Eén belangrijke eigenschap is dat de operator het product niet kan zien. Dit bevindt zich meestal in een vat en kan gevaarlijk zijn. Er is gewoonlijk een groot aantal eenvoudige tot complexe analoge besturingen (PID of lusbesturing), hoewel de reactietijd niet zo kort is (100 ms of meer). Dit soort processen wordt meestal bestuurd door een DCS, hoewel de analoge besturingscapaciteit van een plc dit zonder meer aankan. Een bepalende factor in het selectieproces is vaak hoe groot het bereik van de besturingstoepassing is (over de gehele fabriek tegenover een enkele eenheid, en het aantal I/O-punten). Er kan ook behoefte zijn aan batch besturing. Een plc kan effectief worden ingezet in ‘eenvoudige’ batch toepassingen en een DCS is gewoonlijk beter geschikt voor ‘complexe’ batch productie-installaties die een hoge mate van flexibiliteit en receptbeheer vereisen. Wederom zijn het de vereisten van de batch toepassing die bepalen of deze ‘eenvoudig’ of ‘complex’ is.
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie Hoeveelheid geproduceerde producten:
Enkel product of meerdere producten
Receptparameters:
Constant of variabel
Procedures:
Enkele procedure of meerdere (verschillende) procedures
Gebruik en aanwending van apparatuur:
Vast/geen of flexibel/vaak
Regelmaat van wijzigingen aan formules en recepten:
Nooit of vaak
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie
plc
Productie of assemblage van specifieke items (‘dingen’)
Heeft betrekking op de combinatie en/of verwerking van grondstoffen (‘spul’)
Product is zichtbaar als het door het proces beweegt
Vaak onmogelijk om het product met het oog waar te nemen terwijl het door het proces beweegt
Logische besturing op hoge snelheid (zoals motoren)
Regulerende/analoge (lus-)besturing
Eenvoudige batch besturing
Complexe batch besturing
2. Wat is de waarde van het geproduceerde product en wat zijn de kosten van downtime? Als de waarde van elk afzonderlijk product relatief laag is en/of downtime leidt tot gemiste productie, maar met weinig extra kosten of schade aan het proces, dan is de plc de voor de hand liggende keuze. Als de waarde van een productievoorraad hoog is in grondstofkosten of marktwaarde, en downtime niet alleen leidt tot gemiste productie, maar tot mogelijke gevaarlijke situaties en beschadigingen, dan zou de keuze DCS moeten zijn. Een fabriek die een voorraad kankermedicijn ter waarde van 10 miljoen euro in
DCS
productie heeft die afhankelijk is van een strenge continue temperatuurbeheersing heeft bijvoorbeeld veel op het spel staan in geval van een storing. Van de andere kant is de vullijn van een brouwerij die maar 10 uur per dag hoeft te draaien om productieschema’s te halen en die zonder veel invloed op het product kan worden neergelegd voor systeemonderhoud, probleemoplossing of vernieuwingen een klassiek voorbeeld van een plc-toepassing. In procestoepassingen die 24 uur per dag, zeven dagen per week het hele jaar door draaien is downtime een monster dat u te allen tijde wilt vermijden.
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie
plc
Waarde van het afzonderlijke onderdeel dat wordt geproduceerd is relatief laag
De waarde van een ‘productievoorraad’ kan zeer hoog zijn (in grondstofprijs of marktwaarde)
Downtime resulteert voornamelijk in gemiste productie
Downtime resulteert in gemiste productie, maar kan ook leiden tot gevaarlijke situaties
Downtime beschadigt meestal de productieapparatuur niet
Downtime kan leiden tot schade aan de productieapparatuur (product stolt, enz.)
Terugkeren naar een duurzame productie na een storing is kort en relatief eenvoudig
Terugkeer naar een duurzame productie na een onvoorziene storing kan langdurig, duur en moeilijk zijn
DCS
5
3. Wat ziet u als het ‘hart’ van het systeem? Gewoonlijk is het hart van een besturingssysteem voor fabrieksautomatisering de plc die alle logische informatie bevat die het product door de productielijn beweegt. De HMI is meestal een paneel op de machine of een station op basis van een pc die de operator extra of bijzondere gegevens biedt. Steeds vaker is bedieningsinformatie als gevolg van gegevensanalyse ook een vereiste voor fabrieksautomatiseringstoepassingen, wat vraagt om een intelligentere HMI.
Bij procesautomatisering, waar de omgeving explosief en gevaarlijk kan zijn en waar operators het daadwerkelijke product niet kunnen zien, wordt HMI door de meesten als het hart van het systeem gezien. In dit scenario is de HMI de centrale console voor de besturingskamer die het enige volledige ‘inzicht’ in het proces biedt, waarmee de operator de processen in de leidingen en vaten door de gehele fabriek kan observeren en sturen.
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie
plc
Meestal is het hart van het systeem de besturing
4. Wat heeft de operator nodig om succesvol te zijn? In een plc-omgeving houdt de operator zich voornamelijk bezig met uitzonderingen. Statusinformatie en waarschuwingen voor uitzonderingen houden de operator op de hoogte van wat er tijdens het proces gebeurt, wat in veel gevallen kan leiden tot ‘uitschakelen’. De DCS-fabriek verwacht van de operator dat deze beslissingen maakt en continu communiceert met het proces om dit aan de gang te houden. Het op peil houden van de proceskennis van de operator is vaak essentieel voor de bediening en om het proces optimaal te laten draaien. Operators verdienen hun positie voornamelijk bij variaties in productkwaliteit en bij het aanpassen van het proces om wijzigingen in de productieomgeving (zoals een andere grondstof) door te
Meestal is HMI het hart van het systeem
DCS
voeren. De operator wijzigt instelpunten, opent/sluit kleppen of maakt handmatig een toevoeging om voorraad naar een volgende stap in het productiestadium te brengen. Binnen de HMI bieden faceplates en analoge trends een kritische blik in wat er werkelijk gebeurt in het productieproces, terwijl het alarmsysteem de aandacht van de operator richt op onderdelen waar hij moet inspringen om het proces draaiende te houden binnen de prestatiedoelen. In het geval van een HMI-storing kan de fabriek gedwongen worden de productie neer te leggen om personeel en apparatuur te beschermen. Alles komt neer op de urgente noodzaak een operator ‘binnen’ of ‘buiten’ het proces te houden. De DCSoperator is de ultieme partij binnen het systeem, wiens investering in het HMI-ontwerp vooraf essentieel is voor succes van het gehele proces.
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie
plc
De operator houdt zich voornamelijk bezig met uitzonderingen
De interactie van de operator is gewoonlijk nodig om het proces binnen de prestatiedoelen te houden
Statusinformatie (Aan/uit, Start/stop) is essentiële informatie voor de operator
Faceplates en analoge trends zijn essentieel om te ‘zien’ wat er in het proces gebeurt
Waarschuwingen op basis van uitzonderingen zijn essentiële informatie voor de operator
Alarm management is essentieel voor een veilige uitvoering van het proces en voor effectieve reacties tijdens noodsituaties in de fabriek
Productie kan tijdens uitschakeling blijven doorgaan
Storing van de HMI kan leiden tot het neer leggen van de productie
5. Welke prestaties worden van het systeem geëist? De snelheid van de logische uitvoering maakt een essentieel verschil. De plc is ontworpen om tegemoet te komen aan de eisen van toepassingen met hoge
6
DCS
snelheden die scansnelheden van 10 milliseconden of minder vereisen, waaronder handelingen met motion control, interlocking op hoge snelheid of aansturing van motoren of stations. Hoge scansnelheden zijn noodzakelijk om deze apparaten effectief te besturen.
De DCS hoeft niet zo snel te zijn – in de meeste gevallen. De regulerende besturingslussen scannen gewoonlijk binnen de 100 tot 500 milliseconden. In sommige gevallen zou het schadelijk kunnen zijn om besturingselementen sneller te laten werken doordat deze mogelijk extra slijtage veroorzaken op eindbesturingselementen, zoals kleppen, die leiden tot voortijdig onderhoud en procesfouten. De extra kosten voor redundantie zijn gerechtvaardigd in het geval van een typisch DCS-systeem waar beschikbaarheid van het hoogste belang is. Vanuit het oogpunt van kosten is het meestal niet gerechtvaardigd een plc-systeem volledig redundant te maken. Het plc-systeem uitschakelen om wijzigingen in de configuratie en opzet te maken kan minder ingrijpend zijn, omdat het platform niet continu draait of omdat het proces eenvoudig opnieuw kan worden opgestart. Daarentegen kunnen wijzigingen en problemen in de configuratie van het DCS-systeem online worden
uitgevoerd, terwijl het proces non-stop blijft draaien. Veel procestoepassingen kunnen slechts een of twee keer per jaar worden uitgeschakeld voor periodiek onderhoud en andere, zoals een smeltoven, volgens planning 5 tot 7 jaar onafgebroken in productie blijven. De kwestie van analoge besturing is belangrijk, maar verwarrend. DCS is oorspronkelijk ontwikkeld om analoge besturing te bieden, maar om te stellen dat DCS vast verbonden is met de analoge besturingsmarkt herhaalt het probleem met een traditionele mentale instelling. De plc is meer en meer geschikt om eenvoudige tot complexe PID-besturing te bieden, maar DCS is duidelijk de aangewezen toepassing met een hoge mate van geavanceerde analoge besturing, waaronder cascadelussen, besturing en verhouding van modelvoorspellingen en feedforwardloops. Dit zijn geavanceerde procesbesturingsoplossingen die net zo goed worden bepaald door de kennis van en ervaring met het domein van de leverancier, als de verschillende capaciteiten van de platforms.
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie
plc
Snelle logische scan (ong. 10 ms) is nodig om motor- en motioncontrol uit te voeren
Besturingslussen vereisen bepalende scanuitvoeringen binnen 100 tot 500 ms
Redundantie is misschien niet gerechtvaardigd vanuit het oogpunt van kosten
Systeemredundantie is vaak vereist
Systeem kan worden uitgeschakeld om wijzigingen in de configuratie te maken
Online wijzigingen in de configuratie zijn vaak vereist
Analoge besturing: alleen eenvoudige PID
Analoge besturing: eenvoudige tot geavanceerde PID-besturing tot en met geavanceerde procesbesturing
Diagnostiek om u te waarschuwen dat iets kapot is
Apparatuurbeheer waarschuwt u vooraf wanneer er iets kapot kan gaan
6. In welke mate is maatwerk vereist? De verwachting en wens om een aangepaste toepassing te kunnen maken wisselt sterk tussen DCS- en plc-gebruikers. Omdat de plc oorspronkelijk is ontworpen om een manusje van alles te zijn, is het begrijpelijk dat de ontwikkeling van aangepaste routines en functies nodig is om aan de unieke behoeften van een toepassing voldoen. De integrator van een systeem kan een plc vandaag op palletstapelaar aanpassen en morgen op een lasersnijdraaibank. De plc levert een ‘gereedschapskist’ aan functies en essentiële bouwstenen die op maat kunnen worden ontwikkeld en gekoppeld om aan de eisen van een toepassing te voldoen. Er worden voorzieningen getroffen om de integratie van functies en
DCS
producten in een naadloze architectuur te integreren. Bovendien zijn gewoonlijk krachtige programmeertalen beschikbaar om het schrijven van aangepast code mogelijk te maken. Tevoren ontwikkelde ‘oplossingen’, bestaande uit standaarden, sjablonen en extensieve bibliotheken zijn wat applicatieontwikkelaars in DCS ‘kant-en-klaar’ verwachten wanneer ze met een nieuw systeem werken. De hoogste prioriteit van een DCS is om betrouwbaar en beschikbaar te zijn, wat vaak leidt tot een ontwerp dat onbeperkte functionaliteit inwisselt voor herhaalbaarheid en afhankelijkheid. Het belangrijkste nadeel van de DCS is het onvermogen veel persoonlijke aanpassingen toe te staan zonder compatibiliteitsproblemen te krijgen. Het systeem verwacht als een complete oplossing te functioneren, waardoor gebruik moet worden gemaakt van ‘ingebakken’ standaardfuncties.
7
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie
plc
Hoge programmeertalen zijn beschikbaar voor het maken van aangepaste logica
Aangepaste logica opgebouwd uit bestaande functieblokken
Aangepaste routines zijn meestal vereist
Veel algoritmes (zoals PID) zijn complex en identiek tussen toepassingen
Standaardbibliotheken worden als aardige functies beschouwd
Er wordt uitgegaan van standaardbibliotheken met toepassingen (functieblokken en faceplates)
Er moeten voorzieningen beschikbaar zijn om functies/producten in een geïntegreerde architectuur in te passen
Het gehele systeem wordt geacht als een complete oplossing te functioneren
7. Wat zijn uw technische verwachtingen? Automatiseringstechnici in fabrieken willen aan te passen besturingsplatforms, die afzonderlijke componenten bieden die snel samen geprogrammeerd kunnen worden om de aanwezige taak uit te voeren. It-ers en technici openen vaak de plc ‘gereedschapskist’, rollen hun mouwen op en beginnen te programmeren. De beschikbare tools van een plc zijn gewoonlijk geoptimaliseerd om een benadering ‘bottom-up’ te bieden aan de ontwikkeling, wat goed werkt voor kleinere toepassingen. DCS-technici, daarentegen, zijn gewoonlijk effectiever in een benadering ‘top-down’ voor de ontwikkeling, waardoor zij vooraf een belangrijke inspanning moeten leveren voor het ontwerp. Deze aandacht vooraf voor ontwerp is essentieel voor het beperken van kosten, het projectschema te beperken en een toepassing te maken die door het personeel van de fabriek over een langere termijn onderhouden kan worden. Omdat DCStoepassingen gewoonlijk groter zijn en de hele fabriek bestrijken, is de mogelijkheid om bibliotheken en sjablonen aan te spreken door de hele toepassing zeer belangrijk om dubbel werk te beperken en het gebruik van standaarden te bevorderen.
DCS
U kunt het als volgt zien: De plc stuurt een machine aan en de DCS stuurt de hele fabriek aan. Een potloodfabrikant produceert bijvoorbeeld met extreem hoge snelheid een enorm aantal potloden met behulp van een plc. Door machinecode te programmeren kunnen technici nog 10 milliseconden uit de machine persen, waardoor nog meer potloden en winst gemaakt wordt. De plc-technicus eist dergelijk flexibiliteit en open architectuur. De procestechnici die hele fabrieken met een DCS besturen eisen meer intuïtieve programmeerplatforms, die gebruik maken van vooraf gedefinieerde en geteste functies om tijd en herhaling van procedures te besparen. Het juiste gereedschap voor de taak is ook essentieel. Ladderdiagram is de ideale en favoriete configuratietaal voor veel discrete besturingstoepassingen, zoals interlocking op hoge snelheid of de aansturing van motoren en stations. Functieblokschema heeft daarentegen de voorkeur voor continue besturing en voor het doorvoeren van waarschuwingsschema’s.
Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie.
plc
8
Programmeer/configureer afzonderlijke onderdelen, integreer later (bottom-up)
Ontwerp vooraf van een compleet systeem voordat de invoering van start gaat (top-down)
Geef de voorkeur aan aan te passen platforms om op verder te bouwen
Zoek naar belangrijke ‘kant-en-klare’ functionaliteit
Systeem is ontwikkeld op flexibiliteit
Systeem is ontwikkeld om ‘eenvoudig’ procestoepassingen te ontwikkelen
Oplossing is algemeen van opzet, om op een brede reeks toepassingen te worden toegepast
Gebruik van vooraf gedefinieerde en geteste functies bespaart tijd
Gebruik ladderdiagram om toepassing te configureren
Gebruik functieblokschema om toepassing te configureren
DCS
Hebt u een hybride toepassing?
Tabel 3 Belangrijkste vereisten van een procesbesturingssysteem voor gebruik in hybride toepassingen
Nu we de essentiële criteria voor de keuze voor een plc of DCS hebben beschouwd, denkt u misschien dat uw toepassing de capaciteiten van zowel een plc als een DCS vereist. Als dit WAAR is, hebt u misschien een procesbesturingssysteem nodig voor hybride toepassingen, zoals hieronder wordt getoond. Tabel 2 Definities van hybride Wat is ‘hybride’?
Besturing
Kan zowel snelle logische scan (10–20 ms) uitvoeren, zoals vereist voor aansturing van motoren als langzame logische scan (100–500 ms) uitvoeren, zoals vereist voor analoge besturing, gelijktijdig in een enkele regeleenheid
Technische configuratietalen
Biedt ladderdiagram, functieblokschema en een krachtige programmeertaal voor het geheel zelf maken van aangepaste logica
Flexibele modulaire redundantie
Biedt de optie om het niveau van systeemredundantie af te meten om de vereiste systeembeschikbaarheid te leveren door de kosten vooraf af te wegen tegen de kosten van onvoorziene downtime
Modulaire batch van eenvoudig tot complex
Biedt modulaire batch om kosteneffectief de continuïteit van simpele tot complexe batch toepassingen te behandelen
Alarmbeheer
Biedt krachtige tools voor alarmbeheer zodat operators effectief kunnen reageren op noodsituaties
Systeemdiagnostiek en apparatuurbeheer
Biedt zowel ruime, ingebouwde mogelijkheden voor systeemdiagnostiek als apparatuurbeheer voor alle essentiële apparatuur in de fabriek (zenders, klepafstellers, motoren, aandrijvingen, MCC’s, warmtewisselaars, enz.)
Schaalbaar platform
Hardware, software en licentiebeheer voor soepele en economische schaalvergroting van kleine alles-in-een systemen (tientallen I/O’s) tot grotere client/server-systemen (tienduizenden I/O’s)
• “De samenvoeging van de beperkte functies, die zo eenvoudig en economisch door een plc worden uitgevoerd, met de intelligente continue besturingscapaciteiten van de DCS.”
• “Gedefinieerd op basis van de branches waarin de systemen werken en ondersteunen, zoals farmaceutische, fijnchemische, voedsel en dranken en andere”
• “De architectonische samenvoeging van de eenvoud en kosten van de plc en de intelligente operatordisplays, het alarmbeheer en de eenvoudige maar intelligente configuratiemogelijkheden van de DCS”
*Referentie – Intech, Sept 2007, “Hybrid Control Identity Crisis: What’s in a Name?”
Keuze van een procesbesturingssysteem voor een hybride toepassing In dit brochure worden de belangrijkste kenmerken en verschillen tussen klassieke plc- en DCS-systemen beschreven. Deze zelfde informatie kan worden gebruikt voor het definiëren van de belangrijkste vereisten voor een procesbesturingssysteem dat optimaal geschikt is voor hybride toepassingen, zoals in de farmaceutische en fijn-chemische industrie en de sector voedsel en dranken.
Keuze van een leverancier van besturingssystemen voor hybride toepassingen De meeste bekende automatiseringsleveranciers tegenwoordig leveren één technologie (DCS of plc), zoals getoond in afbeelding 3 op pagina 9. Dit is belangrijk om in gedachte te houden wanneer u een evaluatie uitvoert voor een hybride toepassing. Om hun aanbieding aantrekkelijk te maken voor hybride industrieën geven veel leveranciers hoog op over hun mogelijkheden om zowel plc- als DCS-functionaliteit in hun systeem te bieden. Zoals we hebben gezien, verdwijnen de technologische verschillen tussen plc en DCS snel, waardoor alleen de ervaring en expertise op het vakgebied van de leverancier het verschil maakt. De gaten in expertise op het vakgebied zijn echter niet op korte termijn te overbruggen: belangrijke kennis is de laatste 30 jaar door leveranciers opgebouwd, dus pas
9
op voor leveranciers die pas sinds kort beweren DCS- of plc-functionaliteit te bieden. Voor hybride toepassingen moeten gebruikers die zeker willen weten aan welke vereisten kan worden voldaan, overwegen een leverancier te kiezen die langdurige en bewezen ervaring heeft in de levering van zowel plc-oplossingen als een ‘volledige’ DCS. Conclusie Veel van de stereotypen van gisteren raken gedateerd dankzij de convergentie van plc en DCS. Deze convergentie heeft nieuwe opties mogelijk gemaakt voor hybride toepassingen en voor de procesinstallaties die traditioneel plc’s gebruikten om hun elektrische infrastructuur te regelen (zoals motoren, aandrijvingen en motorregelingscentra (MCC’s) en DCS voor regulerende besturing. Bedenk hierbij dat het niet gaat om de technologie. Het gaat voornamelijk over de vereisten van uw toepassing en welke leverancier de beste oplossing, geschiedenis, ervaring en omvang aan
kennis heeft om aan uw behoeften tegemoet te komen, vandaag én morgen. Wat u ook kiest, wij hopen dat u het gevoel hebt dat u een wijzere en beter geïnformeerde beslissing hebt gemaakt op basis van de informatie in dit brochure. U komt mogelijk tot de conclusie dat een traditionele plc of DCS niet langer aan uw eisen voldoet. Als u een hybride toepassing hebt, hebt u misschien een procesbesturingssysteem nodig dat het beste van plc en DCS combineert, en een leverancier die een volledig aanbod van zowel discrete en procesmogelijkheden biedt, allemaal gebaseerd op een gedeeld platform. Bob Nelson, plc Marketing Manager, en Todd Stauffer, DCS Marketing Manager, voor Siemens Energy & Automation hebben samen 40 jaar ervaring in de automatiserings- en besturingsbranche. U kunt contact opnemen met de auteurs via: Bob Nelson:
[email protected] Todd Stauffer:
[email protected]
Tabel 1 Klassieke stereotypen van plc en DCS Eigenschap
plc
DCS
Marktintroductie
jaren 60
1975
Vervanging van . . .
Elektromechanische relais
Besturingen (pneumatisch en enkele lus)
Geproduceerd product . . .
‘Dingen’
‘Spul’
Klassieke toepassing
Auto-industrie
Raffinage
Type besturing
Discreet
Regulerend
Redundantie
‘Warme’ back-up
‘Hete’ back-up
Ontwerpuitgangspunt
Programmeren
Configureren
Operatorinteractie
Bij uitzondering
Mens centraal
Operatorinterface
Eenvoudig grafisch
Geavanceerd grafisch
Grootte/invloed
Compact
Groot
Kosten vooraf
€€
€€€€
Systeem
Open
Gesloten (eigen)
Afbeelding 3 Hybride industrieën en verschuiving van functies door leveringssystemen Procesindustrieën
Hybride industrieën
Discrete industrieën
Petrochemisch
Farmaceutisch
Auto-industrie
Raffinage
Fijn chemisch
Luchtvaart
Energie
Voedsel en drank
Machine-industrie
Pulp en papier
Consumentengoederen Verpakte materialen
10
Tabel 4 De zeven vragen die u zich moet stellen voordat u een systeem kiest Projectnaam: _____________________________________________________________ Kruis alle antwoorden aan die van toepassing zijn op uw situatie. 1. Wat produceert u en hoe? Productie of assemblage van specifieke items (‘dingen’)W
OF
Heeft betrekking op de combinatie en/of verwerking van grondstoffen (‘spul’)
Kan het product zien bewegen door het proces
Kan het product niet zien bewegen door het proces
Logische besturing op hoge snelheid (zoals motoren)
Regulerende/analoge (lus-)besturing
Eenvoudige batch besturing
Complexe batch besturing
2. Wat is de waarde van het geproduceerde product en wat zijn de kosten van downtime? Waarde van de afzonderlijke component die wordt geproduceerd is relatief laag
OF
De waarde van een ‘productievoorraad’ kan zeer hoog zijn (in grondstofprijs of marktwaarde)
Downtime resulteert voornamelijk in gemiste productie
Downtime resulteert in gemiste productie, maar kan ook leiden tot gevaarlijke situaties
Downtime beschadigt meestal de productieapparatuur niet
Downtime kan leiden tot schade aan de productieapparatuur (product stolt, enz.)
3. Wat ziet u als het ‘hart’ van het systeem? Meestal is dit de besturing
OF
Meestal is dit de HMI
OF
De interactie van de operator is gewoonlijk nodig om het proces binnen de prestatiedoelen te houden
4. Wat heeft de operator nodig om succesvol te zijn? De operator houdt zich voornamelijk bezig met uitzonderingen Statusinformatie (Aan/uit, Start/stop) is essentiële informatie voor de operator
Faceplates en analoge trends zijn essentieel om te ‘zien’ wat er in het proces gebeurt
Waarschuwingen op basis van uitzonderingen zijn essentiële informatie voor de operator
Alarmbeheer is essentieel voor veilige uitvoering van het proces en voor effectieve reacties tijdens noodsituaties in de fabriek
Productie kan tijdens uitschakeling blijven doorgaan
Storing aan de HMI kan leiden tot het stopzetten van de productie
5. Welke prestaties worden van het systeem geëist? Snelle logische scan (ca. 10 ms) is nodig om motor- en motioncontrol uit te voeren
OF
Besturingslussen vereisen bepalende scanuitvoeringen binnen 100 tot 500 ms.
Redundantie is meestal niet gerechtvaardigd vanuit het oogpunt van kosten
Systeemredundantie is vaak vereist
Systeem kan worden uitgeschakeld om wijzigingen in de configuratie te maken
Online wijzigingen in de configuratie zijn vaak vereist
Analoge besturing: alleen eenvoudige PID
Analoge besturing: eenvoudige tot geavanceerde PID-besturing tot en met geavanceerde procesbesturing
Diagnostiek om u te waarschuwen dat iets kapot is
Apparatuurbeheer waarschuwt u wanneer iets kapot kan gaan voordat het gebeurt
6. In welke mate is maatwerk vereist? Hoge programmeertalen niveau zijn beschikbaar voor het maken van aangepaste logica
OF
Aangepaste logica opgebouwd uit bestaande functieblokken
Aangepaste routines zijn meestal vereist
Veel algoritmes (zoals PID) zijn zeer complex en variëren niet van toepassing tot toepassing
Standaardbibliotheken worden als aardige functies beschouwd
Er wordt uitgegaan van standaardbibliotheken met toepassingen (functieblokken en frontplaten)
Er moeten voorzieningen beschikbaar zijn om functies/producten in een geïntegreerde architectuur in te passen
Het gehele systeem wordt verwacht als een complete oplossing te functioneren
7. Wat zijn uw technische verwachtingen? Programmeer/configureer afzonderlijke onderdelen -> integreer later (van onderaf)
OF
Ontwerp vooraf van een compleet systeem voordat de invoering van start gaat (van bovenaf)
Geef de voorkeur aan aan te passen platforms om op verder te bouwen
Zoek naar belangrijke ‘kant-en-klare’ functionaliteit
Systeem is ontwikkeld op flexibiliteit
Systeem is ontwikkeld om ‘eenvoudig’ procestoepassingen te ontwikkelen
Oplossing is algemeen van opzet, om op een brede reeks toepassingen te worden toegepast
Gebruik van vooraf gedefinieerde en geteste functies bespaart tijd
Gebruik ladderdiagram om de toepassing te configureren
Gebruik functieblokdiagram om de toepassing te configureren
TOTAAL plc ____________
TOTAAL DCS _____________
Siemens Nederland N.V. Divisie Automation & Drive Technology Prinses Beatrixlaan 800, 2592 BN DEN HAAG Postbus 16068, 2500 BB DEN HAAG Tel.: 070 333 35 15 Fax: 070 333 34 14 E-mail:
[email protected] www.siemens.nl/industry
© Februari 2009 De informatie in deze brochure omvat slechts algemene beschrijvingen of prestatiekenmerken die bij concrete toepassingen niet zonder meer van toepassinhg zijn, dan wel die als gevolg an productontwikkelingen kunnen worden gewijzigd. De gewenste prestatiekenmerken zijn alleen bindend wanneer deze bij het sluiten van het contract uitdrukkelijk zijn overeengekomen. Alle productaanduidingen kunnen handelsmerken of productnamen zijn van Siemens AG of toeleveranciers. Het gebruik hiervan door derden voor eigen doeleinden kan een schending betekenen van de rechten van de desbetreffende eigenaren.
