Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Niezawodność systemów automatyki
Redakcja portalu, 29.02.2016
Systemy automatyki mają za zadanie nadzorować pracę instalacji przemysłowych 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, przetwarzając sygnały wejściowe, przeliczając algorytmy sterowania i wystawiając sygnały wyjściowe. Aby spełniały to podstawowe wymaganie, muszą odznaczać się bardzo wysoką dostępnością i niezawodnością, niezależnie od wielkości i poziomu skomplikowania aplikacji.
 
Systemy sterowania zapewniają wysoką niezawodność poprzez właściwe przygotowanie samych elementów systemu oraz połączenie ich w odpowiednią architekturę. Wszystkie części systemu, od
wykorzystywanych komputerów, przez elementy sieciowe, po właściwe stacje procesowe bądź sterowniki oraz współpracujące z nimi magistrale i moduły wejść/wyjść muszą być przygotowane do pracy w warunkach przemysłowych. Następnie wszystkie te elementy muszą być zestawione w sposób zapewniający maksymalną niezawodność systemu jako całości. Zazwyczaj oznacza to zastosowanie ogólnych zasad wydajności z uwzględnieniem ograniczeń stawianych poszczególnym elementom przez ich producentów. Dodatkowo można zastosować redundancję tych elementów, czyli ich zwielokrotnienie w celu zwiększenia dostępności. Polega to na wykorzystaniu kilku (najczęściej dwóch) elementów systemu pracujących w synchronizacji i kontrolujących się nawzajem w celu wykrycia problemu i przejęcia obsługi odpowiednich funkcji przez działający(e) element(y) w razie awarii jednego z nich. Pozwala to na nieprzerwaną i niezakłóconą pracę nawet w przypadku awarii specjalnie przygotowanych urządzeń i umożliwia naprawę „na ruchu”, poprzez wymianę wadliwego 
elementu i jego resynchronizację w redundancji. Oczywiście nie każde urządzenie może działać w redundancji, ale na potrzeby systemu wystarczy, aby mogła w niej pracować każda część funkcjonalna. Oznacza to, że nie potrzeba (i nie stosuje się) „specjalnego” redundantnego kabla czy przewodu w celu wprowadzenia redundancji magistrali komunikacyjnej. Wystarczy, że cała magistrala będzie spełniała wymagania redundancji, o czym w tym przypadku decydują części aktywne magistrali, czyli podłączone do niej urządzenia. Sam kabel w redundantnej magistrali komunikacyjnej jest po prostu zastępowany parą analogicznych kabli, których obsługą zajmują się moduły komunikacyjne i inne podłączone urządzenia. To najczęściej wystarczy, aby uszkodzenie jednego kabla, np. poprzez przypadkowe jego przecięcie, nie powodowało przerwy w komunikacji pomiędzy
urządzeniami za pośrednictwem tej magistrali, o ile drugi kabel nie zostanie uszkodzony w tym samym momencie.
Kluczową decyzją inwestora rozważającego zastosowanie systemu sterowania w swoim zakładzie przemysłowym jest rozpatrzenie aspektu dostępności systemu. Od jakości elementów oraz ich wspólnego zestawienia w odpowiedniej architekturze zależeć będzie to, jak często dochodzić będzie do awarii systemu (tzw. niezawodność) i czy te awarie będą sprawiały, że system przestanie spełniać swoje podstawowe funkcje (tzw. dostępność). Oczywiście nie każde urządzanie „wykonane w standardzie przemysłowym” spełnia takie same wymogi niezawodności. Zwłaszcza w przypadku bardzo konkretnych wymagań środowiska pracy należy zwrócić uwagę na dodatkowe certyfikaty potwierdzające zgodność z uznanymi w świecie automatyki standardami odpowiadającymi tym wymaganiom.
Nie każdy sprzęt jest również przystosowany do pracy w redundancji. W przypadku złożonych systemów należy prześledzić czy wszystkie, ważne z punktu widzenia dostępności, części systemu mogą być redundantne oraz czy ich redundancja jest zależna od innych aspektów architektury systemu. Zależność taka przyjmuje najczęściej jedną z dwóch postaci: dany element systemu może być redundantny tylko jeśli jakiś inny, powiązany element systemu jest redundantny lub nie ma możliwości stworzenia systemu mieszanego, w którym występują elementy danego rodzaju w konfi guracji redundantnej oraz nieredundantnej, czyli system musi mieć homogeniczną architekturę.
Pierwszy ze wspomnianych przypadków najczęściej dotyczy systemów, w których następuje powiązanie funkcjonalności redundancji na kilku poziomach. Niestety takie powiązania dość często powodują, że pojedyncze uszkodzenie zaledwie jednego elementu systemu może oddziaływać na wiele innych elementów, desynchronizując redundancję na wszystkich tych poziomach. Z kolei brak możliwości tworzenia systemów mieszanych wymusza dodatkowe koszty związane z potrzebą zakupu redundantnego sprzętu dla mniej odpowiedzialnych części systemu lub wydzielenia oddzielnych systemów na centralne, redundantne układy oraz układy pomocnicze w konfi guracji pojedynczej (nieredundantnej).
Firma ABB, jako wiodący producent systemów sterowania klasy DCS na świecie, dokłada wszelkich starań, aby jej rozwiązania nie tylko nie sprawiały takich kłopotów, ale również spełniały nawet najbardziej wygórowane standardy bezpieczeństwa oraz dostępności. Za przykład może posłużyć system Freelance w swej najnowszej odsłonie – wersji 2016. Nie tylko daje on do dyspozycji użytkownika sprawdzoną i niezawodną warstwę sprzętową, ale również umożliwia zastosowanie redundancji na każdym poziomie i każdego elementu, niezależnie od architektury pozostałej części systemu. Przykładowo, popularnie wykorzystywana do geografi cznego rozpraszania modułów wejść/wyjść magistrala Profi bus może być redundantna niezależnie od redundancji samych wysp modułów polowych czy modułów komunikacyjnych stacji procesowych. Analogicznie stacje procesowe mogą pracować w redundancji niezależnie od konfi guracji sieci systemowej oraz pozostałych stacji i na odwrót.

Pełna redundancja systemu obejmuje wszystkie elementy, od sieci systemowej, przez stacje procesowe, magistrale komunikacyjne, po wyspy i moduły wejść/wyjść, co wraz ze sprawdzoną w kilkunastu tysiącach instalacji rozproszonych po całym świecie niezawodnością, stanowi gwarancję bezpieczeństwa i dostępności systemu, wspartą certyfikatami spełnienia takich norm jak standard G3 pracy w ciężkich warunkach (ciężkie zanieczyszczenie powietrza powodujące korozję). Nie ma więc cienia wątpliwości co do tego, że system Freelance może spełnić nawet najbardziej wygórowane wymagania w tej, jakże kluczowej dla funkcjonalności systemów sterowania, dziedzinie.

Michał Matyjewicz-Maciejewicz 

KOMENTARZE
Newsletter