분산제어시스템(DCS)

분산제어시스템(DCS)은 동일한 지리적 위치 내의 석유 정제, 물 및 폐수 처리, 발전소, 화학 제조 공장, 자동차 생산 및 제약 처리 시설 산업 등을 위한 제어 생산 시스템에 사용된다. 이러한 시스템은 일반적으로 공정제어 또는 개별 부품 제어시스템이다.

분산제어시스템(DCS)은 지역화된 공정의 세부 사항을 제어하는 여러 통합 부시스템을 감독하는 감시 수준의 제어를 포함하는 제어 구조로서 통합된다.

분산제어시스템(DCS)에는 전체 생산 공정을 수행하는 전반적인 작업이 공유되는 지역화된 컨트롤러의 그룹을 조정하기 위해 중앙 집중식 감시 제어 루프가 사용된다[6]. 제품 및 공정제어는 일반적으로 핵심 제품 및/또는 공정

Product and process control are usually achieved by deploying feedback or feedforward control loops whereby key product and/or process conditions are automatically maintained around a desired set point. To accomplish the desired product and/or process tolerance around a specified set point, specific process controllers, or more capable PLCs, are employed in the field and are tuned to provide the desired tolerance as well as the rate of self-correction during process upsets. By modularizing the production system, a DCS reduces the impact of a single fault on the overall system. In many modern systems, the DCS is interfaced with the corporate network to give business operations a view of production.

An example implementation showing the components and general configuration of a DCS is depicted in Figure 2-7. This DCS encompasses an entire facility from the bottom-level production processes up to the corporate or enterprise layer. In this example, a supervisory controller (control server) communicates to its subordinates via a control network. The supervisor sends set points to and requests data from the distributed field controllers. The distributed controllers control their process actuators based on control server commands and sensor feedback from process sensors.

Figure 2-7 gives examples of low-level controllers found on a DCS system. The field control devices shown include a PLC, a process controller, a single loop controller, and a machine controller. The single loop controller interfaces sensors and actuators using point-to-point wiring, while the other three field devices incorporate fieldbus networks to interface with process sensors and actuators. Fieldbus networks eliminate the need for point-to-point wiring between a controller and individual field sensors and actuators.

Additionally, a fieldbus allows greater functionality beyond control, including field device diagnostics, and can accomplish control algorithms within the fieldbus, thereby avoiding signal routing back to the PLC for every control operation. Standard industrial communication protocols designed by industry groups such as Modbus and Fieldbus [7]

are often used on control networks and fieldbus networks.

In addition to the supervisory-level and field-level control loops, intermediate levels of control may also exist. For example, in the case of a DCS controlling a discrete part manufacturing facility, there could be an intermediate level supervisor for each cell within the plant.

조건이 원하는 설정값 주위에서 자동으로 유지되는 피드백 또는 피드포워드 제어 루프를 전개하여 달성된다. 원하는 제품 및/또는 공정 공차를 지정한 설정값 주위에 유지하기 위해 특정 공정 컨트롤러 또는 더 강력한 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)가 현장에 적용 및 조정되어 원하는 공차 뿐 아니라 예기치 않은 공정의 혼란 상황에서 자동 조정율을 제공한다. 생산 시스템을 모듈화 함으로써 분산제어시스템(DCS)은 전체 시스템에 대한 단일 고장의 영향을 줄인다. 대부분의 최신 시스템에서 분산제어시스템(DCS)은 업무 네트워크와 인터페이스로 접속되어 경영 활동에 생산에 대한 시각을 제공한다.

분산제어시스템(DCS) 구성요소 및 일반 구성을 나타내는 구현의 사례는 그림 2-7에서 볼 수 있다. 이 분산제어시스템(DCS)은 하단의 생산 공정에서 상단의 기업 계층까지 전체 시설을 망라한다. 이 사례에서 감시 컨트롤러(제어 서버)는 제어 네트워크를 통해서 하위 장비들과 교신한다. 감독자는 분산된 현장 컨트롤러에 설정값을 보내고 분산된 현장 컨트롤러에 데이터를 요청한다.

분산된 컨트롤러는 공정 센서의 센서 피드백과 제어 서버 명령에 기반을 두어 공정 액추에이터를 제어한다.

그림 2-7은 분산제어시스템(DCS) 시스템에서 찾을 수 있는 낮은 수준 컨트롤러의 사례이다. 표시된 현장 컨트롤러에는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 공정 컨트롤러, 단일 루프 컨트롤러 및 기계 컨트롤러가 포함되어 있다. 단일 루프 컨트롤러는 점대점 배선을 사용하여 센서 및 액추에이터와 상호 작용하며, 다른 3개의 현장 장치는 공정 센서 및 액추에이터와 상호 작용하기 위해 필드버스 네트워크를 통합한다. 필드버스 네트워크에는 컨트롤러와 개별 현장 센서와 액추에이터 사이의 점대점 배선이 필요 없다. 게다가, 필드버스는 제어 이상의 뛰어난 기능(예: 현장 장치 진단)을 제공하며, 필드버스 내에서 제어 알고리즘을 수행할 수 있어서 모든 제어 작동에 대해 신호가 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로 다시 돌아가는 방지할 수 있다. Modbus와 Fieldbus와 같은 산업 단체에서 설계한 표준 산업 통신 프로토콜은 제어 네트워크 및 필드버스 네트워크에서 흔히 사용된다 [7].

감시 수준 및 현장 수준 제어 루프에 더하여 중간 수준의 제어도 존재할 수 있다. 예를 들어, 개별 부품 제조 시설을 제어하는 분산제어시스템(DCS)의 경우 공장 내의 각 칸에 중간 수준의 감독자가 있을 수 있다. 이 감독자는

This supervisor would encompass a manufacturing cell containing a machine controller that processes a part and a robot controller that handles raw stock and final products.

There could be several of these cells that manage field-level controllers under the main DCS supervisory control loop.

Figure 2-7. DCS Implementation Example

2.3.4 Programmable Logic Controller Based Topologies

PLCs are used in both SCADA and DCS systems as the control components of an overall hierarchical system to provide local management of processes through feedback control as described in the sections above. In the case of SCADA systems, they may provide the same functionality of RTUs. When used in DCS, PLCs are implemented as local controllers within a supervisory control scheme.

중복제어서버

원료와 최종 제품을 처리하는 로봇 컨트롤러 및 부품을 처리하는 기계 컨트롤러가 포함된 제조 칸을 포함할 것이다. 메인 DCS 감시 제어 루프에 따라 현장 수준 컨트롤러를 관리하는 여러 개의 이러한 칸들이 있을 수 있다.

워크스테이션

감시수준 프린터

응용프로그램 서버

OPC 클라이언트 / 서버 무선장치

모뎀

분산된 공장

기업/

외부세상

인터넷/WAN

제조 실행 시스템(MES), 경영 정보시스템(MIS), 전사적 자원관리(ERP) 시스템

메인 HMI

지역 제어 네트워크

데이터 이력 관리 장치(Historians)

엔지니어링 워크스테이션

현장수준 기계 컨트롤러 프로그래머블 로직

컨트롤러(PLC) 공정 컨트롤러

단일 루프 컨트롤러

솔레노이드 밸브 서보 밸브 온도 센서

압력 조절기 모뎀

모뎀

센서 액추에이터

모뎀 컴퓨터 원격 접속

압력 센서 제어서버

압력 센서 동작관리

모터네트워크

모뎀 모터

모터 서보

드라이브 서보

드라이브 서보

드라이브 솔레노이드

밸브

압력 조절기

로직제어

모뎀 조명탑

포토 아이

가변 주파수 드라이브

근접각 센서 DC 서보 드라이브

필드버스 AC 드라이브

필드버스

그림 2-7. DCS 구현 예제