سیستم های کنترل

سیستم های کنترل در مجتمع های بزرگ

سیستم های کنترل در مجتمع های بزرگ : امروزه سیستم های

کنترل رکن اصلی هدایت پروسه ها در مراکز بزرگ صنعتی محسوب می

شوند. منظور از مجتمع های بزرگ مجموعه هایی چون:

• پالایشگاه های نفت وگاز
• مجتمع های پتروشیمی
• نبروگاه های آبی، بخاری و سیکل ترکیبی
• کارخانجات تولید فولاد، مس و مواد معدنی
• کارخانجات سیمان

و موارد دیگری که در مقیاس اینگونه صنایع هستند، می باشد.

Decentralized Control System ) DCS)

در سیستم توزیع شده تصمیم گیریها به صورت محلی صورت می گیرد

و چندین نقطه کنترلی وجود دارد که به طور مستقل از هم عمل می کنند

اما با یکدیگر در ارتباط هستند. در این سیستم، دستگاههای لایه

پایینی هوشمند بوده و کاربر مطابق نیاز خودش قادر به برنامه ریزی

این ابزاردقیق می باشد. این دستگاههای هوشمند باید قادر باشند

از طریق شبکه با سایر قسمت ها ارتباط برقرار کنند و به ابزار

ذخیره سازی اطلاعات دسترسی مستقیم داشته باشند

این تیپ سیستمهای کنترلی را اصطلاحا ” سیستمهای کنترل غیر متمرکز ” یا

نامیده می شوند،

گرچه امروزه عبارت ( Decentralized Control System )

متداولتر از  ( Distributed Control System ) است.

ساختار سیستم هایDCS Architecture ) DCS)

• ساختار متمرکز Centralized Architecture))

تا قبل از به کار گیری DCS ها در عرصه صنعت ، در سیستمهای

کنترل بزرگ که در کارخانه های عظیمی نظیر پتروشیمی

و پالایشگاه استفاده می شد، تمامی عملیات ریاضی

و منطقی تنها در کامپیوتر مرکزی انجام می شد و کنترلرها

ها تنها نقش واسطه برای ارسال اطلاعات دریافتی

از Field Instrument به کامپیوتر مرکزی و بالعکس اجرای

فرامین دریافتی از کامپیوتر مرکزی روی Actuator

را بازی کردند و هیچ گونه تبادل اطلاعاتی با هم نداشتند.

عیب اصلی این سیستم تمرکز زیاد پردازش اطلاعات و عملیات ریاضی

و منطقی در یک نقطه ( کامپیوتر مرکزی ) به شمار می رفت.

یعنی در صورت بروز اشکال در کامپیوتر مرکزی ، کل سیستم کنترل از کار می افتاد.

• ساختارغیر متمرکز (Decentralized Architecture)

سیستم های  Decentralized Control System ) DCS) در واقع

راهکاری برای رفع ضعف های سیستم های متمرکز محسوب می شدند .

بدین شکل که پردازش اطلاعات بین کنترلرهای یکسان تقسیم می شد،

در عین حال یک شبکه ارتباطی نیز بین کنترلر ها موجود بود

وتبادل اطلاعات بین آنها به آسانی انجام می گرفت.

اجزای یک سیستم DCS

یک سیستم DCS متعارف را می توان با هرم زیر نشان داد:

پیکره یک سیستم DCS به طور کلی به سه بخش تقسیم می شود:

• Field Level
• Control Level
• Monitoring Level

آشنایی با نرم افزار سیستم های DCS

 

نرم افزار رکن اصلی یک سیستم DCS محسوب می شود.

چدر واقع قدرت و اعتبار یک سیستم DCS بستگی تام به نرم افزار آن دارد.

سازنده یک سیستم DCS معمولا به همراه سخت افزار خود ،

یک بسته نرم افزاری جامع ارائه می دهد که شامل قسمت

های مختلفی برای انجام کارهایی نظیر طراحی صفحات گرافیکی ،

نوشتن برنامه برای هریک از کنترلرها وConfigure کردن شبکه می باشد.

یکی از تفاوت های اصلی  PLC و DCS در زمان مهندسی

و نحوه برنامه نویسی آنهاست. به زبان یک برنامه نویس

می توان گفت در مهندسی سیستم DCS در واقع کدی

نوشته نمی شود بلکه از مجموعه کاملی از توابع که

قبلا توسط سازنده سیستم DCS به طور استاندارد طراحی

و در کتابخانه های نرم افزاری قرار داده شده است،

استفاده می شود.این کتابخانه شامل مجموعه ای

ازتوابع ریاضی ، منطقی و انواع دیگر می باشد. این

درحالیست که برنامه نویسی در PLC ها تقریبا از صفر

آغاز می شود و یک مهندس سیستم باید ابتدا تمامی

بلوک های اصلی برنامه نظیر Function Black های مورد

نیاز برای کنترل المان هایی چون پمپ ، موتور ، والو،

کنترل والو و امثالهم را طراحی کرده و سپس از آنها برای ساخت

برنامه استفاده کند. این بلوک ها باید به دقت طراحی و تست شوند ،

وگرنه در صورت بروز اشکالات بعدی زمان زیادی

صرف برطرف کردن ایرادات به وجود آمده خواهد شد .

ساختار نرم افزار

به طور کلی نرم افزار سیستم های DCS شامل بخش های زیر می باشد:

• Hardware Configuration
• Network Configuration
• Program Development
• Graphic Design

Hardware Configuration

در این بخش پیکربندی سخت افزار مورد نیاز برحسب I/O لیست

تهیه شده، به شکل I/O در این بخش پیکربندی سخت افزار مورد

نیاز برحسب گرافیکی طراحی می شود. تمامی کارت های

ورودی / خروجی آدرس دهی می شوند و تنظیمات مورد نیاز

روی کارت های مختلف اعم از کارت CPU،

کارت های شبکه و غیره پیاده سازی می شود.

Network Configuration

در این بخش ساختار شبکه ارتباطی بین کنترلرها و سایر

اجزای سیستم از جمله OS ها و ES ها طراحی و تنظیمات

مورد نیاز شامل آدرس دهی به node ها،

انتخاب نوع پروتکل ارتباطی وموارد دیگر اعمال می شود.

Program Development

این قسمت بخشی است که طراحی و پیاده سازی منطق

کارکرد برای کنترلرهای مختلف انجام می شود که شامل

تفصیلات بسیار زیادی نیز می باشد. در ادامه ساختار

برنامه کنترلی در یک DCS تشریح می شود.

Graphic Design

در این قسمت طراحی صفحات گرافیکی براساس نقشه های

تهیه شده صورت می گیرد. همچنین پیاده سازی سیستم

Alarm و Event و نیز نمایش و ذخیره سازی منحنی ها

نیز در این قسمت انجام می گیرد. Detail

کار به مراتب بیشتر از قسمت برنامه نویسی است.

به زبان یک برنامه نویس می توان گفت در مهندسی سیستم DCS

در واقع کدی نوشته نمی شود بلکه از مجموعه کاملی

از توابع که قبلا توسط سازنده سیستم DCS به طور استاندارد طراحی

و در کتابخانه های نرم افزاری قرار داده شده است، استفاده می شود.

این کتابخانه شامل مجموعه ای از توابع ریاضی ، منطقی

و انواع دیگر می باشد. در عمل یک مهندس DCS، پس

از طراحی ساختار کلی سیستم و مشخص شدن تعداد

و وظایف هر یک از کنترلرها ، توابع مورد نیاز را از کتابخانه

انتخاب کرده و به شکل یک پازل کنار هم قرار می دهد

تا فرآیند کنترلی مورد نظر را پیاده سازی کند .

البته این امکان وجود دارد که در صورت نیاز

یک تابع جدید طراحی و به کتابخانه اضافه شود.

آشنایی با DCS های معتبر دنیا

تکنولوژی طراحی و تولید سیستمهای DCS با توجه

به گستردگی و پیچیدگی آنها تنها در اختیار سازندگان

محدودی است که تعداد آنها نیز از انگشتان دو دست

تجاوز نمی کند. در ادامه به معرفی سازندگان مطرح

روز در دنیا و مشخصات سیستم های

ارائه شده توسط آنها خواهیم پرداخت به شرح زیر:

هدف از این معرفی تنها آشنا شدن خواننده با سیستم های روز به کار گرفته شده در صنعت است.

معرفی سیستم Industrial IT از شرکت ABB

• نام تجاری سیستم DCS : Industrial IT
• شرکت سازنده : ABB (ASEA Brown Boveri)

سیستمهای ارائه شده

آخرین سیستم DCS ساخت Industrial IT 800x ABB

نام دارد که مبتنی بر شبکه Ethernet و سیستم

عامل Windows می باشد.

از مدل های قبلی DCS ساخت ABB می توان Freelance2000

و Symphony / Harmony را نام برد

که مدل بهبود یافته Bailery INFI90 محسوب می شود.

معرفی سیستم Delta V از شرکت Fisher-Rosemount

• نام تجاری سیستم DCS: Delta V
• شرکت سازنده: Fisher – Rosemount از گروه Emerson

سیستمهای ارائه شده

DCS های قبلی این شرکت به ترتیب RS3

و (ساخت Rosemount) PROVOX (ساخت Fisher)

نام داشتند که هر دو مبتنی بر Windows بودند.

در حال حاضر آخرین سیستم DCS این شرکت

با نام تجاری DeltaV عرضه می شود که

سیستم کنترلی مبتنی بر شبکه Ethernet

و سیستم عامل Windows XP می باشد.

معرفی سیستم I/A Series از شرکت FOXBORO

• نام تجاری سیستم DCS: I/A Series
• شرکت سازنده: FOXBORO از گروه Invensys

سیستمهای ارائه شده

DCS فعلی این شرکت سیستم I/A 50 Series

و I/A 70 Series است که مبتنی بر شبکه Ethernet است

و هر دو سیستم عامل Windows و UNIX را پشتیبانی می کند.

مدل های قدیمیتر I/A 20 Series (مبتنی بر تکنولوژی 286) و

I/A 30 Series (مبتنی بر تکنولوژی 386) به ترتیب

در اواخر دهه هشتاد و اوایل دهه نود میلادی

به بازار آمدند. تفاوت اصلی آنها در نوع پروسسورشان بود.

FOXBORO همچنین سیستم دیگری

به نام A2 دارد که یک DCS کوچک در مقیاس PLC است.

معرفی سیستم PKS Experion ازشرکت Honeywell

• نام تجاری سیستم DCS: (Process Knowledge System)
• شرکت سازنده: Honeywell

تاریخچه

شرکت آمریکایی Honey well به سال 1904

در ایالت ایندیاتای آمریکا تاسیس شد و در

آغاز در زمینه سیستمهای گرمایشی فعالیت می نمود .

Honeywell جزو اولین سازندگان سیستم DCS محسوب می شود.

سیستمهای ارائه شده

اولین سیستم DCS ساخت Honeywell ، TDC2000 نام داشت

که بعد ها با مدل TDC3000 که هنوز هم در بسیاری صنایع استفاده می شود.

مدل های بعدی TPS  Total Plant Solution و TotalScape نام داشت

و در حال حاضر آخرین DCS ساخت این شرکت ، Experion PKS

نام دارد که مبتنی بر نوع بهبود یافته Ethernet به نام

FTE (Fault Tolerant Ethernet) و سیستم عامل Windows XP می باشد.

معرفی سیستم PCS7 از شرکت SIEMENS

• نام تجاری سیستم DCS: PCS7 (Process Control System)
• شرکت سازنده : SIEMENS A&D

تاریخچه

 زیمنس در سال 1847 به عنوان ارائه دهنده خدمات تلگراف

در آلمان تاسیس شد و در سال های بعد به فعالیت در زمینه

برق و کنترل پرداخت اولین سیستم کنترل مدولار زیمنس

به نام SIMATIC در سال 1959 عرضه شد. زیمنس هم

اکنون بزرگترین شرکت تولید کننده تجهیزات برق و کنترل

در اروپا به شمار می رود و دارای دپارتمان های متعدد در زمینه های مختلف است .

PCS7 از تولیدات دپارتمان A&D زیمنس محسوب می شود.

سیستمهای ارائه شده

آخرین Version سیستم PCS7 نسخه 6,0 می باشد

که مبتنی بر تکنولوژی Ethernet و سیستم عامل Windows XP می باشد.

مدل های قبلی روی سیستم عامل های

Windows2000(Version 5)، Windows NT4(Version 4) کار می کردند.

ساختار و معماری

شکل زیر معماری یک سیستم DCS مبتنی بر PCS7 را نشان می دهد.

مشخصات فنی سیستم

PCS7 بر مبنای مفهوم Client / Server کار می کند.

Bus اصلی آن Ethernet و I/O Bus ها از نوع Profibus هستند .

سخت افزار PCS7 مبتنی بر Hardware سری SIMATIC S7-400 می باشد

و برای کارت های I/O آن نیز از هر دو سری

S7-300 و S7-400 استفاده می شود . برای مانیتورینگ نیز نرم افزار

چند منظوره WinCC (که برای PLC های سری S7 نیز استفاده می شود) به کار می رود.

ظرفیت ایجاد Tag در سیستم مانیتورینگ تا 256000 عدد می باشد.

مشخصات Bus اصلی

باس اصلی سیستم Ethernet و Industrial Ethernet می باشد.

نحوه Expansion

برای اتصال کنترلر مرکزی به I/O Rack ها از شبکه Profibus-DP استفاده می شود.

سیستم مانیتورینگ

برای مانیتورینگ سیستم PCS7 از نرم افزار جامع WinCC استفاده می شود.

ویژگی های PCS7

PCS7 در مدل های Dual Redundant و Fail – Safe عرضه می شود

و در نتیجه می تواند برای نیاز مختلف به سادگی

استفاده شود و از لحاظ قیمت بسیار قابل رقابت باشد.

PCS7 قسمتی از مدل جامع اتوماسیون Plant ارائه شده

توسط شرکت زیمنس به نام TIA (Totally Integrated Automation) محسوب می شود.

TIA اتوماسیون را از سطح فیلد تا سطوح بالای مدیریت تولید در بر می گیرد.