سامانه کنترل صنعتی
تاریخچه

کنترل فرایند کارخانه‌های صنعتی بزرگ طی مراحل بسیاری تکامل یافته‌است. در ابتدا، کنترل از پانل‌های محلی به کارخانه فرایند بود. با این حال، این امر مستلزم حضور پرسنل در این پانل‌های پراکنده بود و هیچ دیدگاه کلی از روند وجود نداشت. توسعه منطقی بعدی، انتقال تمام اندازه‌گیری‌های کارخانه به یک اتاق کنترل مرکزی با سرنشین دائمی بود. غالباً کنترل‌کننده‌ها پشت پانل‌های اتاق کنترل قرار داشتند و تمام خروجی‌های کنترل خودکار و دستی به صورت جداگانه به شکل سیگنال‌های پنوماتیک یا الکتریکی به کارخانه منتقل می‌شدند. عملاً این متمرکز شدن تمام پانل‌های بومی سازی شده با مزایای کاهش نیاز به نیروی انسانی و نمای کلی یکپارچه فرایند بود.
با این حال، این آرایش غیرقابل انعطاف بود زیرا هر حلقه کنترلی، سخت‌افزار کنترل کننده خود را داشت؛ بنابراین تغییرات سیستم نیاز به پیکربندی مجدد سیگنال‌ها با لوله گذاری مجدد یا سیم کشی مجدد داشت. همچنین به حرکت مداوم اپراتور در یک اتاق کنترل بزرگ برای نظارت بر کل فرایند نیاز داشت. با آمدن پردازنده‌های الکترونیکی، شبکه‌های سیگنالینگ الکترونیکی پرسرعت و نمایشگرهای گرافیکی الکترونیکی، جایگزینی این کنترل‌کننده‌های گسسته با الگوریتم‌های رایانه‌ای که روی شبکه‌ای از قفسه‌های ورودی و خروجی با پردازنده‌های کنترلی خودشان میزبانی می‌شوند، ممکن شد. اینها می‌توانند در اطراف کارخانه توزیع شوند و با نمایشگرهای گرافیکی در اتاق کنترل ارتباط برقرار کنند.
معرفی کنترل توزیع شده امکان اتصال انعطاف‌پذیر و پیکربندی مجدد کنترل‌های کارخانه مانند حلقه‌های آبشاری و اینترلاک‌ها و ارتباط با سایر سیستم‌های کامپیوتری تولیدی را فراهم کرد. این کنترل پیچیده زنگ هشدار را فعال کرد، ثبت رویدادهای خودکار را معرفی کرد، نیاز به رکوردهای فیزیکی مانند ضبط کننده نمودار را حذف کرد، به قفسه‌های کنترل اجازه داد تا شبکه ای شوند و در نتیجه به صورت محلی در کارخانه قرار گیرند تا کابل کشی کاهش یابد. در حالی که DCS برای پاسخگویی به نیازهای فرآیندهای صنعتی پیوسته بزرگ طراحی شده بود، در صنایعی که منطق ترکیبی و ترتیبی نیاز اولیه بود، PLC از نیاز به جایگزینی قفسه‌ها و تایمرهای مورد استفاده برای کنترل رویداد محور تکامل یافت. پیکربندی و اشکال زدایی مجدد کنترل‌های قدیمی دشوار بود و کنترل PLC شبکه سیگنال‌ها را به یک منطقه کنترل مرکزی با نمایشگرهای الکترونیکی فعال می‌کرد. PLCها برای اولین بار برای صنعت خودرو در خطوط تولید خودرو، که در آن منطق ترتیبی بسیار پیچیده می‌شد، توسعه یافتند.
تاریخچه SCADA ریشه در کاربردهای توزیع دارد، مانند خطوط لوله برق، گاز طبیعی و آب. جایی که نیاز به جمع‌آوری داده‌های راه دور از طریق پیوندهای با پهنای باند کم و با تأخیر بالا بالقوه غیرقابل اعتماد یا متناوب است. سیستم‌های اسکادا از کنترل حلقه باز با سایت‌هایی استفاده می‌کنند که به‌طور گسترده از نظر جغرافیایی از هم جدا شده‌اند. یک سیستم SCADA از واحدهای پایانه راه دور (RTUs) برای ارسال داده‌های نظارتی به یک مرکز کنترل استفاده می‌کند. اکثر سیستم‌های RTU همیشه دارای ظرفیتی برای کنترل محلی بودند در حالی که ایستگاه اصلی در دسترس نیست. با این حال، در طول سال‌ها، سیستم‌های RTU بیشتر و بیشتر رشد کرده‌اند و توانایی کنترل محلی را دارند.
با گذشت زمان، مرزهای بین سیستم‌های DCS و SCADA/PLC محو می‌شوند. محدودیت‌های فنی که طراحی‌های این سیستم‌های مختلف را به‌وجود آورده‌اند، دیگر چندان مشکل‌ساز نیستند. بسیاری از پلتفرم‌های PLC اکنون می‌توانند با استفاده از ورودی و خروجی از راه دور به خوبی به عنوان یک DCS کوچک عمل کنند و به اندازه‌ای قابل اعتماد هستند که برخی از سیستم‌های SCADA را در فواصل طولانی مدیریت می‌کنند. با افزایش سرعت پردازنده‌های امروزی، بسیاری از محصولات DCS دارای یک سری کامل از زیرسیستم‌های PLC هستند که در ابتدای توسعه ارائه نشده‌اند.
در سال ۱۹۹۳، صنعت به سمت افزایش استانداردسازی کد با نرم‌افزار و مستقل شدن از سخت‌افزار حرکت کرد. برای اولین بار، برنامه‌نویسی شی گرا (OOP) در سیستم‌های کنترل صنعتی امکان‌پذیر شد. این امر منجر به توسعه کنترل‌کننده‌های اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی (PAC) و رایانه‌های شخصی صنعتی (IPC) شد. اینها پلتفرم‌هایی هستند که در پنج زبان استاندارد IEC برنامه‌ریزی شده‌اند: منطق نردبانی، متن ساختاریافته، بلوک تابع، لیست دستورالعمل‌ها و نمودار تابع متوالی. آنها همچنین می‌توانند در زبان‌های سطح بالا و مدرن مانند C یا C++ برنامه‌ریزی شوند. علاوه بر این، آنها مدل‌های توسعه یافته در ابزارهای تحلیلی مانند MATLAB و Simulink را می‌پذیرند. IPCها از مزیت پردازنده‌های چند هسته‌ای قدرتمند با هزینه‌های سخت‌افزاری بسیار پایین‌تر نسبت به PLCهای سنتی برخوردارند. پلتفرم‌ها و فناوری سخت‌افزاری جدید به‌طور قابل توجهی به تکامل سیستم‌های DCS و SCADA کمک کرده‌اند و مرزها را بیشتر محو کرده و تعاریف را تغییر می‌دهند.