Sterowniki programowalne PLC to uniwersalne urządzenia mikroprocesorowe przeznaczone do sterowania pracą maszyny lub urządzenia technologicznego. Po raz pierwszy światu zaprezentowano je w 1970 r. na wystawie obrabiarek w Chicago. Od tej pory cieszą się dużą popularnością i są niezastąpione w wielu zastosowaniach przemysłowych. Podstawową zasadą ich działania jest praca cykliczna. Sterownik PLC wykonuje instrukcje wprowadzonego do niego programu, który zawiera szereg operacji sterujących pracą danego urządzenia. Robi to w takiej kolejności, w jakiej są one w tym programie zapisane.

Rozproszony system sterowania (DCS) oznacza natomiast system odpowiedzialny za sterowanie procesem przemysłowym i jego wizualizację. Posiada wspólną bazę danych dla sterowania i wizualizacji – w odróżnieniu do systemu zbudowanego na bazie SCADA i PLC. Koncepcja DCS po raz pierwszy została wprowadzona w 1975 r. przez japońską firmę Yokogawa, a wywodzi się z dużych aplikacji przemysłowych, w których wymagana była odpowiednio duża moc obliczeniowa, aby zagwarantować sterowanie w czasie rzeczywistym i prawidłowe prowadzenie procesu przy pomocy regulatorów analogowych.

Płynna granica

Gdyby patrzeć jedynie na parametry techniczne – mówi Marek Falkowski, business development manager w Elmark Automatyka – to różnica pomiędzy PLC a DCS powoli się zaciera. – To, co odróżnia oba te rozwiązania, to zdecydowanie funkcjonalność czy, inaczej mówiąc, typ aplikacji, jaką mają obsługiwać – dodaje Falkowski.

Szymon Kryczka, asystent menedżera produktu w Aniro, zwraca uwagę, że DCS to system wyspecjalizowany pod kątem konkretnego obiektu sterowania, a co za tym idzie, jest to rozwiązanie droższe niż bazujące na sterowniku PLC. – Systemy DCS występują w gałęziach przemysłu, w których przestoje, awarie urządzeń i maszyn generują duże straty. Sterownik PLC w połączeniu z systemem SCADA oferuje rozwiązania bardziej elastyczne i uniwersalne. Dzięki temu mogą być stosowane do różnych zadań sterowania. Łatwiejsza jest także modyfikacja i modernizacja układu opartego na sterowniku PLC w porównaniu dosystemu rozproszonego sterowania – kontynuuje Kryczka.

Sterowniki DCS, jak zauważa Zbigniew Piątek, prezes zarządu Beckhoff, zapewniają większą niezawodność systemu zarówno pod kątem sprzętowym, jak i programowym. – Zwykle jest to system bardziej zamknięty, oparty na sieci przemysłowej jednego typu. Sterowniki PLC pozwalają w tym względzie na większą dowolność – wyjaśnia Piątek.

Systemy DCS charakteryzują się obsługą dużej ilości wejść i wyjść w porównaniu do sterowników PLC. Jak przyznaje Szymon Kryczka z Aniro, wyróżnia je budowa opierająca się na jednej, zintegrowanej bazie danych, która łączy wizualizację, sterowanie oraz zbiera i udostępnia dane historyczne. – Systemy PLC i SCADA często występują jako oddzielne oprogramowanie. PLC i SCADA umożliwiają realizację procesu automatyki za stosunkowo mniejszą cenę, a co za tym idzie, stosowane są najczęściej w małych i średnich projektach – zaznacza Kryczka.

Jak zauważa Zbigniew Piątek z Beckhoff: – Sterowniki DCS zapewniają wysoki stopień zintegrowania systemu, większość elementów jest dostarczana od tego samego producenta. Z kolei klasyczne sterowniki PLC pozwalają na łączenie rozwiązań.

Jakie konkretne zastosowania znajdują sterowniki PLC, a jakie DCS? W jakich rozwiązaniach sprawdzają się one najlepiej? – Ze względu na obszerne możliwości systemów DCS oraz zintegrowaną architekturę wielu procesów, wejść/wyjść i stacji z wizualizacją systemy te są stosowane w dużych obiektach i przy procesach ciągłych – mówi Szymon Kryczka z Aniro. Jako głównych użytkowników systemów DCS wymienia zakłady chemiczne, branżę petrochemiczną, farmaceutyczną oraz przemysł energetyczny. - Systemy oparte na sterownikach PLC wykorzystywane są głównie w produkcji dyskretnej, w której można wyodrębnić poszczególne elementy w ciągu działania procesu technologicznego – kontynuuje Kryczka.

Sterowniki PLC/SCADA stosuje się w małych oczyszczalniach, przepompowniach i obrabiarkach CNC. Ponadto mogą one kontrolować także całe linie produkcyjne, np. w przetwórstwie tworzyw sztucznych i tekstyliów.

Zbigniew Piątek, prezes zarządu Beckhoff, wskazuje, że sterowniki PLC znajdują zastosowanie w mniejszych instalacjach procesów ciągłych oraz wszelkiego rodzaju przemyśle maszynowym, natomiast DCS są stosowane w znakomitej większości w dużych instalacjach przemysłowych i procesach ciągłych.

Wady i zalety

Główną przewagą sterowników PLC nad systemami DCS – jak zauważa Zbigniew Piątek – jest ich cena, popularność oraz uniwersalność zastosowań. DCS jest droższy i przy tym nieelastyczny, jeśli chodzi o rozwiązania i rozbudowę.

– Do wad systemów PLC/SCADA należy często brak integracji oprogramowania wizualizującego i sterującego oraz mniejsza niż w przypadku systemów rozproszonego sterowania intuicyjność obsługi. W przypadku tych drugich ważnymi zaletami są zintegrowana platforma programistyczna, ustandaryzowany system oraz przejrzystość prezentowanych danych – mówi Szymon Kryczka z Aniro. – Istotnymi wadami systemu DCS są cena, konieczność odnawiania licencji, a także zaimplementowania rozwiązań zwiększających cyberbezpieczeństwo, w tym użycie oprogramowania antywirusowego – dodaje.

Aktualnie dostępne na rynku DCS rozwiązania – jak podkreśla Piotr Adamczyk, specjalista ds. systemów sterowania ASTOR – to systemy, których największą zaletą jest spójność oraz szybsze programowanie i konfiguracja. – W takich systemach każdy fizyczny element systemu ma swoje odzwierciedlenie w logice sterującej przy pomocy bloku funkcyjnego, dokładnie określającego sposób sterowania elementem, stacyjce operatorskiej pozwalającej na zadawanie parametrów pracy, posiada też określony symbol graficzny, jednoznacznie identyfikujący go w warstwie wizualizacyjnej. Dzięki temu proces programowania, konfiguracji i wprowadzania zmian w systemie jest prostszy, szybszy i eliminuje możliwość popełnienia błędu – mówi Piotr Adamczyk. I dodaje, że dużą zaletą systemów DCS jest także możliwość zdalnej parametryzacji i diagnostyki urządzeń polowych z poziomu stacji operatorskich, co pozwala nimi lepiej zarządzać i szybciej je serwisować. – DCS pozwala również na automatyczny dobór nastaw regulatorów, optymalizację procesów technologicznych oraz na pełną integrację z systemem blokadowym – kontynuuje specjalista ds. systemów sterowania ASTOR.

Dalsze kierunki rozwoju

Jako główne kierunki rozwoju sterowników PLC i DCS Marek Falkowski z Elmark Automatyka wymienia superszybki elektromagnetyczny backplane, wbudowaną ochronę cybernetyczną i programowo konfigurowalne I/O.

– Aktualnie najważniejszym trendem rozwoju sterowników PLC jest dostosowanie ich do wymagań Przemysłu 4.0, poszerzanie funkcjonalności o sterowanie Motion, Vision. W przypadku DCS ciężko to określić – mówi prezes zarządu Beckhoff.

Szymon Kryczka z Aniro również zwraca uwagę na rozmywającą się współcześnie granicę między systemami PLC a DCS, a jako powód takiego stanu rzeczy wymienia m.in. zwiększanie pamięci i szybkości procesorów sterowników PLC, co w efekcie pozwala na sterowanie większą liczbą pętli regulacji. – W systemach opartych na PLC i SCADA wdrażane są także rozwiązania redundantne w celu odzwierciedlenia nadmiarowości z systemów DCS. Jednocześnie systemy DCS stają się coraz bardziej popularne także w mniej zaawansowanych szczeblach przemysłu, jak np. oczyszczalnie czy stacje uzdatniania wody, z dostosowaniem przy tym ceny do systemów PLC i SCADA. Równocześnie DCS udoskonalają sterowanie procesami technologicznymi, dodając zaawansowane metody regulacji, takie jak sterowanie adaptacyjne lub predykcyjne – wylicza Szymon Kryczka.

Rozwój systemów PLC/SCADA – co podkreśla Maciej Stopa, inżynier ds. sprzedaży COPA-DATA – jest w ostatnim czasie bardzo dynamiczny poprzez zwiększanie funkcjonalności w kierunku systemów DCS. – Otrzymujemy elastyczność stosowania i otwartość, co w wielu przypadkach będzie dużą przewagą. Bazując na systemach opartych na sterownikach PLC i oprogramowaniu SCADA, otrzymujemy zbliżone funkcjonalności, które dodatkowo pozwalają na realizację małych projektów i stopniowe rozwijanie aplikacji – tłumaczy Maciej Stopa. Jako przykłady wymienia system SCADA zenon oraz moduły zenon Load Flow Calculation (obliczanie rozpływu mocy), zenon State Estimator (estymator stanu sieci), zenon Command Sequencer (wykonywanie sekwencji poleceń), zenon Fault Location (lokalizacja zwarć), zenon Process Recorder (odtwarzanie przebiegu procesu), które należą do najważniejszych funkcji zarządzania siecią energetyczną.