آشنایی با سیستم های کنترل DCS “Distributed Control Systems”

همیار اتوماسیون صنعتی

در این مقاله به موضوع DCS و تفاوت های آن نسبت به سیستم کنترل PLC می‌پردازیم. دیدگاه خود را درباره این مقاله برای ما ارسال نمائید

سیستم های کنترل در مجتمع های بزرگ

امروزه سیستم 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
• نیروگاه 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.

مدل های مختلف کنترل

آنچه امروز برای اتوماسیون یک واحد صنعتی استفاده می شود، حاصل تحقیقات و پیشرفتی است که در چند دهه گذشته صورت گرفته است. این توسعه در دو شاخه به شرح زیر انجام شده است

• Factory Automation
• Process Automation

Factory Automation

منظور از Factory Automation یا به تعبیر بهتر کنترل مکانیسم هایی است که به صورت ON / OFF( خاموش / روشن) یا به عبارت دیگر با منطق ۰ و ۱ کار می کنند، می باشد. نمونه بازر آن خط تولید یک کارخانه اتوموبیل سازی است. در این مدل اتوماسیون اکثر سیگنال ها دیجیتال هستند

Plc هاسیستم هایی هستند که به این منظور طراحی و از دهه هفتاد به بعد در صنایع به کار گرفته شدند.

Process Automation

منظور از Process Automation کنترل متغیرهای پروسسی که عمدتا در حلقه های بسته  (Closed-Loop)  قرار دارند می باشد این مدل اتوماسیون در صنایعی نظیر نفت و گاز و پتروشیمی و سیمان و به طور کلی جایی که اکثر سیگنال ها آنالوگ هستند، به کار می رود.

 Pcs ها سیستم هایی هستند که به این منظور طراحی و از اواسط دهه هفتاد به بعد در صنایع به کار گرفته شدند آنچه امروز dcs نامیده می شود مدل بهبود یافته pcs هاست.

تعریف سیستم DCS – Decentralized Control System

یک dcs مجموعه ای است از کنترلر های با قابلیت پردازش بیش از یک حلقه ( Multi – Loop ) این کنترلر ها که با یکدیگر نیز مرتبط هستند و هر یک می توانند از طریق واحدهای ورودی / خروجی خود به Field – Instrument ها متصل شده و بین ۱۰ تا ۱۰۰ حلقه را کنترل نمایند.

ارتباط بین این کنترلرها از طریق شبکه های صنعتی استاندارد صورت می گیرد. این تیپ سیستمهای کنترلی را اصطلاحا ” سیستمهای کنترل غیر متمرکز ” یا (Decentralized Control System)  نامیده می شوند گرچه امروزه عبارت ( Distributed Control System ) متداولتر است.

ساختار سیستم های DCS  – DCS Architecture

ساختار متمرکز (Centralized Architecture)

تا قبل از به کار گیری DCS ها در عرصه صنعت ، در سیستمهای کنترل بزرگ که درPlant های عظیمی نظیر پتروشیمی و پالایشگاه استفاده می شد تمامی عملیات ریاضی و منطقی تنها در کامپیوتر مرکزی انجام می شد و کنترلرها 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 می 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 DCS  ( Decentralized Control System )  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 و تبادل اطلاعات بین آنها به آسانی انجام می گرفت

اجزای یک سیستم  DCS

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

• Field Level
• Control Level
• Monitoring Level

Engineering Station

ES یا Engineering Station کامپیوتری است که نرم افزار طراحی و مهندسی سیستم  DCS روی آن نصب می شود و کلیه عملیات مهندسی سیستم شامل download کردن برنامه در کنترلر ها ، تغییر در منطق برنامه و انجام اصلاحات و تغییرات در صفحات گرافیکی سیستم مانیتورینگ از طریق آن صورت می گیرد. معمولا ES در محل جداگانه ای نصب می شود.

بسته به وسعت و پراکندگی سیستم DCS ممکن است چند سیستم ES وجود داشته باشد.

Operating Station

OS  یاOperating Station  ایستگاه کاری اپراتورهاست روی این کامپیوترها صفحات گرافیکی به شکل Runtime (که غیر قابل edit باشد) load شده است OS ها بسته به معماری سیستم به طور مستقیم ، یا از طریق Server   به کنترلرها متصل هستند. اپراتورها می توانند مقادیر پروسسی را روی OS  مشاهده نمایند و یا فرامین کنترلی را از طریق آنها به کنترلرها ارسال کنند

مختصری درباره تفاوت های DCS و PLC

آشنایی با DCS های مطرح دنیا:

در این لیست به شرکت های مطرح دنیا در زمینه سیستم های DCS برای کنترل پروسه اشاره شده

• سیستم   Industrial IT           ساخت شرکت     ABB 
• سیستم      Delta V                  ساخت شرکت          Fisher-Rosemount
• سیستم      PCS7                    ساخت شرکت       SIEMENS
• سیستم     Experion PKS        ساخت شرکت       Honeywell
• سیستم     CENTUM 3000       ساخت شرکت       YOKOGAWA

معماری یک سیستم  DCS مبتنی بر Industrial IT 800 xA شرکت ABB

نمونه سیستم  DCS مبتنی بر Industrial IT 800 xA شرکت ABB

یک نمونه سیستم کنترل مرکزی که توسط سیستم DCS شرکت ABB خط تولید کارخانه را بصورت تمام اتوماتیک کنترل می نماید که متشکل است  از

• Aspect Server
• Connectivity Server
• Domain Server
• Engineering Station
• Display Client
• Controler ABB AC800M

نمونه صفحه گرافیکی طراحی شده توسط سیستم DCS شرکت ABB

منابع:

• کاملترین مرجع کاربردی PCS7 مهندس محمد رضا ماهر – انتشارات نگارنده دانش
• مرجع plc siemens step 7 مهندس حسن مروج – انتشارات پژوهشگران نشر دانشگاهی
• داکیومنت های شرکت ABB
• داکیومنت های شرکت siemens