เดินเข้าไปในห้องควบคุมที่เพิ่งเสร็จสิ้นการย้ายระบบควบคุมแบบกระจาย และภาพเดียวกันนี้มักจะปรากฏขึ้น: การแสดงแนวโน้มที่ชัดเจน นักประวัติศาสตร์หนึ่งราย รายการสัญญาณเตือนหนึ่งรายการ และวิศวกรทดสอบการใช้งานยอมรับอย่างเงียบๆ ว่าสามลูปยังคงตามล่าอยู่สองเปอร์เซ็นต์ ตู้ไม่ค่อยมีปัญหา ชั้นสนามคือ ดีซีเอส จะถูกตัดสินจากสิ่งที่เครื่องส่งสัญญาณที่ก๊อกน้ำรายงานจริง และโดยระยะที่วาล์วควบคุมเคลื่อนที่จริง ๆ เมื่อได้รับคำสั่งให้เคลื่อนที่
ระบบควบคุมแบบกระจายจริงๆ แล้วคืออะไร
ระบบควบคุมแบบกระจายคือเครือข่ายของผู้ควบคุมกระบวนการ ซึ่งแต่ละรายเป็นเจ้าของพื้นที่โรงงานที่กำหนดไว้ ซึ่งใช้สถานีปฏิบัติงาน เครื่องมือทางวิศวกรรม และนักประวัติศาสตร์ร่วมกันบนแกนหลักการสื่อสารเดียว
คำว่ากระจายหมายถึงการควบคุม ไม่ใช่การจัดการ แทนที่จะใช้คอมพิวเตอร์เครื่องเดียวพยายามเรียกใช้ทั่วทั้งไซต์งาน DCS จะแบ่งกระบวนการออกเป็นหน่วยต่างๆ เช่น โรงต้มน้ำ รางเครื่องปฏิกรณ์ หรือท่อจ่ายน้ำประปา และให้แต่ละหน่วยมีตัวควบคุมของตัวเอง หากตัวควบคุมตัวใดตัวหนึ่งล้มเหลว โรงงานที่เหลือก็จะผลิตต่อไป
การบรรจุดังกล่าวอธิบายว่าทำไมโรงงานต่อเนื่องที่มีลูปอะนาล็อกหลายร้อยลูปจึงสร้างมาตรฐานบน DCS แทนที่จะเป็นบนชั้นวางตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ขนาดใหญ่เพียงตัวเดียว โดยทั่วไปวงจรการควบคุมจะทำงานระหว่าง 100 มิลลิวินาทีถึงหนึ่งวินาที และความซ้ำซ้อนจะถูกสร้างขึ้นในตัวควบคุม อุปกรณ์จ่ายไฟ และเครือข่าย
ฐานข้อมูลแท็กเดียวคือตัวสร้างความแตกต่างที่แท้จริง ในโรงงานที่ประกอบจาก บมจ ที่แยกจากกันและชั้นควบคุมแบบโฮมเมด การวัดหนึ่งครั้งมักจะเกิดขึ้นสามครั้งภายใต้ชื่อสามชื่อ โดยมีสามช่วงและขีดจำกัดการแจ้งเตือนสามระดับ ใน DCS แท็กจะถูกกำหนดเพียงครั้งเดียวและสืบทอดมาจากทุกที่
สี่ชั้นและสิ่งที่แต่ละคนเป็นเจ้าของ
ไม่ว่าแบรนด์ใดก็ตามจะทาสีบนตู้ DCS จะถูกจัดแบ่งออกเป็นสี่ชั้น ได้แก่ ภาคสนาม การควบคุม การควบคุมดูแล และองค์กร การรู้ว่าเลเยอร์ใดเป็นเจ้าของการตัดสินใจใดจะทำให้การแก้ไขปัญหาสั้นลงจากวันเหลือเป็นชั่วโมง
| เลเยอร์ | อุปกรณ์ทั่วไป | สัญญาณหรือโปรโตคอล | จุดเสียที่พบเห็นบ่อยที่สุด |
| สนาม | เครื่องส่ง ตัวกำหนดตำแหน่ง โซลินอยด์ ลิมิตสวิตช์ มิเตอร์วัดการไหล | 4-20 มิลลิแอมป์, ฮาร์ท, RTD และเทอร์โมคัปเปิล | เส้นอิมพัลส์, การต่อสายดิน, การซึมผ่านของความชื้น |
| การควบคุม | การควบคุมlers, I/O cards, marshalling cabinets, power supplies | สนามbus, controller backplane | ฟีดพลังงานเดียว, เฟิร์มแวร์ไม่ตรงกัน, ฝุ่น |
| การกำกับดูแล | สถานีปฏิบัติงาน สถานีวิศวกรรม นักประวัติศาสตร์ เซิร์ฟเวอร์แจ้งเตือน | อีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรม, OPC | การออกแบบเครือข่ายแบบแบน การซิงโครไนซ์เวลาที่ขาดหายไป |
| องค์กร | MES, ERP และเครื่องมือการรายงาน | OPC UA, SQL | ไม่สามารถควบคุมการเขียนกลับไปยังเลเยอร์ควบคุม |
รูปแบบมีความสอดคล้อง: เลเยอร์ที่ถูกที่สุดทำให้เกิดการหยุดทำงานที่ยาวนานที่สุด เครื่องส่งที่มีเส้นอิมพัลส์ลาดไปผิดทางจะสร้างการแจ้งเตือนที่น่ารำคาญมากกว่าข้อผิดพลาดในการกำหนดค่าใดๆ และจะทำเช่นนั้นต่อไปเป็นเวลาสิบห้าปี
DCS, PLC หรือ สกาด้า: การเลือกตามจำนวนลูปและผลที่ตามมา
ใช้ PLC สำหรับการจัดลำดับเครื่องจักรที่รวดเร็ว, SCADA สำหรับสินทรัพย์ที่กระจายไปทั่วสถานที่ต่างๆ และใช้ DCS เมื่อไซต์หนึ่งรันลูปอะนาล็อกแบบโต้ตอบที่ต่อเนื่องหลายร้อยรายการ ทั้งสามสิ่งทับซ้อนกัน และผู้ขายทุกรายอ้างว่าแพลตฟอร์มทำทุกอย่าง ดังนั้นให้ตัดสินใจเกี่ยวกับความเป็นจริงทางวิศวกรรมมากกว่าหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์
PLC
- จุด I/O นับสิบถึงสองสามร้อยจุด
- เวลาในการสแกน 1 ถึง 20 ms
- ดีที่สุดสำหรับการจัดลำดับเครื่องจักรและอินเตอร์ล็อค
DCS
- คะแนนหลักร้อยถึงหลักหมื่น
- รอบการควบคุม 100 ms ถึง 1 วินาที
- เหมาะสำหรับพืชต่อเนื่องที่มีหลายห่วง
SCADA
- ไซต์ระยะไกลหลายแห่งผ่านระบบโทรมาตร
- เวลาในการสแกนวัดเป็นวินาที
- ดีที่สุดสำหรับเครือข่ายน้ำและท่อส่งน้ำ
เลเยอร์ฟิลด์จะตัดสินใจประสิทธิภาพของลูป
ไม่มีอัลกอริธึมการควบคุมใดที่สามารถกู้คืนความแม่นยำที่อุปกรณ์ภาคสนามไม่เคยส่งมอบได้ ลูปคือสายโซ่ และ DCS เป็นเจ้าของลิงก์เดียวเท่านั้น: ตัวควบคุม ทุกสิ่งทุกอย่างอยู่ในโรงงาน ซึ่งต้องเผชิญกับความร้อน แรงสั่นสะเทือน ความชื้น และของเหลวในกระบวนการ
- การเลือกเซ็นเซอร์และตัวส่งสัญญาณ: ช่วง ระดับความแม่นยำ และวัสดุที่เปียกจะตั้งค่าข้อผิดพลาดของลูปที่ทำได้ก่อนเริ่มการปรับแต่ง
- คุณภาพการติดตั้ง: ความลาดเอียงของเส้นอิมพัลส์ หม้อควบแน่น ความลึกเทอร์โมเวลล์ และการเดินสายเคเบิล
- ขนาดองค์ประกอบสุดท้าย: วาล์ว Cv, แรงบิดของแอคชูเอเตอร์, เวลาระยะชัก และทิศทางป้องกันความผิดพลาด
- อุปกรณ์เสริม: ตัวกำหนดตำแหน่ง ลิมิตสวิตช์ โซลินอยด์ และตัวควบคุมตัวกรองจะตัดสินว่าสัญญาณจะเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำเพียงใด
- ความสมบูรณ์ของสัญญาณ: การชีลด์ การต่อสายดิน และการแยกทางกายภาพจากสายเคเบิลของไดรฟ์ความถี่แบบแปรผัน
เครื่องส่งที่รองรับ HART หรือโปรโตคอลดิจิตอลอื่นๆ ให้ค่า 4-20 mA มากกว่าค่าเดียว โดยจะรายงานการเคลื่อนตัวของเซ็นเซอร์ อุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์ และการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่า ซึ่งจะทำให้การสอบเทียบทั่วทั้งโรงงานกลายเป็นงานเป้าหมาย
เครื่องส่งสัญญาณความดันอัจฉริยะ FvLuoky FDP3000 พร้อมเอาต์พุต HART เครื่องส่งสัญญาณแรงดันที่ใช้ HART สำหรับลูป 4-20 mA รองรับการตรวจสอบการกำหนดค่าดิจิทัลด้วยการตรวจจับซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ ดูผลิตภัณฑ์ → ตรรกะเดียวกันนี้ใช้กับองค์ประกอบสุดท้าย ตัวกำหนดตำแหน่งที่รายงานการเดินทางจริงมากกว่าสัญญาณที่ได้รับคำสั่งจะทำให้มองเห็นแท่งได้ก่อนที่จะกลายเป็นส่วนเบี่ยงเบนด้านคุณภาพ ซัพพลายเออร์เช่น กลุ่มวาทเทนวาล์ว ประกอบวาล์ว แอคทูเอเตอร์ ตัวกำหนดตำแหน่ง และทรานสมิตเตอร์ไว้ในชุดสนามชุดเดียว ซึ่งสำคัญเมื่อต้องซ่อมแซมลูปหนึ่งครั้งแทนที่จะเป็นสี่ครั้ง
VATTEN ตัวกำหนดตำแหน่งวาล์วอัจฉริยะเพื่อการควบคุมวาล์วที่แม่นยำ ตัวกำหนดตำแหน่งแบบอะนาล็อก 4-20 mA ที่ปรับความดันอากาศของแอคชูเอเตอร์ รองรับการวางตำแหน่งวาล์วที่มั่นคงในการควบคุมการไหลและกระบวนการ ดูผลิตภัณฑ์ → องค์ประกอบการควบคุมขั้นสุดท้าย: สิ่งที่ DCS ทำได้และไม่สามารถแก้ไขได้
วาล์วควบคุมเป็นอุปกรณ์ทางกลที่มีแรงเสียดทาน เดดแบนด์ และฮิสเทรีซิส และคุณสมบัติเหล่านั้นกำหนดเพดานสำหรับการฝึกปรับแต่ละครั้งที่ตามมา
แอคทูเอเตอร์แบบสปริงกลับแบบนิวแมติกยังคงเป็นค่าเริ่มต้นสำหรับงานป้องกันความผิดพลาด เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานในการไปถึงตำแหน่งที่ปลอดภัย แอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าเพิ่มตำแหน่งที่แม่นยำ ข้อมูลย้อนกลับขณะเดินทาง และการวินิจฉัย และกำจัดอากาศในเครื่องมือเป็นโหมดความล้มเหลว ซึ่งเหมาะกับน้ำ น้ำเสีย และไซต์งานระยะไกล
การกำหนดขนาดได้รับความสนใจน้อยกว่าที่ควรจะเป็น วาล์วขนาดใหญ่ทำงานใกล้กับเบาะนั่ง ซึ่งลักษณะการติดตั้งมีความชันและการควบคุมไม่ดี วาล์วขนาดเล็กไม่สามารถผ่านการออกแบบได้ ข้อผิดพลาดทั้งสองประการยังคงอยู่ได้จากการว่าจ้างเนื่องจากถือว่ายอมรับได้ที่จุดออกแบบ
วาล์วควบคุมอัจฉริยะไฟฟ้า VATTEN พร้อมแอคชูเอเตอร์อัจฉริยะ วาล์วควบคุมไฟฟ้าที่มีการควบคุมแบบอะนาล็อก 4-20 mA และการปรับระยะชักเชิงเส้นเพื่อการควบคุมที่แม่นยำในบริการของเหลวและก๊าซ ดูผลิตภัณฑ์ → แนวทางปฏิบัติในการว่าจ้างที่ป้องกันปัญหาลูป
ข้อบกพร่องของลูปส่วนใหญ่ที่ปรากฏในสัปดาห์แรกของการผลิตสามารถมองเห็นได้ในระหว่างการทดสอบการใช้งาน และยังคงได้รับการลงนามแล้ว การทดสอบการใช้งาน DCS ไม่ใช่งานซอฟต์แวร์เป็นหลัก เป็นข้อตกลงระหว่างภาคสนามและห้องควบคุมเกี่ยวกับสิ่งที่ติดตั้งทางกายภาพ
- การตรวจสอบแบบวนซ้ำที่ตู้ควบคุม: ส่งสัญญาณที่เทอร์มินัลภาคสนาม และยืนยันค่าบนหน้าจอของผู้ปฏิบัติงาน ไม่ใช่ย้อนกลับ
- ทดสอบระยะชักของวาล์วทุกตัวด้วยลมและกำลังในขณะที่ท่อยังว่างอยู่ และยืนยันทิศทางที่ปลอดภัยเมื่อเกิดเหตุขัดข้อง
- ตรวจสอบข้อเสนอแนะของผู้กำหนดตำแหน่ง: ช่วงระยะเคลื่อนที่ ช่วงศูนย์และช่วงแยกต้องตรงกับระยะชักที่สร้างขึ้น ไม่ใช่ในเอกสารข้อมูล
- ปรับเทียบกับกระบวนการจริง เนื่องจากการตั้งค่าที่พบในน้ำแทบจะไม่สามารถถ่ายโอนไปยังสารละลายที่มีความหนืดได้
- หยุดเอกสารประกอบ: แผ่นวนซ้ำที่อัปเดตและรายการแท็กจะหยุดโปรเจ็กต์ถัดไปไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดเดิมซ้ำ
ในกรณีที่ DCS จ่ายเงินคืน
ผลตอบแทนจาก DCS นั้นมากที่สุดในกระบวนการต่อเนื่องที่มีการโต้ตอบหลายลูปและการหยุดทำงานที่มีราคาแพง
- เคมีภัณฑ์และปิโตรเคมีซึ่งมีการโต้ตอบของลูปและการเปลี่ยนแปลงเกรดบ่อยครั้ง
- การผลิตไฟฟ้า โดยที่การควบคุมหม้อไอน้ำและกังหันใช้สภาพแวดล้อมของผู้ปฏิบัติงานร่วมกัน
- น้ำและน้ำเสีย โดยที่พื้นที่กระจายรายงานไปยังห้องควบคุมหนึ่งห้อง
- เภสัชภัณฑ์ ซึ่งบันทึกชุดงานขึ้นอยู่กับข้อมูลที่สอดคล้องกัน
- วัสดุแบตเตอรี่ซึ่งมีการจัดการสารละลายและตัวทำละลายจะลงโทษฮาร์ดแวร์สนามที่อ่อนแอ
อุตสาหกรรมเหล่านี้มีลักษณะสองประการร่วมกัน ได้แก่ กระบวนการดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง และการปิดระบบมีค่าใช้จ่ายมากกว่าระบบควบคุม ฮาร์ดแวร์ภาคสนามจะต้องอยู่ในสภาพเดียวกัน ดังนั้นวัสดุ ระดับการซีล และการป้องกันแอคชูเอเตอร์จะถูกระบุเป็นเวลานานก่อนที่กราฟิกจะเสร็จสิ้น ล่าสุด กรณีศึกษาการซิงโครไนซ์วาล์วจ่ายกับการขยายโรงงาน แสดงให้เห็นว่าความเสี่ยงด้านกำหนดการอยู่ในแพ็คเกจภาคสนามมากกว่าในซอฟต์แวร์ห้องควบคุม
คำถามที่พบบ่อย
DCS เหมือนกับ SCADA หรือไม่
ไม่ SCADA รวบรวมและแสดงข้อมูลบนพื้นที่กว้าง มักจะมาจากไซต์ระยะไกลและไร้คนควบคุม และมักจะขึ้นอยู่กับ PLC หรือ RTU ในพื้นที่เพื่อการควบคุม DCS ดำเนินการควบคุมวงปิดด้วยตัวมันเอง โดยมีอินเทอร์เฟซผู้ควบคุมเป็นส่วนหนึ่งของระบบรวมเดียวกัน
มีจุด I/O กี่จุดที่สามารถจัด DCS แทนที่จะเป็น PLC ได้
ไม่มีเกณฑ์ตายตัว แต่การเปลี่ยนแปลงทางเศรษฐกิจเมื่อไซต์เดียวมีลูปอะนาล็อกต่อเนื่องหลายร้อยลูป เมื่อจำเป็นต้องมีการสำรอง หรือเมื่อหลายยูนิตต้องใช้ปรัชญาการเตือนเดียวและฐานข้อมูลเชิงประวัติหนึ่งฐานข้อมูล หากต่ำกว่าระดับนั้น การใช้ PLC และ SCADA ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีมักจะมีราคาถูกกว่า
DCS สามารถควบคุมวาล์วได้โดยตรงหรือไม่?
โดยจะส่งคำสั่งดิจิทัล 4-20 mA ไปยังแอคชูเอเตอร์หรือตัวกำหนดตำแหน่ง และอ่านตำแหน่งและสถานะย้อนกลับ งานทางกายภาพในการเคลื่อนย้ายปลั๊กหรือดิสก์นั้นเป็นงานเชิงกล ดังนั้นขนาดของวาล์ว คุณภาพอากาศ และแรงบิดของแอคชูเอเตอร์จะเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ ไม่ใช่ตัวควบคุม
การย้ายถิ่นของ DCS ถือเป็นความมุ่งมั่นที่มีมายาวนานนับทศวรรษ งบประมาณส่วนใหญ่ไปที่ตู้ ใบอนุญาต และชั่วโมงวิศวกรรม แต่ความเจ็บปวดจากการปฏิบัติงานส่วนใหญ่กลับมาจากภาคสนาม เช่น เครื่องส่งสัญญาณแบบดริฟท์ วาล์วที่เกาะติด อากาศในเครื่องมือมีจุดน้ำค้างผิด ออกแบบระบบควบคุมราวกับว่ามันสมบูรณ์แบบ จากนั้นใช้งบประมาณภาคสนามราวกับว่ามันไม่ใช่
