Децентрализованные системы управления

В былые времена системы управления представляли собой одну вычислительную систему, к которой подключались сигналы от огромного количества датчиков. В лучшем случае это был один ПЛК и несколько модулей ввода вывода, которые располагались ближе к оборудованию. Но чаще это был один ПЛК с модулями расширения, и всё это располагалось в одном помещении, в которое тянулись толстенные жгуты проводов.

Такая архитектура была вынужденным решением, потому что:

• Вычислительные мощности были очень дорогими. А размеры вычислительных устройств (центральных процессоров, контроллеров) не позволяли размещать их рядом с управляемым оборудованием.
• Большое энергопотребление процессоров и требовательность к питанию также вынуждали выделять для автоматики отдельное помещение.
• Как правило, центральные процессоры выделяли очень много тепла и сильно нагревались. Поэтому помещение, где они располагались, необходимо было охлаждать. И это тоже приводило к необходимости располагать такие системы в одном помещении.
• Вообще требования к температуре, влажности и запылённости были довольно жёсткими. И это тоже приводило к тому, что для процессоров выделялось отдельное помещение.
• Обслуживание таких систем требовало не только квалификации, но и множества сложных приборов, таких как осциллограф. Ввиду высокой стоимости никто раньше не менял неисправный блок на новый. Практически всегда это ремонтировалось. И обслуживающему персоналу также было удобнее выполнять все работы в одном помещении.

Однако времена менялись. Стоимость вычислительных мощностей снижалась. Сначала это привело к тому, что вместо того, чтобы тянуть жгут электрических кабелей от периферии до центрального процессора, стало дешевле установить на периферии модуль ввода-вывода, и протянуть к нему лишь один кабель для связи (например, по RS-485).

Потом и вовсе, особенно с внедрением промышленного Ethernet, проще и дешевле было на каждом участке, где требовалось более-менее автономное управление, устанавливать отдельный контроллер, и включать его в общую сеть.

В такой схеме каждый контроллер управляет своим относительно небольшим участком. Причём делает это практически автономно - ему почти не требуются указания от центра. Хотя с центральным контроллером он, конечно, связан. Во-первых, в центр передаются необходимые данные, во-вторых, кое-какие данные могут поступать и от центра (например, команды оператора или данные от других контроллеров, если работа участков как-то взаимосвязана).

При этом периферийные контроллеры могут обмениваться данными не только с центральным контроллером, но и напрямую друг с другом.

Такие системы управления называются децентрализованными или распределёнными. И по сравнению с централизованными они обладают следующими преимуществами:

• Положение дел сегодня такое, что часто периферия стоит дороже контроллера. Поэтому при проектировании АСУ уже обычно не приходится обращать внимание на стоимость ПЛК, а, следовательно, и на их количество. Чаще бывает проще и дешевле использовать два ПЛК, например, вместо одного ПЛК и модуля ввода-вывода. В то же время возможность хотя бы предварительной обработки данных непосредственно на участке, а уж тем более возможности управления вместо простого считывания входов (или установки выходов) - это существенное преимущество.
• Как известно всем разработчикам - проще решить несколько мелких задач, чем одну большую. А когда вы строите распредёлнную систему, вы именно так и поступаете - разбиваете большую АСУ на несколько маленьких, и вместо одной большой и сложной АСУ проектируете несколько простых. Это особенно удобно, когда над проектом работает команда разработчиков.
• Повышение живучести системы. Если в централизованной системе накрылся центральный процессор, то всей системе кердык. В распределённой же системе даже если выйдет из строя центральный процессор, то автономные участки продолжат работать в автомате. Если же выйдет из строя контроллер какого-либо участка, то отряд вообще может не заметить потери бойца.

Недостатком же такой системы можно считать только электрическую часть. Дело в том, что довольно часто производства, которые изначально не были спроектированы под децентрализованную автоматизацию, электрически управляются из одного места. То есть все электрические шкафы и пускатели, как правило, расположены в одном помещении. В таком случае децентрализация по управлению не имеет особого смысла, так как физически вся электрика всё равно управляется из одного помещения. Здесь можно говорить лишь о децентрализации сбора данных.

А единственный смысл децентрализации по управлению - разбиение большой задачи на несколько маленьких. Хотя и это во многих случаях может оказаться решающим фактором. Я, например, делал распределённые АСУ из нескольких ПЛК, которые размещались в одном шкафу. Смысл в этом тоже есть, когда большую задачу можно разбить на несколько небольших и относительно самостоятельных. В этом случае сокращается время на разработку. Кроме того, можно решить основную задачу и запустить производство. А остальные ПЛК добавлять уже в ходе работы.

Но если производство проектируется с нуля, и сразу предусматривает автоматизацию, то здесь автоматчики должны работать в связке с электриками и уже проектировать электрику таким образом, чтобы сэкономить максимальное количество кабелей и не тянуть их все в одну щитовую со всех концов производства.

Ну и в конце подведём итоги и попробуем понять основные причины появления децентрализованных систем:

• Снижение стоимости контроллеров.
• Более простая архитектура и реализация отдельных функций распределённых систем по сравнению с централизованными
• Необходимость управлять некоторыми функциями на месте, а не с центрального рабочего места оператора
• Постоянный рост цен на кабельную продукцию
• Слишком большое энергопотребление централизованных систем, что вынуждало выделять для них отдельное охлаждаемое помещение
• Необходимость совместного использования дорогостоящего периферийного оборудования
• Возможность создания модульной архитектуры, где типовые модули АСУ, созданные один раз, могут повторно использоваться в других системах, снижая стоимость их разработки
• Возможность быстрого внедрения АСУ с основными функциями, и дополнение её новыми модулями уже в ходе работы

Ну вот как-то так. Подписывайтесь на новости (кнопка вверху справа), чтобы ничего не пропустить.