کارخانههای تولیدی و صنایع روزبهروز پیشرفتهتر میشوند و در استفاده از تجهیزات جدید با یکدیگر رقابت میکنند. در سالهای اخیر، استفاده از دستگاههای هوشمند و فیلد باسها (field bus) باعث شده است که Dcs در کارخانههای صنعتی بزرگ و پیچیده در مقایسه با سیستمهای کنترل متمرکز سابق کاربرد بیشتری داشته باشد. شاید بپرسید که Dcs مخفف چیست؟ این کلمه مخفف عبارت distributed control system به معنای سیستم کنترل توزیعشده است. این سیستم منجر به بهبود قابلیت کنترل، افزایش کیفیت فرآیند و کارایی نیروگاهها و کارخانههای صنعتی میشود.
امروزه سیستم کنترل توزیعشده در بسیاری از زمینههای صنعتی مانند کارخانههای شیمیایی، صنایع نفت و گاز، واحدهای فرآوری مواد غذایی، نیروگاههای هستهای، سیستمهای مدیریت آب، صنایع خودروسازی و ... مورد استفاده قرار میگیرد. برای آشنایی با سیستمهای کنترل dcs و کاربردهای آن با ادامه این مقاله همراه باشید.
سیستم dcs چیست؟
سیستم کنترل توزیعشده (Dcs) یک سیستم کنترل خودکار است که از عناصر کنترلی توزیعشده در کارخانه یا منطقهی کنترل تشکیل میشود. این سیستم با سیستم کنترل متمرکز متفاوت است. سیستم کنترل متمرکز یک کنترلکننده به نام PLC دارد که در مرکز کارخانه قرار میگیرد و عملکرد دستگاهها را مدیریت میکند، اما در Dcs هر عنصر فرآیند یا ماشین یا گروهی از ماشینها توسط یک کنترلکننده اختصاصی کنترل میشوند. Dcs شامل تعداد زیادی کنترلکننده در بخشهای مختلف منطقه D کنترل نیروگاه یا کارخانه است که از طریق یک شبکه ارتباطی با سرعت بالا به هم متصل میشوند.
در سیستم Dcs، توابع جمعآوری و کنترل دادهها از طریق تعدادی از کنترلکنندههای Dcs انجام میشوند. این کنترلکنندهها واحدهای مبتنی بر ریزپردازنده هستند که به صورت عملکردی و جغرافیایی بر روی نیروگاه یا کارخانه توزیع شدهاند. این کنترلکنندهها میتوانند بین خود و همچنین با کنترلکنندههای دیگر مانند پایانههای نظارتی، پایانههای اپراتور و ... ارتباط برقرار کنند.
کنترلکنندههای خودکار توزیعشده به دستگاههای میدانی مانند سنسورها و محرکها متصل میشوند. این کنترلکنندهها دادههای جمعآوریشده را با سایر کنترلکنندهها به اشتراک میگذارند. برای برقراری ارتباط بین کنترلکنندهها از گذرگاههای میدانی مختلف یا پروتکلهای ارتباطی استاندارد استفاده میشود. برخی از این موارد عبارتاند از Profibus، HART، Arc net، Modbus و ...
Dcs برای کارخانههای فرآوری یا تولید در مقیاس بزرگ مناسب است که در آن تعداد زیادی حلقه کنترل پیوسته باید نظارت و کنترل شوند. مزیت اصلی تقسیم وظایف کنترل برای کنترلکنندههای توزیعشده این است که اگر هر بخشی از Dcs از کار بیفتد، سیستم یا کارخانه میتواند بدون توجه به بخش معیوب به کار خود ادامه دهد.
یک از بهترین dcsها سیستم dcs زیمنس است. این سیستم با نام PCS7 شناخته میشود و یکی از پرکاربردترین سیستمهای کنترل توزیعشده است که در داخل کشور و در صنایعی مانند گاز، نفت، فولاد، سیمان، پتروشیمی و... مورداستفاده قرار میگیرند.
![سیستم dcs چیست؟]()
ساختار سیستم های dcs
همانطور که از نام سیستم کنترل توزیعشده پیداست، این سیستم بخشهای مختلف یک صنعت را کنترل میکند. dcs دارای سه ویژگی اصلی است. اولین مورد، توزیع توابع کنترلی مختلف در مجموعههای نسبتاً کوچکی از زیرسیستمها است که بهصورت نیمهخودکار عمل میکنند. این زیرسیستمها از طریق یک گذرگاه ارتباطی با سرعت بالا به هم متصل میشوند. برخی از این توابع وظیفه جمعآوری دادهها، ارائه دادهها، کنترل و نظارت بر فرآیند، گزارش اطلاعات، ذخیره و بازیابی اطلاعات را بر عهده دارند.دومین ویژگی dcs ، اتوماسیون یا خودکار سازی فرآیند تولید با ادغام استراتژیهای کنترل پیشرفته است. ویژگی سوم dcs هم نظم بخشیدن به امور است. dcs کل ساختار کنترل را بهعنوان یک سیستم اتوماسیون واحد سازماندهی میکند که در آن زیرسیستمهای مختلف از این طریق باهم یکپارچه میشوند.
اگر به فکر اتوماسیون صنعتی هستید روی لینک کلیک نمایید.
این ویژگیها در ساختار سیستمهای dcs مشاهده میشوند. تجهیزات dcs شامل کارگاه مهندسی، ایستگاه عملیاتی یا HMI، واحد کنترل فرآیند یا واحد کنترل محلی، دستگاههای هوشمند و سیستم ارتباطی است. در ادامه با این اجزا آشنا خواهیم شد.
کارگاه مهندسی
کارگاه مهندسی یا ورک استیشن بر کل سیستم کنترل توزیعشده نظارت میکند. این کارگاه میتواند یک کامپیوتر شخصی یا هر کامپیوتر دیگری باشد که دارای نرمافزار مهندسی اختصاصی است. این کارگاه مهندسی ابزارهای پیکربندی قدرتمندی را ارائه میدهد که به کاربر امکان انجام عملکردهای مهندسی مانند ایجاد حلقههای جدید، ایجاد نقاط ورودی و خروجی مختلف، اصلاح کنترل متوالی و پیوسته، پیکربندی دستگاههای مختلف توزیعشده، تهیه مستندات برای هر دستگاه ورودی یا خروجی و ... را میدهد.
![تجهیزات dcs]()
ایستگاه عملیاتی یا HMI
این ایستگاه برای عملکرد، نظارت و کنترل عناصر مختلف یک کارخانه کاربرد دارد. ایستگاه عملیاتی هم میتواند یک کامپیوتر شخصی یا هر دستگاه نظارتی دیگری باشد که یک نرمافزار جداگانه دارد. اپراتور با استفاده از این نرمافزار میتواند مقادیر عناصر فرآیند را مشاهده کند و بر این اساس اقدامات کنترلی را انجام دهد.
ایستگاههای عملیاتی میتوانند یک واحد یا چندین واحد باشند که در آن یک واحد عملکردهایی مانند نمایش مقدار عناصر، نمایش روند، هشدار و ... را انجام میدهد.
![سیستم dcs زیمنس]()
واحد کنترل فرآیند
یک سیستم کنترل توزیعشده میتواند شامل یک یا چند واحد فرآیند باشد که میتوانند با انواع مختلف واحدهای ورودی یا خروجی گسترش یابند. این کنترلکنندهها از یک ماژول CPU قدرتمند، فیلد باس یا ماژول ارتباطی با قابلیت فیلد باس گسترده تشکیل شدهاند. دستگاههای میدانی مانند سنسورها و محرکها به ماژولهای ورودی یا خروجی این واحد متصل میشوند. برخی از دستگاههای فیلد را میتوان مستقیماً به فیلد باس بدون ماژول ورودی یا خروجی متصل کرد که آنها را دستگاههای میدانی هوشمند مینامند. این واحدها اطلاعات حسگرهای مختلف را از طریق ماژول ورودی به دست میآورند، آن را بر اساس منطق کنترل اجرا شده، تحلیل و پردازش میکنند و سیگنالهای خروجی را از طریق ماژولهای خروجی ارسال میکنند تا بر روی محرکها و رلهها کنترل داشته باشند.
دستگاههای هوشمند
دستگاههای هوشمند و فناوری فیلد باس از ویژگیهای پیشرفته سیستم dcs هستند که جایگزین زیرسیستمهای ورودی یا خروجی سنتی میشوند. این دستگاههای هوشمند هوش مورد نیاز برای تکنیکهای سنجش و کنترل ساده را در دستگاههای حسگر و محرک اولیه تعبیه میکنند. این دستگاههای میدانی را میتوان مستقیماً به فیلد باس متصل کرد تا دیگر نیازی به سختافزارهای اضافی مانند ماژولهای محلی و کنترلکنندهها نباشد.
سیستم ارتباطی
سیستم ارتباطی نقش اصلی را در کل سیستم کنترل توزیعشده ایفا میکند. سیستم ارتباطی کارگاه مهندسی، ایستگاه عملیاتی، ایستگاه فرآیند و دستگاههای هوشمند را به یکدیگر متصل میکند. همچنین اطلاعات را از یک ایستگاه به ایستگاه دیگر منتقل میکند. پروتکلهای ارتباطی رایج مورداستفاده در dcs عبارتاند از: Ethernet، Profibus،Foundation Field Bus، DeviceNet، Modbus و ...
![Dcs مخفف چیست]()
سیستم dcs چگونه کار میکند؟
عملکرد dcs به این صورت است که سنسورها اطلاعات فرآیند را حس میکنند و آن را به ماژولهای ورودی یا خروجی محلی میفرستند. محرکها به ماژولها متصل هستند تا عناصر فرآیند را کنترل کنند. اطلاعات یا دادههای این ماژولهای راه دور از طریق فیلد باس در واحد کنترل فرآیند جمعآوری میشوند. در صورت استفاده از دستگاههای میدانی هوشمند، اطلاعات حس شده مستقیماً از طریق فیلد باس به واحد کنترل فرآیند منتقل میشوند.
اطلاعات جمعآوریشده بیشتر پردازش و تجزیهوتحلیل میشوند و نتایج خروجی را بر اساس منطق کنترل پیادهسازی شده، در کنترلکننده تولید میکنند. سپس نتایج یا اقدامات کنترلی از طریق فیلد باس به دستگاههای محرک منتقل میشوند. پیکربندی، راهاندازی و اجرای منطق کنترل dcs در کارگاه مهندسی انجام میشود. اپراتور میتواند اقدامات کنترلی را بهصورت دستی در ایستگاههای عملیاتی مشاهده و ارسال کند.
![ساختار سیستم های dcs]()
مهمترین فاکتورهای یک سیستم DCS ایدئال
با توجه به مطالبی که در بالا بیان شد یک سیستم DCS باید فاکتورهایی داشته باشد تا بتواند به خوبی پاسخگوی نیازهای صنعت باشد. مهمترین فاکتورها عبارت است از:
- کارایی سیستم (Effectiveness)
- اجرای فنی(Technical Performance)
- قابلیت سیستم (Capability)
- دسترس پذیری(Accessibility)
- ارائه خدمات پس از فروش(Support Effectiveness )
- قابلیت اطمینان(Reliability)
- قابلیت نگهداری(Maintainability)
- ایمنی(Safety)
- قابلیت آماده به کار سیستم(Availability)
- پیکربندی نرم افزاری (Software Configuration)
- کیفیت(Quality)
- بهینه سازی و ارتقای نرم افزاری (Software Enhancement)
![آشنایی با سیستم های کنترل dcs]()
شرکت کیان فناور گستر کارا با تجربهی چندین ساله در اجرا و پیادهسازی سیستمهای DCS و PLC میتواند مشاور یا مجری خوبی برای شما در این زمینه باشد. ما در اجرای یک سیستم DCS تمام موارد بالا را با وسواس و دقت زیاد برای شما اجرا خواهیم کرد.