نیاز بشر به هوشمند سازی و اتوماسیون شدن

در سال­های گذشته، استفاده از دستگاه­ های هوشمند و حوزه­ اتوبوس ­ها (field buses) سیستم کنترل توزیع شده را ایجاد کرده است تا در پردازش ­های صنعتی بزرگ و پیچیده در قیاس با سیستم کنترل مرکزی قبلی نقشی برجسته ایفا نماید. این توزیع  معماری سیستم کنترل حول کارخانه باعث ایجاد راه ­هایی موثرتر برای بهبود اطمینان پذیری کنترل، کیفیت پردازش و کارآمدی کارخانه شده است.

امروزه، سیستم کنترل توزیع شده در بسیاری از حوزه­ های صنعتی مانندکارخانجات شیمیایی، صنایع نفت و گاز، قسمت­های پردازش غذا،کارخانجات انرژی هسته­ ای،سیستم­ های کنترل آب،صنایع اتومبیل و غیره یافت خواهند شد.

سیستم هوشمند DCS چیست ؟

DCS مخفف Disterbuted Control System یعنی سیستم کنترل توزیع شده می باشد در واقع یک سیستم کنترل توزیع ­شده یک سیستم کنترل خودکار شده­ و با طراحی ویژه می باشد که متشکل از المان­ های کنترل توزیع­ شده از نظر جغرافیایی در کارخانه یا حوزه­ کنترل می باشد.

این سیستم با سیستم کنترل مرکزی که در آن یک کنترل کننده­ واحد در مکان مرکزی عمل کنترل را مدیریت خواهد کرد،

متفاوت است، بلکه در DCS هر المان پردازش یا ماشین یا گروهی از ماشین­ها به وسیله­ یک کنترل کننده­ تخصصی کنترل خواهد شد. DCS متشکل از تعداد زیادی کنترل کننده­ محلی در قسمت­های مختلف حوزه­ کنترل کارخانه است و از طریق یک شبکه­ ارتباطی سرعت بالا به اینترنت متصل است.

در سیستم کنترل DCS اکتساب دیتا و عمل کنترل از راه تعدادی از کنترل کننده ­های DCS حمل می­شود که قسمت­ های  با بیس میکروپروسسور از نطر عملکردی و جغرافیایی در کارخانه توزیع خواهند شد و نزدیک مناطقی که در آن عمل­های کنترل و جمع ­آوری دیتا در حال انجام است،

کارگذاری خواهند شدکه در شکل بالا هم مشخص است. این کنترل کننده­ ها قادر به ارتباط بین خودشان و همچنین با دیگر کنترل کننده­ ها مثل ترمینال­های نظارتی،ترمینال­های عملگر،تاریخ نگارها و غیره هستند.

کارکرد کنترلرها 

کنترلرهای اتوماتیک منفرد توزیع شده،به دستگاه­ های میدانی مانند سنسورها و محرک­ها متصل می­شوند.

این کنترلرها به اشتراک گذاری دیتای جمع ­آوری شده به کنترلرهای سلسله­ای دیگر از طریق میدان­های اتوبوس مختلف،تضمین می­کند.

میدان­های­ اتوبوس مختلق یا پروتکل­های ارتباطی استاندارد برای راه ­اندازی ارتباط بین کنترلرها استفاده می­ شوند.بعضی از این­ها شامل profibus , HART, arc net, Modbus و غیره می­شود.

DCS برای پردازش­ها یا تولیدهای با مقیاس بزرگ که در آن تعداد زیادی حلقه­ کنترل پیوسته قرار است رصد و کنترل شود،

مناسب ترین است.برتری عمده­ وظایف کنترلی تقسیم شده برای کنترلرهای توزیع شده این است که اگر هرکدام از اجزاء DCS خوب عمل نکند،کارخانه می­تواند بدون توجه به قسمت معیوب به کارش ادامه دهد.

معماری سیستم کنترل توزیع شده

همانطور که از نامش معلوم است، DCS سه کیفیت عمده دارد.اولی توزیع عمل­ های متعدد کنترل در مجموعه­ های نسبتا کوچک از سیستم­های فرعی می باشد که نیمه خود مختار هستند و از طریق یک اتوبوس ارتباطی سرعت بالا با هم در ارتباطند.

بعضی از این عمل­ها شامل اکتساب داده، ارائه­ داده، کنترل پردازش، نظارت پردازش، گزارش اطلاعات، ذخیره و بازیابی اطلاعات می­شود.

بخش دوم DCS اتوماسیون صنعتی پردازش تولید به وسیله­ استراتژی­های کنترل پیشرفته­ ادغام کننده است.و مشخصه­ سوم،آرایش اشیاء به عنوان یک سیستم است.

DCS کل ساختار کنترل را به عنوان یک سیستم اتوماسیون واحد سازمان دهی می­کند که در آن سیستم­های فرعی مختلف از طریق یک ساختار فرماندهی مناسب و جریان اطلاعات،بهم پیوسته و متحد خواهند شد.

این بخش­های DCS در معماری اش که در دیاگرام زیر نشان داده شده، قابل مشاهده می باشد. المان­های پایه­ ای شامل شده در یک DCS شامل استگاه کار مهندسی،سیستم عامل یا HMI،قسمت کنترل پردازش یا قسمت کنترل محلی،دستگاه­های هوشمند و سیستم ارتباطی می­شود.

ایستگاه کار مهندسی هوشمند سازی

این کنترلر نظارتی روی تمام سیستم کنترل توزیع شده است.

همین امر قارد خواهد بود که یک PC یا هر کامپیوتر دیگری که نرم افزار مهندسی ارائه دهد(برای مثال،مهندسی control builder F در مورد سیستم کنترل توزیع شده­ ABB).

این دستگاه مهندسی ابزار موقعیت قدرتمندی ارائه می­دهد که به کاربر اجازه می­دهد تا اعمال مهندسی

مانند خلق حلقه­ های جدید، خلق ورودی و نقاط خروجی مختلف، اصلاح منطق­های کنترل پی در پی و پیوسته، موقعیت دهی دستگاه­ های توزیع­ شده­ مختلف، آماده کردن اسناد برای هر ورودی/خروجی دستگاه و غیره را صورت پذیرد.

سیستم عامل یا HMI

این برای اجرا، نظارت و کنترل پارامترهای کارخانه استفاده خواهند شد.

این می­تواند PC و یا هر دستگاه نظارت دیگری باشد که یک نرم افزار جدا روی اپراتور دارد و می­تواند مقادیر پارامتر پردازش و نتیجتا انجام عمل کنترل را ببیند.

برای مثال،این یک نرم ­افزار DigiVis است که می­تواند روی یک محیط PC ساده در مورد ABB DCS، اجرا(run) شود.

ایستگاه­های عامل توان این را دارند یک قسمت واحد یا چند قسمت باشد که قسمت واحد اعمالی مانند نمایش مقدار پارامترها، نمایش گرایش (trend) ،هشداردهندگی و غیره را انجام دهد.

در صورتی که قسمت چندگانه یا PCs اعمال منفرد را انجام می­دهند، مثلا چند  PC پارامتر را نشان می­دهند، بعضی برای آرشیو گرایش است، بعضی برای ثبت دیتا و بدست آوردن و غیره.

قسمت کنترل پردازش DCS

این همچنین به عنوان یک قسمت کنترل محلی، کنترلر توزیع یا ایستگاه پردازش، یاد خواهد شد. یک سیستم کنترل توزیع شده می­تواند متشکل از یک یا چند ایستگاه پردازش می باشد که می­تواند با انواع مختلف قسمت I/O گسترش یابند.

این کنترلرها متشکل از یک مدول CPU قوی، میدان اتوبوس یا مدول ارتباطی با قابلیت میدان اتوبوس گسترش یافته و I/O متصل به صورت مستقیم و یا از راه دور است.

دستگاه­های میدانی مثل  سنسورها و محرک­ها به مدول­های I/O از این قسمت، متصل می­شوند.

برخی دستگاه­های میدانی می­توانند مستقیما به میدان اتوبوس(مثلا profibus) بدون هیچ مدول I/O متصل شوند که می­تواند به عنوان دستگاه­های میدانی هوشمند  شناسایی شوند.

این قسمت­ها اطلاعات را از سنسورهای مختلف دیگر از راه مدول ورودی به دست می ­آورند، بر اساس منطق کنترل آنالیز و پردازش می­کنند

و سیگنال­های خروجی را از راه مدول خروجی ارسال می نمایندتا کنترلی روی محرک­ها و ایستگاه­های تقویت داشته باشند.

برای مثال مدول AC800F به عنوان یک ایستگاه پردازش عمل می­کند که مسئول به دست آوردن و کنترل کردن دیتا از پردازش می باشد.

این قسمت متشکل از یک تدارک نیرو در کنار قسمت CPU، قسمت Ethernet،قسمت profibus و قسمت سطح مشترک ارتباطی از راه دور برای سطح مشترک I/O است که در شکل نمایش داده شده که ابتدایی ترین مدول قسمت AC 800F می باشد و دیگری ریموت I/O است(مدول سطح مشترک ارتباطی هم گفته می­شود).

سیستم هوشمند ارتباطی

ارتباط میانی نقشی اساسی در تمام سیستم کنترل توزیع شده بوجود می آید. این قسمت ارتباط داخلی را بین ایستگاه مهندسی ، ایستگاه عامل، ایستگاه پردازش و دستگاه­های هوشمند ایجاد می­کند. اطلاعات را از یک ایستگاه به ایستگاه دیگر حمل می­کند.

پروتکل­های ارتباطی مشترک استفاده شده در DCS شامل Ethernet، profibus، Foundation Field Bus، DeviceNet، Modbus و غیره خواهند شد.

استفاده از یک پروتکل برای کل DCS اجباری ندارد، بعضی سطوح می­توانند از یک شبکه استفاده کنند و بعضی سطوح از شبکه­ های مختلف استفاده می­کنند.

برای مثال در نظر داشته باشید که دستگاه­های میدانی، I/O توزیع شده و ایستگاه پردازش در ارتباط داخلی با profibus هستند در حالیکه ارتباط بین ایستگاه مهندسی، HMI و ایستگاه پردازش از طریق Ethernet انجام می­شود که در شکل زیر نمایان هستند.

برتری عمده­ DCS فراوانی در برخی یا همه­ سطوح حوزه­ کنترل می باشد.

بسیاری از موارد پردازش­های بحرانی با کنترلرهای افزونه و شبکه ­های ارتباطی افزونه نصب خواهند شد، مثل آن مساله که در خط پردازش اصلی نباید اعمال نظارت و کنترل را تحت تاثیر قرار دهد که این به علت قسمت پردازش افزونه می باشد.

برگ نما بستری رایگان برای معرفی محصولات فعالان در حوزه صنعت برق 

 لامپ ، آیفون تصویری، درب اتوماتیک، باتری  ، محصولات مخابراتی ، تجهیزات اندازه گیری و ابزار دقیق ،

الکترونیک ، صنایع روشنایی ، اتوماسیون صنعتی   و  …

با برگ نما بهتر دیده شوید

منبع: سایت http://www.electricaltechnology.org/