ตัวควบคุมอุตสาหกรรม: ประเภท สถาปัตยกรรม และปัจจัยสำคัญในการเลือก

ลอส การควบคุมอุตสาหกรรม พวกเขากลายเป็นสมองของระบบอัตโนมัติสมัยใหม่ในโรงงานผลิตแทบทุกแห่ง ตั้งแต่โรงงานบรรจุขวดขนาดเล็กไปจนถึงโรงกลั่นหรือโรงงานผลิตรถยนต์ มีอุปกรณ์นับสิบหรือนับพันชิ้นที่วัดตัวแปร ตัดสินใจในเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาที และดำเนินการตามคำสั่งอย่างไม่หยุดยั้ง ด้วยอุปกรณ์เหล่านี้ บริษัทต่างๆ จึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพทรัพยากรทางเทคนิคและทรัพยากรบุคคล ลดข้อผิดพลาด และปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ได้สูงสุด

เมื่อไม่นานมานี้ งานส่วนใหญ่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับ... ผู้ปฏิบัติงานตรวจสอบแผงควบคุม ควบคุมวาล์ว และสตาร์ทมอเตอร์ด้วยตนเองในปัจจุบัน บทบาทดังกล่าวถูกแทนที่โดยตัวควบคุมที่สามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง สื่อสารกับอุปกรณ์อื่นๆ ผสานรวมกับระบบการจัดการ และแม้กระทั่งมีส่วนร่วมในสถาปัตยกรรมอุตสาหกรรม 4.0 การทำความเข้าใจว่าตัวควบคุมเหล่านี้คืออะไร มีประเภทใดบ้าง และจัดระเบียบอย่างไรในระบบควบคุมอุตสาหกรรมนั้นเป็นสิ่งสำคัญ หากคุณต้องการตัดสินใจด้านระบบอัตโนมัติที่ดี หรือเพียงแค่ต้องการทราบว่าอะไรอยู่เบื้องหลังโรงงานที่ทันสมัย

ตัวควบคุมอุตสาหกรรมคืออะไร และใช้ทำอะไร?

โดยพื้นฐานแล้ว ตัวควบคุมอุตสาหกรรมคือ... อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำการทำงานอัตโนมัติอย่างต่อเนื่องและน่าเชื่อถืออุปกรณ์นี้รับสัญญาณอินพุตจากเซ็นเซอร์ (อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล ตำแหน่ง ความเร็ว ฯลฯ) เปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้หรือจุดเป้าหมาย ดำเนินการตามอัลกอริธึมควบคุม และสร้างคำสั่งไปยังองค์ประกอบสุดท้าย (วาล์ว มอเตอร์ คอนแทคเตอร์ กระบอกสูบลม ตัวต้านทาน หุ่นยนต์…)

จุดประสงค์หลักของอุปกรณ์เหล่านี้คือ เพิ่มประสิทธิภาพการผลิต: ปรับปรุงเวลาในการผลิต ลดอัตราความล้มเหลว และช่วยให้การดำเนินงานไม่จำเป็นต้องมีบุคลากรประจำอยู่ตลอดเวลาแม้ในพื้นที่อันตรายหรือเข้าถึงยาก แทนที่จะต้องพึ่งพาการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องจากผู้ปฏิบัติงาน ตัวควบคุมจะดำเนินการตามตรรกะของตนเองโดยอัตโนมัติ บันทึกข้อมูล ตรวจจับความผิดปกติ และดำเนินการทันที

ภายใต้พื้นผิวแล้ว พวกมันทั้งหมดมีหลักการทำงานเดียวกัน: พวกเขาวัดตัวแปรของกระบวนการโดยใช้เซ็นเซอร์ ส่งข้อมูลนั้นไปยังหน่วยประมวลผล และปรับเอาต์พุตเพื่อให้ผลลัพธ์ที่ได้ใกล้เคียงกับค่าที่ต้องการมากขึ้นในหลายกรณี การควบคุมจะทำได้โดยใช้อัลกอริธึมแบบสัดส่วน อินทิกรัล หรืออนุพันธ์ (PID) ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างละเอียดและเสถียร

นอกเหนือจากการออกคำสั่งแล้ว ตัวควบคุมสมัยใหม่ยังสามารถทำอะไรได้อีกหลายอย่าง ระบบจะรวบรวมสถิติที่สำคัญต่างๆ เช่น เวลาในการประมวลผล จำนวนรอบการทำงาน ประเภทของความล้มเหลว การหยุดทำงาน สัญญาณเตือน หรือการใช้พลังงานข้อมูลนี้ใช้ในการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการผลิต คำนวณผลกำไรของสายการผลิตเฉพาะ วางแผนการบำรุงรักษา หรือตัดสินใจเกี่ยวกับการลงทุน

ในโรงงานสมัยใหม่ส่วนใหญ่ ตัวควบคุมอุตสาหกรรมไม่ได้ทำงานอย่างโดดเดี่ยว แต่ทำงานร่วมกัน ระบบเหล่านี้ถูกบูรณาการเข้ากับเครือข่ายต่างๆ เช่น ระบบควบคุมและเก็บรวบรวมข้อมูล (SCADA), ระบบจัดเก็บข้อมูลประวัติ, MES และแม้แต่ระบบ ERPสิ่งนี้ช่วยให้วิศวกรหรือผู้จัดการฝ่ายผลิตสามารถดูสถานะของสายการผลิตหุ่นยนต์ ปริมาณการผลิตในแต่ละกะ หรือสัญญาณเตือนที่กำลังทำงานอยู่บนหน้าจอได้ แม้ว่าพวกเขาจะอยู่ห่างออกไปหลายร้อยกิโลเมตรก็ตาม

ประเภทของตัวควบคุมอุตสาหกรรมตามวัตถุประสงค์การควบคุม

วิธีการจำแนกประเภทตัวควบคุมอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมคือโดย... ประเภทของอุปกรณ์หรือตัวแปรที่พวกเขาควบคุมโดยตรงด้วยแนวทางนี้ เราสามารถค้นพบกลุ่มทั่วไปหลายกลุ่มในพืชได้

ก่อนอื่นมี ตัวควบคุมมอเตอร์แบบทางเดียวมอเตอร์เหล่านี้ทำหน้าที่ควบคุมการเริ่มต้น การหยุด และในหลายกรณี การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ที่หมุนไปในทิศทางเดียวกันเสมอ ตัวอย่างเช่น ใช้ในปั๊มเพิ่มแรงดัน พัดลม หรือสายพานลำเลียงแบบง่ายๆ ที่ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทางการหมุน

เราพบว่า... อยู่ใกล้กับพวกเขามาก ตัวควบคุมมอเตอร์แบบสองทิศทางมอเตอร์เหล่านี้สามารถทำงานได้ในลักษณะเดียวกันกับมอเตอร์ทั่วไป แต่ยังสามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนได้ด้วย โดยทั่วไปจะพบได้ในเครนเหนือศีรษะ ลิฟต์ เซอร์โวควบคุมตำแหน่งเชิงเส้น หรือระบบใดๆ ที่แกนกลไกต้องเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและข้างหลัง

อีกกลุ่มสำคัญหนึ่งประกอบด้วย ตัวควบคุมระบบนิวแมติกอุปกรณ์เหล่านี้ใช้ในระบบที่ตัวขับเคลื่อนหลักคือกระบอกสูบหรือวาล์วแบบใช้ลม โดยการควบคุมแรงดันและอัตราการไหลของอากาศ ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วและแม่นยำซ้ำได้ ด้วยอัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพที่ดี มักพบได้ในสายการประกอบ การบรรจุภัณฑ์ หรือการขนย้ายสิ่งของขนาดเล็ก

ในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความแข็งแรงสูงและการควบคุมที่แม่นยำ ปัจจัยต่อไปนี้จึงมีความสำคัญ: ตัวควบคุมไฮดรอลิกด้วยการควบคุมแรงดันและการไหลของน้ำมัน พวกเขาจึงสามารถควบคุมเครื่องอัด เครื่องยก แอคชูเอเตอร์เชิงเส้นกำลังสูง และระบบยกของอุตสาหกรรมได้ หลักการคล้ายกับระบบนิวแมติก แต่ใช้ของเหลวที่แทบจะบีอัดไม่ได้ ซึ่งให้ความแม่นยำมากขึ้นภายใต้ภาระสูง

เหนือตัวควบคุมที่ "เฉพาะทาง" เหล่านี้ขึ้นไปคือ PLC (ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้)ตัวควบคุมอเนกประสงค์อย่างแท้จริง แม้ว่าเราจะมาดูรายละเอียดกันในภายหลัง แต่ในการจัดประเภทตามวัตถุประสงค์การควบคุมนั้น ตัวควบคุมเหล่านี้สามารถถือได้ว่าเป็นตัวควบคุมอเนกประสงค์ เนื่องจากสามารถควบคุมมอเตอร์ วาล์วลมและไฮดรอลิก และอุปกรณ์ภาคสนามทุกชนิดได้พร้อมกัน

การควบคุมแบบวงเปิดและวงปิด

อีกวิธีหนึ่งในการจำแนกประเภทคอนโทรลเลอร์คือตาม พวกเขาใช้ข้อมูลผลลัพธ์อย่างไรในการตัดสินใจในที่นี้ สามารถแบ่งตัวควบคุมออกเป็นสองกลุ่มหลัก ได้แก่ ตัวควบคุมแบบวงเปิด และตัวควบคุมแบบวงปิด

Un ตัวควบคุมแบบวงเปิด ระบบนี้ทำงานโดยอาศัยสัญญาณอินพุตและตรรกะที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเท่านั้น โดยไม่คำนึงถึงการตอบสนองที่แท้จริงของระบบ ตัวอย่างเช่น การเปิดใช้งานสายพานลำเลียงเป็นเวลา 10 วินาทีในช่วงเวลาปกติ โดยไม่วัดว่าโหลดเคลื่อนที่ไปตามที่คาดไว้หรือไม่ วิธีการนี้เรียบง่ายและราคาไม่แพง แต่ไม่สามารถชดเชยความผิดปกติหรือความผันแปรในกระบวนการได้

แต่ก ตัวควบคุมแบบวงปิด ระบบควบคุมจะเปรียบเทียบค่าที่ได้จริงกับค่าที่ต้องการ (ค่าที่ตั้งไว้) อย่างต่อเนื่อง และปรับคำสั่งเพื่อลดข้อผิดพลาด ตัวอย่างทั่วไปคือการควบคุมอุณหภูมิในเตาอบ: ตัวควบคุมจะวัดอุณหภูมิ เปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้ และปรับกำลังขององค์ประกอบความร้อนหรือการเปิดวาล์วแก๊สเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิเป้าหมาย

ในระบบควบคุมแบบวงปิด มีหลายประเภทที่โดดเด่นและใช้งานกันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

ลอส ตัวควบคุมแบบสัดส่วน อุปกรณ์เหล่านี้ปรับสัญญาณเอาต์พุตโดยตรงตามค่าความคลาดเคลื่อน: ยิ่งความแตกต่างระหว่างตัวแปรที่วัดได้กับค่าที่ตั้งไว้มากเท่าใด การแก้ไขก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อุปกรณ์เหล่านี้เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ แต่ในหลายกระบวนการ อุปกรณ์เหล่านี้จะทิ้งค่าความคลาดเคลื่อนคงที่ที่ไม่หายไปอย่างสมบูรณ์

ลอส ตัวควบคุม PID (Proportional-Integral-Derivative) พวกเขาเพิ่มการกระทำอีกสองอย่าง ได้แก่ อินทิกรัล ซึ่งจะสะสมข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไปและช่วยกำจัดข้อผิดพลาดนั้นได้อย่างสมบูรณ์ และอนุพันธ์ ซึ่งจะตอบสนองต่อแนวโน้มที่เปลี่ยนแปลงไปและช่วยเพิ่มเสถียรภาพ วิธีการเหล่านี้เป็นพื้นฐานของการควบคุมกระบวนการในโรงกลั่น โรงงานเคมี การบำบัดน้ำ การควบคุมสภาพอากาศในโรงงานอุตสาหกรรม และการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย

ตัวควบคุมอุตสาหกรรมจำแนกตามหน้าที่เฉพาะของแต่ละประเภท

นอกจากตัวควบคุมกระบวนการขนาดใหญ่แล้ว ยังพบอุปกรณ์อื่นๆ ทั่วไปในโรงงานได้อีกด้วย อุปกรณ์ที่เรียบง่ายกว่า ซึ่งออกแบบมาเพื่อใช้งานเฉพาะเจาะจงเท่านั้นปัจจุบันวงจรเหล่านี้จำนวนมากถูกรวมเข้ากับ PLC หรือ DCS แล้ว แต่ตรรกะการทำงานของวงจรเหล่านั้นยังคงสามารถระบุได้อย่างชัดเจน

ลา เคาน์เตอร์หรือท็อปเคาน์เตอร์ อุปกรณ์เหล่านี้มีหน้าที่บันทึกหน่วยต่างๆ เช่น จำนวนชิ้นที่ผลิตได้ จำนวนรอบการหมุนของเพลา สัญญาณจากมิเตอร์วัดการไหล เป็นต้น มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมปริมาณ การคำนวณประสิทธิภาพการผลิต และการตรวจจับการติดขัด นอกจากนี้ยังมักมีฟังก์ชันจับเวลาอย่างง่ายรวมอยู่ด้วย

ลอส ตัวจับเวลา ตัวจับเวลาใช้สำหรับสั่งการให้ทำงานในเวลาที่กำหนด เช่น การสตาร์ทปั๊มหลังจากหน่วงเวลา การปิดวาล์วเป็นเวลาที่กำหนด หรือการสร้างลำดับการทำงาน แม้ว่าอาจดูพื้นฐาน แต่ก็เป็นรากฐานของระบบอัตโนมัติแบบแยกส่วนหลายระบบ

ในทางกลับกัน อัลกอริธึมควบคุมเหล่านั้นเอง (แบบสัดส่วน แบบอินทิกรัล แบบอนุพันธ์ หรือแบบผสมผสาน) ก็สามารถมองได้ว่าเป็น บล็อกฟังก์ชันเฉพาะที่ทำงานอยู่ภายในตัวควบคุมขนาดใหญ่การออกแบบและการปรับแต่งนั้นเป็นตัวกำหนดคุณภาพของการควบคุมตัวแปรในกระบวนการผลิตเป็นอย่างมาก

กลุ่มผลิตภัณฑ์ควบคุมอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ได้แก่ PLC, DCS, PAC และอื่นๆ

นอกเหนือจากการจำแนกประเภทตามวัตถุที่ควบคุมหรือตามวงจรเปิด/ปิดแล้ว ในทางปฏิบัติเรามักพูดถึงเรื่องบางอย่างเป็นหลัก กลุ่มของตัวควบคุมมาตรฐานในอุตสาหกรรมแม้ว่าขอบเขตระหว่างพวกมันจะเลือนรางไปตามกาลเวลา แต่ก็ยังคงมีประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจภูมิทัศน์อยู่ดี

El PLC (ตัวควบคุมตรรกะที่ตั้งโปรแกรมได้) เดิมทีมันถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อทดแทนแผงรีเลย์ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ช่วยลดการเดินสายไฟและทำให้การเปลี่ยนแปลงตรรกะทำได้ง่ายขึ้นมาก เมื่อเวลาผ่านไป มันได้รวมเอาอินพุตและเอาต์พุตแบบอนาล็อก (0-10 V, 4-20 mA) ความสามารถในการสื่อสาร และโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้น ทำให้มันสามารถเปลี่ยนจากการควบคุมระบบอัตโนมัติแบบแยกส่วนไปสู่การควบคุมกระบวนการขนาดกลางได้

ในปัจจุบัน PLC ทั่วไปมีลักษณะอย่างไร สามารถรองรับสัญญาณอินพุต/เอาต์พุตได้ตั้งแต่ไม่กี่สิบไปจนถึงหลายพันสัญญาณอุปกรณ์นี้ได้รับการออกแบบให้ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า การสั่นสะเทือน และอุณหภูมิสูง และได้รับการตั้งโปรแกรมตามมาตรฐาน IEC 61131-3 โดยใช้ภาษาต่างๆ เช่น แลดเดอร์ลอจิก ข้อความเชิงโครงสร้าง แผนภาพบล็อกฟังก์ชัน รายการคำสั่ง หรือแผนภาพลำดับ

ลอส DCS (ระบบควบคุมแบบกระจาย) ระบบเหล่านี้เกิดขึ้นมาเพื่อควบคุมกระบวนการต่อเนื่องขนาดใหญ่ เช่น โรงกลั่นน้ำมัน โรงไฟฟ้า โรงงานผลิตเยื่อกระดาษและกระดาษ และโรงบำบัดน้ำเสีย หลักการทำงานของระบบเหล่านี้อยู่บนพื้นฐานของการกระจายโมดูลอินพุต/เอาต์พุตและตัวควบคุมไปทั่วโรงงาน โดยเชื่อมต่อผ่านเครือข่ายความเร็วสูงไปยังห้องควบคุมส่วนกลางหนึ่งห้องหรือมากกว่านั้น

ในระบบ DCS ตรรกะการควบคุมและการแสดงผลบนหน้าจอของผู้ปฏิบัติงาน (HMI) มีความเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดด้วยการสร้างวงจรควบคุมใหม่ ระบบจะสร้างบล็อกที่ประสานงานกันในตัวควบคุม และองค์ประกอบกราฟิก สัญญาณเตือน และแนวโน้มในอินเทอร์เฟซ ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของงานวิศวกรรม การดำเนินงาน และการบำรุงรักษาในโรงงานขนาดใหญ่ได้อย่างมาก

ลอส PAC (ตัวควบคุมระบบอัตโนมัติแบบตั้งโปรแกรมได้) อุปกรณ์เหล่านี้เปรียบเสมือนสะพานเชื่อมระหว่างโลกของ PLC และโลกของคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม พวกมันใช้ประโยชน์จากโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังกว่าและสถาปัตยกรรมแบบเปิดเพื่อดำเนินการควบคุมที่ซับซ้อน จัดการข้อมูลปริมาณมาก และสื่อสารกับระบบและโปรโตคอลต่างๆ ได้โดยไม่ต้องพึ่งพาแพลตฟอร์มที่เป็นกรรมสิทธิ์มากนัก

แตกต่างจาก PLC แบบดั้งเดิมหลายๆ ตัว PAC จำนวนมาก เครื่องมือเหล่านี้อนุญาตให้เขียนโปรแกรมด้วยภาษาโปรแกรมระดับสูง (C, C++) หรือบูรณาการโมเดลที่พัฒนาขึ้นในเครื่องมือต่างๆ เช่น MATLAB/Simulinkในขณะที่ยังคงรักษาความเข้ากันได้กับมาตรฐาน IEC 61131-3 โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความน่าสนใจเมื่อนำระบบควบคุมแบบดั้งเดิมมาผสมผสานกับการวิเคราะห์ขั้นสูง วิสัยทัศน์เทียม หรืออัลกอริธึมการปรับให้เหมาะสม

ที่ขีดจำกัดสูงสุดของพลังการประมวลผล เราจะพบว่า IPC (Industrial PCs หรือ คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม)คอมพิวเตอร์ที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมประสิทธิภาพสูง ติดตั้งในตู้ ในรูปแบบ [format/format/etc.] แผงพีซี หรือติดตั้งบนราง DIN และโดยทั่วไปจะใช้งานร่วมกับระบบต่างๆ เช่น Windows IoT ช่วยให้คุณสามารถใช้งานซอฟต์แวร์ SCADA เซิร์ฟเวอร์ฐานข้อมูล และแอปพลิเคชันควบคุมและตรวจสอบแบบบูรณาการได้

สิ่งที่เกี่ยวข้องอย่างมากอีกประการหนึ่งคือ ตัวควบคุมแบบฝังตัวมีขนาดเล็กมากและใช้พลังงานต่ำ เช่น สตราโต้ พี แม็กซ์อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้งานเฉพาะด้านที่พื้นที่และพลังงานเป็นสิ่งสำคัญ โดยจะถูกรวมเข้ากับเครื่องจักรขนาดกะทัดรัด อุปกรณ์ภาคสนาม โมดูลการสื่อสาร หรือระบบควบคุมแบบกระจายขนาดเล็ก

ระบบ ICS: สถาปัตยกรรมควบคุมอุตสาหกรรมที่สมบูรณ์แบบ

เมื่อเราพูดถึง ICS (ระบบควบคุมอุตสาหกรรม) เราไม่ได้หมายถึงแค่ตัวควบคุมเฉพาะตัวใดตัวหนึ่ง แต่หมายถึงชุดอุปกรณ์ เครือข่าย และซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่ช่วยให้สามารถตรวจสอบและควบคุมระบบอัตโนมัติของโรงงานได้ ซึ่งรวมถึง DCS, PLC, PAC, ระบบ SCADA และองค์ประกอบด้านการวัดและการสื่อสารอื่นๆ

ระบบควบคุมอุตสาหกรรม (ICS) โดยทั่วไปจะสร้างขึ้นเป็นชั้นๆ ในชั้นต่างๆ เหล่านี้ ระดับสนาม อุปกรณ์เหล่านี้ได้แก่ เซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ เช่น ตัวส่งสัญญาณแรงดัน เครื่องวัดการไหล เทอร์โมคัปเปิล วาล์วควบคุม ตัวแปลงความถี่ มอเตอร์ กระบอกสูบแบบนิวแมติก เป็นต้น อุปกรณ์เหล่านี้วัดความเป็นจริงทางกายภาพและดำเนินการตามคำสั่งที่ได้รับ

ข้างบนคือ ระดับการควบคุมระบบนี้ประกอบด้วย PLC, DCS, RTU (หน่วยส่งข้อมูลระยะไกล) และตัวควบคุมอัตโนมัติอื่นๆ ในระบบนี้ จะมีการเรียกใช้ขั้นตอนวิธีควบคุม ตัดสินใจเกี่ยวกับอุปกรณ์แต่ละชิ้นหรือแต่ละวงจร และประสานลำดับการทำงานของส่วนต่างๆ ในโรงงาน

ขั้นตอนต่อไปคือ ระดับการกำกับดูแลนี่คือจุดที่ระบบ SCADA และ HMI เข้ามามีบทบาท อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถดูสถานะของกระบวนการ เปลี่ยนค่าที่ตั้งไว้ ตรวจจับสัญญาณเตือน บังคับการทำงานด้วยตนเองหากจำเป็น และตรวจสอบแนวโน้มในอดีตได้

ที่ด้านบนคือไฟล์ ระดับการจัดการและการบูรณาการระดับนี้ประกอบด้วยระบบ MES (Manufacturing Execution Systems) และสูงขึ้นไปอีกคือระบบ ERP และแอปพลิเคชันทางธุรกิจอื่นๆ ในระดับนี้ ข้อมูลการผลิตจะเชื่อมโยงกับคำสั่งซื้อ สินค้าคงคลัง การวางแผน ต้นทุน และคุณภาพ ทำให้ได้ภาพรวมที่ครอบคลุมของโรงงาน

SCADA, DCS และ PLC โดยละเอียด: ระบบเหล่านี้ทำงานร่วมกันอย่างไร

ลอส SCADA (ระบบควบคุมและเก็บข้อมูลแบบรวมศูนย์) นี่คือแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ที่ได้รับการสนับสนุนจากเซิร์ฟเวอร์และเครือข่ายการสื่อสาร ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบกระบวนการระดับสูง ซึ่งมักกระจายอยู่ตามภูมิศาสตร์ต่างๆ โดยจะรับข้อมูลภาคสนามจาก RTU หรือ PLC จัดเก็บข้อมูล สร้างภาพกราฟิก บันทึกเหตุการณ์ และอนุญาตให้ส่งคำสั่งจากระยะไกลได้

ซอฟต์แวร์ SCADA แตกต่างจากระดับการควบคุมโดยตรง โดยปกติแล้วจะไม่ปิดวงจรควบคุมด่วนแต่ระบบเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบ การตั้งค่าพารามิเตอร์ การจัดการสัญญาณเตือน และการตัดสินใจของผู้ปฏิบัติงาน ระบบเหล่านี้พบได้ทั่วไปในระบบไฟฟ้า ท่อส่งน้ำมัน ท่อส่งก๊าซ ระบบน้ำดื่ม และโครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่งขนาดใหญ่

ในหลายกรณี ขอบเขตระหว่าง DCS, SCADA และ PLC ความแตกต่างเหล่านี้เริ่มเลือนลางลง ปัจจุบันมี PLC ที่สามารถทำหน้าที่เป็น DCS ขนาดเล็กได้ด้วยอินพุต/เอาต์พุตระยะไกลและ HMI ขั้นสูง และมีระบบ SCADA ที่จัดการการควบคุมแบบวงปิดในระบบกระจาย เทคโนโลยีโปรเซสเซอร์และเครือข่ายทำให้การเลือกใช้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน ขนาด และกลยุทธ์ของผู้ผลิตมากกว่าข้อจำกัดทางเทคนิคอย่างเคร่งครัด

ในอดีต การควบคุมโรงงานขนาดใหญ่พัฒนาจากตัวควบคุมระดับท้องถิ่นขนาดเล็ก ไปสู่แผงควบคุมส่วนกลางที่เต็มไปด้วยเครื่องมืออนาล็อกและเครื่องบันทึกกระดาษ และในที่สุดก็ไปสู่ สถาปัตยกรรมแบบกระจายศูนย์พร้อมตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และจอแสดงผลกราฟิกความก้าวหน้านี้ทำให้สามารถใช้งานระบบล็อกที่ซับซ้อน การจัดการสัญญาณเตือนภัยขั้นสูง การบันทึกเหตุการณ์อัตโนมัติ การลดจำนวนสายไฟ และการมองเห็นสถานะโดยรวมของโรงงานแบบเรียลไทม์ได้

คุณสมบัติหลักของตัวควบคุมอุตสาหกรรมสมัยใหม่

ในฐานะที่เป็นหัวใจหลักของระบบอัตโนมัติ ตัวควบคุมอุตสาหกรรมจึงมีคุณสมบัติร่วมกันหลายประการ คุณลักษณะทางเทคนิคที่จำเป็นสำหรับการใช้งานในโรงงาน.

คนแรกคือเธอ ความน่าเชื่อถือและเสถียรภาพอุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบให้ทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์ ในสภาพแวดล้อมที่มีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ฝุ่นละออง การสั่นสะเทือน ความชื้น หรืออุณหภูมิที่สูงหรือต่ำมาก โดยมีกลไกการวินิจฉัยภายใน การตรวจสอบพลังงาน หน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน และในแอปพลิเคชันที่สำคัญหลายอย่าง จะมีการสำรองข้อมูลในระดับ CPU แหล่งจ่ายไฟ หรือเครือข่าย

คุณสมบัติพื้นฐานอีกประการหนึ่งคือ เวลาจริงระบบเหล่านี้ต้องสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุตได้ภายในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการยังคงเสถียรและหลีกเลี่ยงสถานการณ์อันตรายได้ ซึ่งทำได้โดยใช้ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์หรือเคอร์เนลแบบกำหนดค่าได้ภายใน DCS, PLC และ PAC

La ความยืดหยุ่นและความสามารถในการตั้งโปรแกรม นี่ก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน ผู้ใช้สามารถพัฒนาและแก้ไขโปรแกรมควบคุมเพื่อปรับให้เข้ากับผลิตภัณฑ์ใหม่ การเปลี่ยนแปลงกระบวนการ หรือการขยายโรงงาน การใช้มาตรฐานต่างๆ เช่น IEC 61131-3 และบล็อกฟังก์ชันที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้จะช่วยอำนวยความสะดวกในงานนี้เป็นอย่างมาก

ในแง่ของการเชื่อมต่อ ตัวควบคุมสมัยใหม่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้ อินเทอร์เฟซการสื่อสารที่หลากหลายมาก: อีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรม, ฟิลด์บัสแบบดิจิทัล (PROFIBUS, Modbus, Foundation Fieldbus, HART…), โปรโตคอลแบบเปิดและแบบกรรมสิทธิ์และ การสื่อสารอนุกรมอุตสาหกรรมこれによりสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์อื่นๆ ระบบตรวจสอบ ฐานข้อมูล และแพลตฟอร์มคลาวด์ได้

นอกจากนี้ ยังมีจุดประสงค์เพื่อให้เป็น ดูแลรักษาง่ายและขยายได้สะดวกการออกแบบแบบโมดูลาร์ช่วยให้สามารถเพิ่มการ์ด I/O เปลี่ยนโมดูลที่ชำรุดโดยไม่ต้องปิดระบบทั้งหมด หรือขยายกำลังการควบคุมเมื่อการติดตั้งเติบโตขึ้น การวินิจฉัยระยะไกลช่วยลดเวลาในการตอบสนองต่อเหตุการณ์ได้อย่างมาก

สุดท้ายแล้ว ความสำคัญของมันก็เริ่มชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ ความสามารถในการบูรณาการในสภาพแวดล้อมอัจฉริยะและเชื่อมต่อกันแนวคิด IIoT (Industrial Internet of Things) และ Industry 4.0 กำลังผลักดันให้ตัวควบคุมต้องมีฟังก์ชันต่างๆ เช่น การตรวจสอบระยะไกล การส่งข้อมูลไปยังคลาวด์ การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ ความปลอดภัยทางไซเบอร์ และการสนับสนุนการวิเคราะห์ขั้นสูง

วิธีการเลือกตัวควบคุมอุตสาหกรรมที่เหมาะสม

การเลือกไดรเวอร์ที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ต้องมีการประเมินอย่างรอบคอบ ขนาดของโรงงาน ความสำคัญของกระบวนการ จำนวนสัญญาณ ประเภทของตัวแปร ข้อกำหนดด้านความพร้อมใช้งาน และงบประมาณ.

ในระบบที่มีสัญญาณอินพุต/เอาต์พุตไม่กี่ร้อยสัญญาณ และกระบวนการที่ไม่ซับซ้อนมากนัก โดยทั่วไปแล้ว PLC ถือเป็นตัวเลือกที่นิยมมากกว่า เนื่องจากต้นทุนต่ำ การเขียนโปรแกรมง่าย และมีช่างเทคนิคที่ได้รับการฝึกฝนจำนวนมาก วิธีนี้เหมาะสำหรับเครื่องจักรแต่ละเครื่อง สายการผลิตขนาดเล็ก ระบบสูบน้ำ หรือระบบอัตโนมัติในอาคาร

เมื่อจัดการกับ โรงงานที่ซับซ้อนซึ่งมีสัญญาณนับพันและมีความสำคัญสูง (โรงกลั่นน้ำมัน โรงงานเคมี โรงงานผลิตแร่ โรงไฟฟ้า) ระบบควบคุมแบบกระจายศูนย์ (DCS) ยังคงเป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมมากที่สุด จุดแข็งของระบบนี้อยู่ที่การนำเสนอแพลตฟอร์มที่ครบวงจร ปรับขนาดได้ และมีความแข็งแกร่งสูง ซึ่งควบคุมด้านกฎระเบียบ การควบคุมขั้นสูง การจัดการสัญญาณเตือน และการดำเนินงานได้อย่างบูรณาการอย่างสมบูรณ์

PAC และ PC สำหรับงานอุตสาหกรรมจะเข้ามามีบทบาทเมื่อมีความจำเป็น ฟังก์ชันการประมวลผลขั้นสูง การบูรณาการกับระบบไอที การประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาล หรืออัลกอริธึมควบคุมขั้นสูงนอกจากนี้ พวกเขายังให้ความสนใจอย่างมากกับการพัฒนาใหม่ๆ ที่มีเป้าหมายในการผสานการควบคุมแบบดั้งเดิมเข้ากับการวิเคราะห์ ข้อมูลภาพ หรือปัญญาประดิษฐ์

นอกเหนือจากเทคโนโลยีหลักแล้ว ปัจจัยอื่นๆ เช่น... ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกัน การสนับสนุนจากผู้ผลิตในประเทศ ความพร้อมของอะไหล่ ชุมชนผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการฝึกอบรม และข้อมูลอ้างอิงในแอปพลิเคชันที่คล้ายคลึงกันการตัดสินใจที่ดีในจุดนี้สามารถสร้างความแตกต่างในเรื่องค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและอายุการใช้งานของระบบได้

ระบบนิเวศทั้งหมดนี้ประกอบด้วยตัวควบคุมอุตสาหกรรมและระบบ ICS มันได้เปลี่ยนแปลงวิธีการผลิตในเกือบทุกภาคส่วนไปอย่างสิ้นเชิงพลังงาน ยานยนต์ ปิโตรเคมี อาหาร น้ำและสุขาภิบาล การขนส่ง เกษตรกรรม และอีกหลายภาคส่วน การทำความเข้าใจประเภท ลักษณะ และวิธีการบูรณาการของภาคส่วนเหล่านี้ ช่วยให้เราสามารถเพิ่มประโยชน์สูงสุดจากการใช้ระบบอัตโนมัติ และวางรากฐานสำหรับการพัฒนาไปสู่โรงงานที่มีประสิทธิภาพ ปลอดภัย และยืดหยุ่นมากยิ่งขึ้น