Priemyselné riadiace systémy (PRS) je pojem, ktorý sa používa na opis rôznych typov riadiacich systémov zahŕňajúcich zariadenia na prevádzku a automatizáciu priemyselných procesov. Riadiace systémy umožňujú operátorom monitorovať a riadiť priemyselné procesy vrátane procesov v ropnom, plynárenskom, výrobnom, chemickom a inom priemysle, kde je potreba automatizácie. Medzi základné typy riadiacich systémov patria:
Programovateľné riadiace systémy (angl. Programmable Logic Controllers, PLC) sú relatívne malé programovateľné počítače používané na automatizáciu a riadenie elektromechanických procesov. PLC boli navrhnuté tak, aby nahradili systémy založené na relé. Sú spoľahlivé aj v náročných priemyselných podmienkach, odolné proti prachu, vibráciám, častým a náhlym zmenám okolitej teploty a vlhkosti. Na programovanie sa používa rebríková logika, hoci sú k dispozícii aj ďalšie možnosti ako štruktúrovaný text, postupnosť inštrukcií a diagram funkčných blokov. Klasické PLC programovacie jazyky nemusia vždy stačiť, a preto sa riadiace algoritmy vyvíjajú aj v C++. PLC majú integrované rozhrania, resp. ovládače, ktoré im umožňujú komunikovať medzi viacerými PLC, V/V, HMI a SCADA. Rýchlosť spracovania programu je na vysokej úrovni, ale často sú obmedzené pamäťou. Väčšina PLC je modulárna, čo umožňuje používateľovi pridať viacero funkcií vrátane diskrétneho, V/V, PID či analógového riadenia, logických operácií, časovania, počítania, aritmetiky, riadenia polohy a motora aj spracovania údajov. PLC sú veľmi univerzálne a ich konfigurácia môže byť upravená v závislosti od požiadaviek riadeného objektu; používajú sa hlavne v menších projektoch automatizácie a na jednoduché operácie, ktoré nevyžadujú časté zmeny.
Programovateľné automatizačné systémy (angl. Programmable Automation Controllers, PAC) rozširujú funkčné schopnosti tradičných PLC. PAC sú viacprocesorové zariadenia vybavené schopnosťou spracúvania viacerých úloh súčasne s cieľom riadenia a automatizácie rôznych zariadení. Sú navrhnuté s používateľsky prívetivou hardvérovou a softvérovou architektúrou, ktorú IT programátori ľahšie ovládajú. Možno ich programovať vo viacerých jazykoch zvyčajne sústredených okolo programovacieho štandardu IEC61131-3. Bežne sú súčasťou otvorenej modulárnej architektúry zameranej na komunikáciu, monitorovanie a riadenie viacerých zariadení a sietí. PAC ponúkajú veľmi rýchle CPU spracovanie a obsahujú veľké objemy použiteľnej pamäte. Ide teda o akúsi kombináciu PC a PLC. Poskytujú pokročilé radiace algoritmy a simuláciu komplexného procesu a majú zabudované viaceré funkcie, ako sú údajové USB porty, kvalitná LCD obrazovka ako lepšie používateľské rozhranie a webový server na zobrazenie denníka systémových údajov.
Priemyselné počítače (angl. Industrial PCs, IPC) sú počítače vyrobené na spoľahlivé fungovanie v priemyselnom prostredí. S menšími komponentmi už IPC nevyzerá ako stolný počítač, ale je navrhnutý na montáž na DIN lištu alebo stojan, čo rozširuje jeho aplikačný priestor. Maximálna kapacita spracovania a možnosti komunikácie a ukladania údajov sú bezkonkurenčné v porovnaní s PLC alebo PAC. IPC majú často vysoké počty analógových V/V a zvyčajne ponúkajú vyššiu úroveň matematických a pokročilých funkcií riadenia PID. Vďaka rozšíreným funkciám zberu údajov a rozsiahlym možnostiam komunikácie sú aplikácie IPC vhodné na distribuovaný zber údajov a riadenie.
Distribuované riadiace systémy (angl. Distributed Control Systems, DCS) sú rozsiahle procesné systémy riadenia (angl. Process Control Systems, PCS), ktoré umožňujú riadenie veľkých technologických zariadení. DCS je systém snímačov, regulátorov a pridružených počítačov, ktoré sú distribuované v celom závode. Každý z týchto prvkov slúži na jedinečný cieľ, ako je získavanie údajov, riadenie procesov, ukladanie údajov a grafické zobrazovanie. Tieto prvky komunikujú s centralizovaným počítačom prostredníctvom miestnej siete závodu. DCS sleduje priemyselné procesy a na základe nich robí automatizované rozhodnutia v reálnom čase pomocou výrobných trendov, ktoré systém zaznamenáva v celom závode. Zatiaľ čo PLC môže upravovať prevádzku jednej jednotky, DCS upravuje prevádzku viacerých zariadení naraz.
Systém nadradeného riadenia a zberu dát (angl. Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA) je softvér umožňujúci monitorovanie, riadenie a archiváciu udalostí riadeného procesu. Primárnym cieľom použitia SCADA je však monitorovanie procesu na diaľku a jednoduché operácie, ako je napr. otváranie ventilu. Tieto systémy sa skladajú zo zariadení ako PLC alebo iných komerčných HW modulov, ktoré sú distribuované na rôznych miestach. Implementácia systému SCADA má niekoľko výhod vrátane efektívneho spracovania informácií a zhromažďovania, spracovania a monitorovania údajov v reálnom čase. Systém obsahuje rozhranie človek – stroj, ktoré umožňuje priamu interakciu so snímačmi, ventilmi, čerpadlami a inými komponentmi.
Aj riadiaci systém potrebuje spolupracovníkov
Inteligentné elektronické zariadenia (angl. Intelligent Electronic Devices, IED) sú zariadenia, ktoré sa pridávajú do priemyselných riadiacich systémov na pokročilú automatizáciu výkonu. IED sú súčasťou regulácie výkonu používanej v mnohých priemyselných procesoch, ako sú ističe riadiacich obvodov, spínače kondenzátorov a regulátory napätia. Jedným z príkladov implementácie sú IED na hlásenie porúch napájania. Tieto elektronické zariadenia komunikujú prostredníctvom niekoľkých protokolov, napríklad prostredníctvom ethernetu alebo priemyselnej zbernice.
Rozhranie človek – stroj (angl. Human Machine Interface, HMI) je HW/SW na vizualizáciu technologického procesu. HMI poskytuje operátorovi technologického zariadenia podrobné schémy, konkrétne snímače, ďalej informácie o riadení technológií a o trendoch a diagnostické údaje.
Vplyv Priemyslu 4.0
S rýchlo sa rozvíjajúcim Priemyslom 4.0 sú výrobcovia PRS nútení zdôrazňovať integráciu funkcií riadiaceho systému, ako je vzdialený prístup, monitorovanie stavu, vzdialená diagnostika, bezdrôtové pripojenie atď. Vývoj riadiacich systémov preto hrá kľúčovú úlohu pri zavádzaní štvrtej priemyselnej revolúcie.
Jedným z trendov, ktorý sa dostáva do popredia v Priemysle 4.0, je presun do cloudu IIoT. Tradične sa údaje zhromaždené z priemyselných snímačov posúvajú z priemyselných riadiacich systémov, napr. PLC, do SCADA na analýzu, pričom medzi nimi je ešte niekoľko vrstiev. Cloud IIoT to všetko otvára a znižuje množstvo vrstiev od zaznamenávania údajov po inteligenciu, ktorú možno využiť. Používanie cloudu IIoT nielen zefektívňuje tok údajov, ale pretože priemyselní operátori môžu využívať verejnú cloudovú infraštruktúru, je to tiež nákladovo oveľa efektívnejšia možnosť ukladania, spracovania a analýzy údajov ako predchádzajúce dátové nástroje.
Ďalšou veľkou výhodou je dostupnosť nástrojov umelej inteligencie a strojového učenia, ktoré podnikom pomáhajú pri reprezentácii ich veľkého dátového výstupu. Na svetovom trhu sa objavujú prvé PLC, ktoré umožňujú spracovanie údajov a použitie algoritmov strojového učenia. Použitím tejto metódy môžu aplikácie reagovať oveľa pružnejšie a presnejšie na neočakávané situácie a dokážu automaticky reagovať v priebehu programu bez zásahu ľudského faktora.
EtherCAT® je „voľba inžinierov“ na pripojenie zariadení v reálnom čase, pretože ponúka presnosť na nanosekundy a zároveň minimalizuje zaťaženie hlavného procesora. Topológia siete odstraňuje potrebu rozbočovačov a prepínačov, čím sa odstraňujú obmedzenia, ktoré môžu mať iné priemyselné riešenia ako ethernet, a zároveň sa skutočne uľahčí správa siete. Z týchto dôvodov sa EtherCAT® teraz používa v širokej škále priemyselných aplikácií vrátane robotiky, automatizovanej montáže a rôznych riadiacich systémov.
Slovenský trh ponúka priemyselné riadiace systémy od renomovaných výrobcov či dodávateľov. Pri výbere riadiaceho systému existujú kritériá, na ktoré treba pri výbere myslieť, pričom výberový proces sa začína aplikáciou. Je dobré nájsť si na výber správneho typu PRS pre danú aplikáciu dostatok času, čo povedie k vhodnému a menej nákladnému riešeniu.
Zdroje
[1] Payne, J.: How to choose the best controller for each application. Control Engineering. [online]. Publikované 5. 1. 2017. Citované 10. 6. 2020. Dostupné na: https://www.controleng.com/articles/how-to-choose-the-best-controller-for-each-application/.
[2] Types of Industrial Control Systems. Thomas Industry. [online]. Citované 10. 6. 2020. Dostupné na: https://www.thomasnet.com/articles/instruments-controls/types-of-industrial-control-systems/.
[3] Davison, S.: Industry 4.0. DevIQ. [online]. Citované 10. 6. 2020. Dostupné na: https://deviq.io/resources/articles/how-industry-40-is-transitioning-from-traditional-plcscada-to-new-cloud-iiot/.
