プロセス制御操作の進化 編集
大型産業プラントのプロセス制御は、多くの段階を経て進化してきました。 当初は、プロセス・プラントのローカルなパネルからの制御であった。 しかし、これでは分散したパネルに対応するために大きな人的資源を必要とし、プロセスの全体像も見えない。 次の段階として、すべてのプラント計測値を常駐の中央制御室に送るという論理展開がなされました。 これは事実上、すべての分散型パネルの集中化であり、人員削減とプロセス全体像の把握が容易になるという利点がありました。 多くの場合、コントローラは制御室のパネルの背後にあり、すべての自動および手動制御出力はプラントに伝送されました。 しかし、この配置は中央制御の焦点を提供する一方で、各制御ループが独自のコントローラハードウェアを持つため柔軟性に欠け、プロセスの異なる部分を見るために制御室内で継続的にオペレータを移動させる必要がありました。
電子プロセッサとグラフィックディスプレイの登場により、これらの個別のコントローラを、独自の制御プロセッサを持つ入力/出力ラックのネットワーク上でホストされるコンピュータベースのアルゴリズムと置き換えることが可能になった。 これらは工場内に分散配置され、制御室や部屋にあるグラフィックディスプレイと通信することができた。 これが分散型制御システムの誕生です。
DCSの導入により、カスケードループやインターロックなどのプラント制御の相互接続や再設定が容易になり、他の生産コンピュータシステムとのインターフェイスも容易になった。 高度なアラーム処理を可能にし、自動イベントロギングを導入し、チャートレコーダのような物理的記録の必要性を排除し、制御ラックをネットワーク化し、それによってケーブル配線を減らすために工場に局所的に配置し、工場の状態や生産レベルのハイレベルな概要を提供することが可能になった。 たとえば、IBM 1800 は初期のコンピュータで、工場内のプロセス信号を収集し、フィールド接点レベル (デジタル点用) とアナログ信号からデジタル領域に変換するための入出力ハードウェアを持っていました。
最初の工業制御コンピュータ システムは、テキサス州のテキサコ ポート アーサー製油所で、ラモ ウールリッジ社の RW-300 を使用して 1959 年に作られました。 米国のブリストル社も1975年にユニバーサルコントローラーUCS3000を発表した。 1978年にはValmet社がDamatic（最新世代はValmet DNA）と呼ばれる独自のDCSシステムを発表しました。 1980年には、ベイリー（現在はABBの一部）がNETWORK 90システムを、フィッシャーコントロールズ（現在はエマソン・エレクトリックの一部）がPROVoXシステムを、フィッシャー&ポーターカンパニー（現在はABBの一部）がDCI-4000（DCIは分散制御計装の略）を発表している。 コンピュータはすでに、ダイレクト・デジタル・コントロール(DDC)とセットポイント・コントロールの両方の形で、プロセス・オートメーションに適用されていた。 1970年代初頭、Taylor Instrument Company（現在はABBの一部）は1010システムを、FoxboroはFOX1システムを、Fisher ControlsはDC2システムを、Bailey Controlsは1055システムを開発しました。 これらはすべて、ミニコンピュータ（DEC PDP-11、Varian Data Machines、MODCOMPなど）内に実装され、独自の入出力ハードウェアに接続されたDDCアプリケーションでした。 この方法で、（当時としては）洗練された連続制御やバッチ制御が実現されていた。 より保守的なアプローチとしては、プロセスコンピュータがアナログプロセスコントローラのクラスタを監督する、セットポイント制御がありました。 ワークステーションは、テキストと粗い文字グラフィックスを使ってプロセスを可視化した。
DevelopmentEdit
DCS モデルの中心は、制御ファンクションブロックの組み込みでした。 ファンクション ブロックは、初期の、より原始的な DDC のコンセプトである「テーブル駆動型」ソフトウェアから発展したものです。 オブジェクト指向ソフトウェアの最初の実施形態の 1 つであるファンクション・ブロックは、アナログ・ハードウェア制御コンポーネントをエミュレートし、PID アルゴリズムの実行など、プロセス制御に不可欠なタスクを実行するコードの自己充足型の「ブロック」でした。 ファンクション・ブロックは、DCS サプライヤの主要な制御方法として存続し続け、今日では Foundation Fieldbus などの主要技術によってサポートされています。
オーストラリア、シドニーの Midac Systems は、1982 年にオブジェクト指向の分散ダイレクト・デジタル・コントロール・システムを開発しました。 中央システムは11個のマイクロプロセッサでタスクと共通メモリを共有し、それぞれが2個のZ80を実行する分散コントローラのシリアル通信ネットワークに接続されていた。 9570>
分散コントローラ、ワークステーション、その他のコンピュータ要素間のデジタル通信（ピアツーピアアクセス）は、DCSの主な利点の1つであった。 プロセス・アプリケーションでは、決定論や冗長性といった特定の機能を組み込まなければならない重要な通信回線を提供するネットワークに注目が集まりました。 その結果、多くのサプライヤーがIEEE 802.4ネットワーク規格を採用しました。 この決定は、情報技術がプロセスオートメーションに移行し、IEEE 802.4 ではなく IEEE 802.3 が制御 LAN として普及したときに必要な移行の波の舞台を設定しました。
1980年代のネットワーク中心の時代編集
1980年代に、ユーザーは DCS を単なる基本プロセス制御以上として見るようになりました。 ダイレクト・デジタル・コントロールDCSの非常に初期の例は、1981年から82年にかけてオーストラリアの企業MidacがR-Tec Australianの設計したハードウェアを使って完成させたものです。 メルボルン大学に設置されたこのシステムは、シリアル通信ネットワークを使って、キャンパスの建物とコントロールルームの「フロントエンド」を結んでいました。 各リモートユニットは 2 つの Z80 マイクロプロセッサを実行し、フロントエンドはタスクを共有するためにページングされた共通メモリを備えた並列処理構成で 11 の Z80 を実行し、最大 20,000 同時制御オブジェクトを実行することができました。 DCS のオープン性を高める最初の試みは、当時の主流であったオペレーティング システムの採用という結果になりました。 UNIXである。 UNIX とそれに付随するネットワーク技術 TCP-IP は、米国国防総省がオープン性を重視して開発したもので、まさにプロセス産業が解決しようとしていた問題でした。 TCP/IP 規格は完全には実装されませんでしたが、イーサネットの使用により、オブジェクト管理とグローバル データ アクセス技術の最初のインスタンスを実装することが可能になりました。 1980年代には、DCSのインフラに初めてPLCが統合されました。 オートメーション・システムの拡張を利用するために、工場全体の履歴書も登場しました。 UNIX およびイーサネットネットワーキング技術を採用した最初の DCS サプライヤは Foxboro で、1987 年に I/A Series システムを発表しました。 この時期に行われた最大の移行は、おそらく UNIX オペレーティング システムから Windows 環境への移行でしょう。 制御アプリケーション用のリアルタイム オペレーティング システム (RTOS) の領域は、依然として UNIX のリアルタイム商用バージョンまたは独自のオペレーティング システムによって支配されていますが、リアルタイム制御以上のものはすべて Windows に移行しました。 また、インターネット技術もオートメーションや世の中に浸透し始め、ほとんどのDCS HMIがインターネット接続をサポートするようになりました。 1990年代は「フィールドバス戦争」でも知られ、4-20ミリアンペアのアナログ通信に代わり、フィールド機器とのデジタル通信を行うIECフィールドバス標準となるものをライバル組織が競って定義しました。 フィールドバスが最初に導入されたのは1990年代である。 10年代の終わりには、この技術は大きな勢いを見せ始め、Ethernet I/P、Foundation Fieldbus、Profibus PAといったプロセスオートメーション・アプリケーションを中心に市場が形成されました。 ロックウェルPlantPAxシステム、ハネウェルExperion & Plantscape SCADAシステム、ABB System 800xA、エマソン・プロセス・マネジメントDeltaV制御システム、シーメンスSPPA-T3000またはSimatic PCS 7、フォーブス・マーシャル Microcon+制御システム、アズビル株式会社 Harmonas-DEO systemなどフィールドバスによる機能性を最大限に生かすために一から新しいシステムを構築したサプライヤーもあります。 フィールドバス技術は、機械、ドライブ、品質および状態監視アプリケーションを1つのDCSに統合するために、Valmet DNAシステムで使用されています
しかしながら、COTSの影響はハードウェア層で最も顕著に現れました。 長年、DCSサプライヤーの主なビジネスは、大量のハードウェア、特にI/Oとコントローラを供給することでした。 DCSの普及当初は、このハードウェアを大量に搭載する必要があったが、そのほとんどはDCSサプライヤーがボトムアップで製造したものだった。 しかし、Intel や Motorola などのメーカーによる標準的なコンピューター コンポーネントは、DCS サプライヤーが独自のコンポーネント、ワークステーション、およびネットワーク ハードウェアを作り続けるにはコストがかかりすぎるものでした。 COTS は、サプライヤーにとって製造コストの低下につながっただけでなく、エンド ユーザーにとっても価格が着実に低下し、エンド ユーザーは不当に高いハードウェア コストと認識し、ますます声を上げるようになりました。 ロックウェル・オートメーションやシーメンスなど、PLC事業に強かったサプライヤーは、制御用ハードウェアの製造ノウハウを活かしてDCS市場に参入し、コスト効率の高い製品を提供することができたが、これらの新興システムの安定性/拡張性/信頼性/機能性はまだ改善中である。 従来のDCSサプライヤーは、最新の通信規格とIEC規格に基づいた新世代のDCSシステムを導入し、その結果、従来のPLCとDCSのコンセプトや機能を1つにまとめ、「プロセスオートメーションシステム」（PAS）と名付けたソリューションが登場しました。 しかし、データベースの整合性、プリエンジニアリング機能、システムの成熟度、通信の透過性、信頼性など、さまざまなシステム間のギャップが残っています。 コストの比率は比較的同じと思われるが（システムが高性能になるほど高価になる）、自動化ビジネスの現実はケースバイケースで戦略的に運用されていることが多い。 現在の次の進化ステップは、Collaborative Process Automation Systemsと呼ばれています。
さらに問題を複雑にするのは、サプライヤーもハードウェア市場が飽和状態になりつつあることに気づいていたことです。 I/Oや配線などのハードウェア・コンポーネントのライフサイクルも、通常15年から20年以上であり、交換市場としては厳しい状況です。 1970年代から1980年代にかけて導入された古いシステムが現在も多く使用されており、市場には耐用年数を迎えようとしているシステムが相当数設置されている。 北米、ヨーロッパ、および日本の先進工業国では、すでに何千台もの DCS が設置されており、新しいプラントはほとんど建設されていないため、新しいハードウェアの市場は、中国、ラテン アメリカ、東ヨーロッパなどの、成長は速いものの、より小さな地域に急速に移行していました。 これは現在も続いている移行である。 サプライヤーが提供するアプリケーションのポートフォリオは90年代に大幅に拡大し、生産管理、モデルベース制御、リアルタイム最適化、プラント資産管理（PAM）、リアルタイムパフォーマンス管理（RPM）ツール、アラーム管理、その他多くの分野を含むようになりました。 しかし、これらのアプリケーションから真の価値を得るためには、多くの場合、かなりのサービス内容が必要であり、サプライヤーもそれを提供している。
最新システム（2010年以降）編集
DCSの最新開発には、次のような新技術がある。
- ワイヤレスシステムとプロトコル
- リモート伝送、ロギング、データヒストリアン
- モバイルインターフェースとコントロール
- 組み込み型Webサーバー
皮肉にも、ますます多くのDCSはプラントレベルで集中管理されており、リモート機器へのログインが可能になってきている。 これは、ワイヤレスとリモートアクセスによる相互接続性により、物理的な場所の重要性が低下するため、オペレータは企業レベル（マクロ）と機器レベル（ミクロ）の両方で、工場内外の制御が可能になります。 DCSコントローラは、現在、多くの場合、組み込みサーバーを備え、外出先からのウェブアクセスを提供しています。 DCS が Industrial Internet of Things (IIOT) をリードするのか、それとも IIOT から主要な要素を借りるのかは、まだわかりません。
多くのベンダーが、Android と iOS の両方に対応したモバイル HMI のオプションを提供しています。 これらのインターフェイスにより、セキュリティ侵害の脅威や、プラントやプロセスへの損害の可能性が現実味を帯びてきました
。