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Dai DCS agli OC: un cambiamento qualitativo nel sistema di controllo del processo
2023-12-08
"Rispetto al DCS tradizionale, l'utilizzo del sistema di controllo del bus ottico industriale OC può far risparmiare notevolmente i costi di investimento del sistema di automazione, abbreviare notevolmente il ciclo di costruzione del progetto e ridurre i costi di manutenzione del sistema di controllo." Questa è la risposta data da Huang Jinsong, vicepresidente di Hangzhou Hollysys Automation Co., Ltd., in un'intervista esclusiva con il nuovo sistema di controllo del bus ottico industriale OCS. DCS, sistema di controllo distribuito, sin dalla sua nascita negli anni '70, con i suoi ineguagliabili vantaggi tecnici, è diventato uno standard in campi di controllo di processo su larga scala come la raffinazione del petrolio, il petrolio, l'industria chimica, l'energia elettrica, la metallurgia e così via. Per questo motivo, i paesi in via di sviluppo non sono cambiati molto negli ultimi trenta o quaranta anni. Al giorno d’oggi, con il rapido sviluppo della tecnologia, tecnologie emergenti come questa, l’ICT e l’IOT hanno apportato cambiamenti senza precedenti all’intera società. Questa volta, nel DCS sono state introdotte la tecnologia di comunicazione ottica e la definizione del software. La DCS si è evoluta in OCS. Sono stati apportati cambiamenti qualitativi nell'architettura del sistema, nel controller e negli I/O, che hanno ampiamente superato i DCS tradizionali in termini di costo del progetto, area tra gli armadi e ciclo di implementazione. Allora cos'è l'OCS? Perché possiamo cambiare il tradizionale DCS? Quali tecnologie innovative utilizza? Quali vantaggi può portare agli utenti? Adatto per quali applicazioni? A tal fine, Control Engineering China e Huang Jinsong hanno condotto un'intervista approfondita. 
Cos'è l'OCS? Simile a DCS (sistema di controllo distribuito), OCS è l'abbreviazione di sistema di controllo del bus ottico industriale, che in cinese viene chiamato sistema di controllo del bus ottico industriale. La più grande differenza tra OCS e DCS è che la fibra ottica viene utilizzata in OCS come mezzo di trasmissione di rete tra controller e I/O per sostituire il cavo a doppino intrecciato con nucleo in rame.
Cos'è l'OCS? Simile a DCS (sistema di controllo distribuito), OCS è l'abbreviazione di sistema di controllo del bus ottico industriale, che in cinese viene chiamato sistema di controllo del bus ottico industriale. La più grande differenza tra OCS e DCS è che la fibra ottica viene utilizzata in OCS come mezzo di trasmissione di rete tra controller e I/O per sostituire il cavo a doppino intrecciato con nucleo in rame. Il sistema di controllo del bus ottico industriale OCS è composto principalmente da stazione tecnico, stazione operatore, stazione storica ridondante, stazione di gestione delle apparecchiature, stazione di controllo ridondante serie K, unità di connessione bus ottico industriale ridondante (rju) e unità di trasmissione dati intelligente bus ottico industriale (idtu) . La fibra ottica viene utilizzata per la comunicazione da idtu a rju e alla stazione di controllo ridondante.
La stazione di controllo ridondante della serie K adotta un triplo collegamento ridondante, una coppia di Gigabit Ethernet, una coppia di collegamenti RS-485 e un gruppo di GPIO. Garantisce la ridondanza, la sicurezza funzionale e la stabilità di controllo del sistema di controllo. Il tempo medio tra i guasti della commutazione ridondante può essere aumentato del 22,2% rispetto ad altri controller. Rju equivale al ruolo di interruttore. Ogni rju può collegare 16 o 32 idtu in una stella e adotta la tecnologia dei dispositivi ottici passivi. L'idtu fisico viene utilizzato per collegare le apparecchiature di campo e comunicare con la stazione di controllo tramite il bus ottico industriale onet. Idtu adotta un design modulare, composto principalmente da modulo vio ridondante, modulo di interfaccia bus ottico ridondante e modulo di alimentazione ridondante. Il modulo Vio supporta sei tipi di segnale: AI, Ao, Di, do, PI e Namur. Idtu supporta anche il protocollo di comunicazione Modbus e può essere utilizzato come slave MODBUS per trasmettere i dati del campo a sistemi di terze parti. Quali sono le innovazioni tecniche di OCS? Naturalmente, il sistema di controllo del bus ottico industriale OCS non è così semplice come sostituire il cavo in rame originale con la fibra ottica. Infatti, la sua innovazione tecnica nell'ingresso/uscita e nella trasmissione del segnale di campo ha ottenuto 6 brevetti di invenzione. Huang Jinsong ha affermato che gli OC sfondano principalmente le due tecnologie del bus ottico industriale e dell'I/O definito dal software. Il bus ottico industriale è un'applicazione di innovazione tecnologica di Hollysys su OCS. Sebbene la tecnologia che utilizza la fibra ottica per trasmettere il protocollo Ethernet sia molto matura, molti problemi tecnici devono ancora essere superati per trasmettere il protocollo bus industriale su fibra ottica. Hollysys ha sviluppato un bus ottico industriale ridondante basato sulla comunicazione ottica utilizzando la base tecnica accumulata per molti anni dalla sua rete di controllo CNET su DCS. Diversamente dall'architettura a 7 livelli di Ethernet, Onet ha solo tre livelli: livello fisico, livello di collegamento dati e livello di protocollo. Questo strato conciso migliora notevolmente l'efficienza della trasmissione. Onet soddisfa i requisiti dello standard internazionale IEC 61158, dello standard nazionale JB / T 10308.3-2001 e dello standard europeo en50170. Supporta la topologia di rete a stella, 128 dispositivi nodo, velocità di comunicazione di 24Mbps, mezzo di trasmissione in fibra ottica monomodale e distanza di trasmissione di 20 km (nessun relè). L'I/O definito dal software è una tecnologia in crescita nel campo DCS negli ultimi anni. Hollysys, infatti, è preparata da tempo in questo campo. Il software definisce l'I/O in due aspetti. Uno è definire il tipo di canale di I/O tramite software. Tutti i canali di I/O sono completamente coerenti nell'hardware. Non è necessario configurare diversi moduli I/O per segnali diversi. È solo necessario impostare il canale sullo stesso tipo di segnale dell'uscita degli strumenti di campo tramite software. L'altro è commutare il canale di standby tramite software, ovvero la modalità di ridondanza del canale di N + 1. Quando il canale I/O si guasta, è solo necessario commutare il software sulla stazione del tecnico e commutare il canale guasto su canale di standby, senza la necessità che il personale di manutenzione arrivi sul luogo del guasto. Quali vantaggi può apportare l’OCS? L'innovazione tecnica del sistema di controllo del bus ottico industriale OCS ha apportato cambiamenti fondamentali al tradizionale sistema di controllo del processo e, naturalmente, ha anche portato molti vantaggi agli utenti. Innanzitutto, OCS ha comportato una significativa riduzione del costo iniziale del progetto. Da un lato, l'uso della comunicazione in fibra ottica tra la stazione di controllo e l'unità di acquisizione dati sul campo non solo consente di risparmiare notevolmente l'uso di costosi cavi per strumenti, ma riduce anche il costo dei collegamenti intermedi come i ponti di cavi. Inoltre, viene adottata la tecnologia del bus ottico industriale, che è più economica rispetto all'uso della trasmissione in fibra ottica basata su Ethernet. D'altro canto, poiché vengono omessi molti collegamenti intermedi, è possibile ridurre notevolmente anche i costi di manutenzione successiva del sistema di controllo e il costo dei pezzi di ricambio. In secondo luogo, il ciclo di attuazione del progetto OCS può essere notevolmente ridotto. Da un lato, grazie all'architettura di sistema semplificata di OCS, la quantità di costruzione è notevolmente ridotta. D'altra parte, grazie alla tecnologia I/O definita dal software, il collegamento di smistamento del segnale tra l'apparecchiatura di campo e il controller nella progettazione ingegneristica tradizionale viene eliminato, in modo da abbreviare il ciclo di implementazione del progetto. Inoltre, la progettazione ingegneristica standardizzata semplifica il flusso di lavoro del Design Institute, la progettazione modulare del telaio standard, accorcia il ciclo di fornitura e consegna dei produttori e la guida e l'installazione in loco possono essere implementate all'arrivo, in modo da ottenere finalmente un risultato vincente. situazione vincente tra utenti, istituti di design e produttori. In terzo luogo, l’affidabilità del sistema è maggiore. L'applicazione del bus ottico industriale è superiore nel migliorare la capacità anti-interferenza elettromagnetica e la capacità di protezione dai fulmini nel processo di trasmissione del segnale di campo. Una fibra ottica può trasmettere almeno 512 segnali di campo e la distanza di trasmissione arriva fino a 20 km senza relè. Ancora più importante, può realizzare la trasmissione ridondante di segnali di campo, con maggiore efficienza di trasmissione e maggiore disponibilità. Quali sono le particolarità di OCS in termini di elevata disponibilità del sistema? Per gli utenti, oltre ai costi e ad altri fattori, la disponibilità del sistema è la cosa più importante. Dopotutto, i sistemi di controllo del processo vengono spesso utilizzati in applicazioni petrolchimiche, chimiche e in altre applicazioni chiave con elevati requisiti di produzione continua. Quindi, quali sono le particolarità di OCS in termini di disponibilità e affidabilità del sistema? Huang Jinsong ha affermato che gli OC hanno un design speciale per l'affidabilità sul bus ottico industriale onet, rju e idtu. Nella comunicazione del bus ottico onet, viene adottato un design di ridondanza dal controller a idtu, che non solo garantisce la commutazione rapida tra i controller principale e quello di standby, ma anche l'intero collegamento del bus ottico ha una funzione di diagnosi in tempo reale, che può garantire l'affidabilità e certezza della comunicazione. Ancora più importante, idtu è appositamente progettato per l'ambiente difficile del sito industriale. Idtu supporta un'ampia temperatura di esercizio da - 40 ℃ ~ + 85 ℃, soddisfa i requisiti antideflagranti in ambienti pericolosi da - 40 ℃ ~ + 70 ℃ e ha la funzione di monitoraggio della temperatura e dell'umidità e supporta la diagnosi dello stato del canale I/O. Idtu ha inoltre superato certificazioni di sistema nazionali e internazionali come EMC Grado 3A, IEC / ATEX / GB antiscintilla a sicurezza aumentata e antideflagrante (Classe 1, zona 2), grado di protezione IP66, design NR a tenuta d'aria, grado anticorrosione G3 , CCC e CE. Si tratta di una svolta tecnica cruciale per la disponibilità dell’intero OCS. In che modo OCS garantisce la sicurezza del sistema? La sicurezza informatica dei sistemi di controllo industriale è sottoposta a test sempre più severi. Gli attacchi APT sono frequenti, i mezzi tecnici per i virus di estorsione vengono costantemente aggiornati e i principali problemi storici di utilizzo delle vulnerabilità sono gravi. Qual è l’unicità di OCS nella sicurezza delle informazioni? Huang Jinsong ha affermato che le OC hanno impiantato nel sistema di controllo la più recente tecnologia di sicurezza informatica: la tecnologia informatica affidabile. La tecnologia Trusted Computing è stata integrata nel controller serie K di OCS, che è diversa dai meccanismi di difesa passiva della sicurezza delle informazioni come firewall e difesa in profondità del tradizionale sistema di controllo industriale. La tecnologia Trusted Computing realizza il meccanismo immunitario attivo basato sulla sicurezza endogena. Secondo Huang Jinsong, il controller della serie K adotta un processore principale e un coprocessore ad alte prestazioni basati su un algoritmo segreto di stato per ottenere tre strategie di difesa della sicurezza delle informazioni: avvio affidabile statico, misurazione affidabile dinamica e aggiornamento del firmware. Esiste una pratica applicativa dell'OCS? Qual è l'effetto? Non c’è dubbio che se un nuovo sistema di controllo possa essere applicato in campo industriale, la cosa più importante è verificarlo con la pratica sul campo. Ciò è stato apprezzato anche da Hollysys. Nel processo di ricerca e sviluppo di OCS, Hollysys ha collaborato con l'istituto di design per mettere in pratica e sviluppare. Fino ad ora, il sistema di controllo del bus ottico industriale OCS è stato applicato con successo in decine di siti industriali. Ad esempio, secondo Huang Jinsong, un'impresa di chimica fine nello Shandong ha spostato nel 2021 l'originale armadietto in loco, che presentava potenziali rischi per la sicurezza, in un luogo sicuro lontano dal dispositivo di produzione secondo i requisiti dell'Ufficio di supervisione della sicurezza. buon mercato di vendita dei prodotti e i requisiti dell'Ufficio di supervisione della sicurezza per la rettifica entro un limite di tempo, gli utenti devono urgentemente completare la trasformazione nel più breve periodo di tempo. Di fronte al ciclo di trasformazione serrato, lo schema del sistema Hollysys OCS è stato riconosciuto dagli utenti per le sue piccole quantità e la praticità di installazione e implementazione. Gli utenti hanno infine scelto il sistema OCS per la trasformazione del sistema di automazione originale. A fine giugno l'impianto viene chiuso e inizia la trasformazione. Tutti i lavori di trasformazione in loco sono stati completati in meno di 2 mesi. È stato messo in funzione con successo in agosto ed è stato molto apprezzato dagli utenti. Come si svilupperà OCS in futuro? Il lancio del sistema di controllo del bus ottico industriale OCS rappresenta un passo importante per i produttori cinesi di automazione verso il livello di leadership globale nel campo dei sistemi di controllo di processo. Sebbene alcuni produttori internazionali abbiano utilizzato per molti anni la fibra ottica per trasmettere segnali di campo e ridurre i cablaggi, il sistema di controllo del bus ottico industriale Hollysys OCS è migliore in termini di costi, disponibilità, manutenzione e sicurezza. Pertanto, secondo Huang Jinsong, nel periodo storico di vigoroso sviluppo di tecnologie industriali chiave indipendenti, controllabili, sicure e affidabili in Cina, la nascita del sistema di controllo del bus ottico industriale OCS è senza dubbio diventata una delle migliori scelte per gli utenti nei settori petrolchimico, chimico , petrolio e gas naturale, gas naturale liquefatto e industrie del gas urbano in Cina. Huang Jinsong ha inoltre affermato che, oltre alla vigorosa applicazione e promozione in questi settori, nella fase successiva Hollysys continuerà a mantenere l'innovazione indipendente e ad arricchire costantemente le soluzioni di prodotto basate sul bus ottico industriale. Lo sviluppo dei tempi avanza. Solo seguendo la tendenza non saremo eliminati dal tempo. Sebbene il futuro sia pieno di incertezze, possiamo essere certi che da DCS a OC non si tratta solo di un cambiamento qualitativo nella tecnologia, ma anche della tendenza dello sviluppo dei tempi. Gli OC potrebbero sostituire i tradizionali DCS nel prossimo futuro
Nel sistema di controllo tradizionale, la trasmissione del segnale dalle apparecchiature di campo al sistema di controllo può essere completata solo attraverso una serie di collegamenti intermedi come scatola di giunzione di campo, ponte di cavi, armadio dei terminali, armadio della barriera di sicurezza e armadio I/O. Come mostrato nella Figura 1. OCS ha completamente cambiato l'architettura di sistema del DCS tradizionale. L'apparecchiatura di campo è collegata direttamente al controller remoto tramite l'unità di trasmissione dati bus ottico industriale (idtu) situata sul sito, eliminando una serie di collegamenti intermedi.