ثبت نام کنید ورود کاربران

ورود کاربران

نام کاربری
رمز ورود
مرا بخاطر داشته باش

ثبت نام

سیمی نصر ماد
نام
نام کاربری
رمز ورود
تایید رمز عبور
ایمیل
تایید ایمیل

زیمنـــــس

 

Official Supplier

 

 

LOGO زیمنس

S7 1200 زیمنس

S7 1500 زیمنس

S7 300 زیمنس

S7 400 زیمنس

کارت توسعه ET200

مانیتور و اپراتور پنل زیمنس

تجهیزات شبکه صنعتی زیمنس

سیستمهای کنترل فرایند

تجهیز برنامه نویسی

منبع تغذیه SITOP

درایو زیمنس

ماشینهای صنعتی

تجهیزات فشار ضعیف زیمنس

نرم افزار اتوماسیون زیمنس

آموزش اتوماسیون صنعتی

 

فونیکس کنتاکت

 

 

Softwar

Measurement

HMIs and PCs

Cables and lines

Surge protection

Monitoring

communication

Connector

cabling for controller

PCB terminal

Industrial Ethernet

Controllers

Terminal blocks

Power supplies & UPS

Installation

switchgear

Tools

Protective devices

I/O systems

Electronics housings

Fieldbus components

Relay moduless

Lighting & signaling

Wireless data

 

Sensor cabling

Marking & labeling


Functional safety

 

پیلز

 

 

 

Operating & monitor

Drive technology

Small controllers

Sensor technology

Software

Networks

Controller

Relay modules

 

به زودی

 

گـــــــــــــــــروه مــــــــــــــــــاد

یــــک گــــروه یــک هـــــدفــــــ

   

اتوماسیون صنعتی زیمنس

معرفی سیستم PCS7 شرکت زیمنس

 

نام تجاری سیستم DCS : ( Process Control System ) PCS7 DCS

- 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 (Automation & Drive  (A&D زیمنس محسوب می شود.

- مشخصات فنی سیستم

PCS7 بر مبنای مدل 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.

- مشخصات Bus اصلی

باس اصلی سیستم Ethernet و Industrial Ethernet می باشد.

- نحوه توسعه سخت افزاری ( 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 مختلف Single ، Dual Redundant و Fail–Safe کاملا Scaleable است

 و در نتیجه می تواند برای نیازهای مختلف به سادگی استفاده شود و از لحاظ قیمت بسیار قابل رقابت باشد.

 

آشنایی با سیستم های کنترل فرایند

1-1- سیستم های کنترل در مجتمع های بزرگ صنعتی

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

• نیروگاه های آبی، بخاری و سیکل ترکیبی

• کارخانجات تولید فولاد، مس و مواد معدنی

• کارخانجات سیمان

سیستم های کنترل به کار رفته در این چنین صنایعی به لحاظ ساختار، طراحی و نحوه پیاده سازی با سیستم های کنترل مورد استفاده در صنایع کوچک و متوسط نظیر کارخانجات تولید مواد غدایی، اتوموبیل سازی، کاشی و سرامیک و امثالهم، تفاوت هایی دارد که در ادامه به تشریح ویژگی های این سیستم ها و تفاوت های اشاره شده پرداخته خواهد شد.

1-2- 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:

1-2-1- مدل اتوماسیون کارخانه ای ( Factory Automation)

منظور از مدل اتوماسیون کارخانه ای یا به تعبیر بهتر Discrete Control  کنترل مکانیسم هایی است که به صورت ON / OFF ، (خاموش / روشن) یا به عبارت دیگر با منطق 0 و 1 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 ها ، سیستم هایی هستند که به این منظور طراحی و از دهه هفتاد به بعد در صنایع به کار گرفته شدند.

 

 

1-2-2- مدل اتوماسیون فرایندی ( Process Automation)

منظور از مدل اتوماسیون فرایندی کنترل متغیرهای پروسسی که عمدتا در حلقه های بسته (Closed-Loop) قرار دارند، می باشد. این مدل اتوماسیون در صنایعی نظیر نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاههای برق ، 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 سیستم کنترل غیر متمرکز(DCS) نامیده می شود، مدل بهبود یافتهPCS  هاست.

1-3- کنترل فرایند (Process Control)

1-3-1- منظور از کنترل فرایند چیست؟

برای پاسخ به این سئوال ابتدا شرح تعریف زیر الزامیست

: Process منظور از پروسس سیستم یا مجموعه المان هایی است که از یک طرف مواد به آنها وارد و از طرف دیگر با تغییرات فیریکی / شیمیایی خارج می شود.

1-3-2-اجزای به کار رفته در یک سیستم کنترل فرایند ساده

در یک سیستم ساده کنترل فرایند المان های زیر استفاده می شوند:

• ابزار دقیق یا Field Instrument

• والوها و دریچه ها یا به طور کلی Actuator

• کنترلرهای منفرد یا Single Controller

• حلقه کنترلی بسته یا PID LOOP

1-3-2-1 ابزار دقیق : ( Field Instrument )

منظور از ابزار دقیق تجهیزاتی است که به منظور اندازه گیری مشخصات مواد موجود در پروسس نظیر دما ، فشار و فلو استفاده می شوند. این تجهیزات یک مقدار عددی که نشان دهنده وضعیت متغیر مورد بررسی است را مشخص می کنند.

 

 

1-3-2-2- والوها و دریچه ها : (Actuators )

والوها و دریچه ها ( Actuators ) المان های الکترومکانیکی هستند که برای تنظیم مقدارمواد عبوری در قسمت های مختلف پروسس استفاده می شوند.

مثال : انواع شیرهای کنترلی ( Control Valve ) و Damper ها که برای مقاصدی نظیر تنظیم مقدار سوخت ، تنظیم دبی هوای ورودی و بسیاری موارد دیگر به کار می روند.

1-3-2-3- کنترلر منفرد ( Single Controller )

سخت افزاری برنامه پذیر که با پردازش مقادیر کمیت های مختلف دما / فشار / سطح و فلو ، ( دریافتی ازField Instrument ها ) و لحاظ کردن شرایط داده شده توسط کاربر ، به والوها ودریچه ها( Actuators ) فرامین متناسب را ارسال می نماید و آنها را روی درجات مورد نیاز تنظیم می کند . یک کنترلر بسته به نوعش می تواند برای کنترل یک یا چند حلقه استفاده شود.

از کنترلرهای منفرد( Single Controllers ) معمولا در مواقع زیر استفاده می شود:

• سیستم کنترل ساده و کوچکی که ارزان هم باشد مد نظر است

• حلقه کنترلی بسته در سیستم وجود دارد

• سیستم کنترل مستقلی برای یک یا چند حلقه مورد نیاز است

• سیستم مانیتورینگ در مجموعه موجود نیست

1-3-2-4- حلقه کنترل : ( PID LOOP ( PID

حلقه های کنترلی بسته ( Closed –Loop ) توسط مدلی ریاضی به نام PID در کنترلرها پیاده سازی می شوند. در یک حلقه کنترل ، هدف رساندن یک کمیت ( Process Variable ) یا PV به مقدار مطلوب  SP یا ( Set Point ) می باشد. این عمل با تغییر متغیر سوم MV  یا ( Manipulate Variable ) که معمولا وضعیت والوها و دریچه ها است ، صورت می گیرد.

D ,I ,P سه پارامتر اصلی برای اجرای کنترل در این حلقه ها هستند که بسته به شرایط Process توسط کاربر تنظیم می شوند و مشخصات آنها به شرح زیر می باشد:

(P (Proportional:  افزایش / کاهش P سرعت تغییرات را در خروجی حلقه افزایش / کاهش می دهد. P باعث تولید خطای ماندگار در حلقه کنترل می شود.

(I (Integrator : ضریب I باعث از بین بردن خطای ثابت سیستم و نرم کردن حرکت خروجی حلقه می گردد.

(D (Derivative :  استفاده از ضریب D حساسیت سیستم را نسبت به تغییرات ورودی بالا می برد. در صورتی که ضریب D به درستی تنظیم نشود، باعث ایجاد نوسان و ناپایداری در حلقه کنترل می گردد.

با این تعاریف معنی کنترل فرایند ( Process Control ) به صورت دقیق و کامل روشن می شود: کنترل فرایند ( Process Control ) یعنی روشی برای کنترل والوها و دریچه ها ( Actuators ) در حلقه های بسته PID توسط Controller ها بر اساس مقادیر دریافتی از Field Instrument ها

1-3-3 ویژگی های Process Control System

سیستمی که برای کنترل فرایند ( Process Control ) استفاده می شود ، باید از مشخصات زیر برخوردار باشد :

: Performance • یعنی پروسه را از حالت دستی و عادی بهتر و سریعتر انجام دهد.

: Deterministic • رفتار آن قابل پیش بینی و محاسبه باشد. یعنی مثلا عملی که یکبار در مدت زمان T انجام شد ، در شرایط مشابه باز هم در همان مدت زمان T انجام شود.

: Fault Tolerant • در صورت بروز هر گونه اشکالی از کار نیفتد ونسبت به خطاهای خاصی تحمل داشته باشد. برای این منظور باید المان های آن دارای پشتیبان یا Backup  باشند یا اصطلاحا سیستم Redundant باشد.

: Security • هر عملی تنها در صورت اخذ مجوزهای لازم قابل اجرا باشد. مثلا تغییر پارامترهای والوها و دریچه های مهم ، تنها توسط شخص خاصی که از اجازه های لازم برخوردار است ، قابل انجام باشد.

1-3-4- مشخصات صنایع فرایندی ( Process Plants ) واقعی

یک Process Plant جایی است که مجموعه ای از Process های مختلف برای تولید محصولات متنوع به کار گرفته شده است. بارزترین نمونه های آن پالایشگاه های نفت و گاز و مجتمع های پتروشیمی است . دقت داشته باشید که با این تعاریف یک مجتمع اتوموبیل سازی ، یک صنعت فرایندی محسوب نمی شود.

در یک Plant واقعی مشخصات مختلفی از محصولات تولیدی اندازه گیری می شود. کمیت هایی نظیر غلظت ، وزن حجمی ، دما ، فشار ، و ....... همینطور بسیاری از پارامتر های مربوط به دستگاهها نیز باید اندازه گیری و کنترل شوند. پارامتر هایی چون مصرف انرژی ، زمان ، کارکرد و ......

مثال : یک مجتمع تولید کاغذ را در نظر بگیرید. در این Plant با پیاده سازی تعدادی پروسه مختلف چوب به کاغذ تبدیل می شود. این Plant دارای ویژگی های زیر است :

− تنوع محصولات ( کاغذ روزنامه ، کاغذ معمولی ، انواع دستمال کاغذی ...... )

− علاوه بر کنترل جداگانه هر Process باید ارتباطی نیز بین  Process های مختلف برقرار شود.

− هر Process ، دارای 10-100 Field Instrument و Actuator است.

− نزدیک به 1000 حلقه کنترلی ( PID LOOP ) وجود دارد.

با یک مقایسه ساده ، مطابق مثال قبلی می توان برای کنترل هر حلقه PID ، از یک کنترلر منفرد استفاده کرد.

اما آیا این کار عملی است ؟ آیا می توان نزدیک به هزار کنترلر منفرد را برای راهبری این کارخانه به کار گرفت؟

 

آشنایی با سیستمهای کنترل غیر متمرکز ( Decentralized Control Systems )

2-1- تعریف سیستم کنترل غیر متمرکز(DECENTERLIZED CONTROL SYSTEM )

یک DCS مجموعه ای است از کنترلرهای با قابلیت پردازش بیش از یک حلقه ( Multi – Loop ) که این کنترلر ها با یکدیگر نیز مرتبط هستند و هر یک می توانند از طریق واحدهای ورودی / خروجی خود به Field – Instrument ها متصل شده و بین 10 تا 100 حلقه را کنترل نمایند. ارتباط بین این کنترلرها از طریق شبکه های صنعتی استاندارد صورت می گیرد. این تیپ سیستمهای کنترلی اصطلاحا " سیستمهای کنترل غیر متمرکز " یا ( Decentralized Control System ) نامیده می شوند ، گرچه امروزه عبارت ( Distributed Control System ) متداولتر است .

2-2- ساختار سیستم های ( DCS ( DCS Architecture 

سیستم های کنترل پروسس از بدو بکارگیری تاکنون دارای معماری های به شرح زیر بوده اند :

2-2-1- ساختار متمرکز (Centralized Architecture)

تا قبل از به کار گیری DCS ها در عرصه صنعت ، در سیستمهای کنترل بزرگ که در Plant های عظیمی نظیر پتروشیمی و پالایشگاه استفاده می شد، تمامی عملیات ریاضی و منطقی تنها در کامپیوتر مرکزی انجام می شد و کنترلرها فقط نقش واسطه برای ارسال اطلاعات دریافتی ازابزار دقیق ( Field Instrument ) به کامپیوتر مرکزی و بالعکس اجرای فرامین دریافتی از کامپیوتر مرکزی روی والوها و دریچه ها 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.

2-2-2- ساختارغیر متمرکز (Decentralized Architecture)

سیستمهای کنترل غیر متمرکز ( 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 .

2-2-3- معماری متعارف یک سیستم DCS

بر اساس ساختار شماتیک فوق ، معماری متعارف یک سیستمDCS به صورت زیر است :

 

2-3- 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 •

 

2-3-1- در سطح کارخانه ( Field Level )

در پایین ترین سطح والوها، دریچه ها و تجهیزات ابزار دقیق قرار دارند که به دو روش به سطح بالاتر که کنترلر ها قرار دارند متصل می شوند:

 

2-3-1-1- روش کلاسیک : هر اینسترومنت والو و دریچه از طریق دو رشته سیم ( جریان یا ولتاژ ) به کارت ورودی / خروجی متصل می شود. با توجه به تعداد اینسترومنت ها والوها و دریچه ها ، حجم Wiring یا کابل کشی افزایش می یابد.

2-3-1-2- استفاده از فیلد باس : ( Field bus )

امروزه اکثر سیستمهای DCS حداقل از یک یا چند نوع تکنولوژی فیلد باس نظیر Foundation Field Bus ، DeviceNet و Profibus پشتیبانی می کنند و قابلیت اتصال به آن را دارا هستند . با استفاده از فیلد باس می توان تعداد زیادی Actuator / Instrument را با استفاده از تنها یک کابل رابط به کنترلرها متصل کرد و حجم کابل کشی را به شکل قابل توجهی کاهش داد.

2-3-2- سطح کنترل ( Control Level )

در سطح میانی یک سیستم DCS کنترلرها قرار دارند . هر کنترلر متصدی اداره یک قسمت از Plant است و معمولا به همین شکل نیز نامگذاری می شود. کنترلرها از طریق یک شبکه ارتباطی با یکدیگر و نیز با سطح بالاتر در ارتباط هستند، این شبکه معمولا دارای پشتیبان Redundant است. نوع و پروتکل شبکه در سیستمهای DCS مختلف ممکن است متفاوت باشد. ولی امروزه شبکه Ethernet معمولتر از سایر پروتکل هاست . به شبکه ارتباطی بین کنترلرها Plant Bus یا Process Bus اطلاق

می شود و معمولا از فیبر نوری به دلیل سرعت بالا و عدم نویز پذیری الکتریکی به عنوان رابط فیزیکی استفاده می شود

2-3-3- سطح مانیتورینگ ( Monitoring Level )

درسطح بالای یک سیستم DCS ایستگاه های کاری یا همان کامپیوتر هایی قرار دارند که از طریق آنها فرآیند های پروسسی توسط اپراتور ها کنترل می شوند . این کامپیوترها نیز از طریق یک شبکه که به آن Terminal Bus گفته می شود به سطح پایینتر متصل می شوند.

2-3-3-1- سیستم مهندسی ( Engineering Station)

ES یا سیستم مهندسی ( 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 درصفحات گرافیکی سیستم مانیتورینگ از طریق آن صورت می گیرد. معمولا ES در محل جداگانه ای نصب می شود. ES به هر دو باس سیستم اعم از Terminal Bus و Plant Bus متصل است.

بسته به وسعت و پراکندگی سیستم DCS ممکن است چندES درمجموعه وجود داشته باشد.

2-3-3-2- سیستم اپراتوری ( Operating Station)

OS یا سیستم اپراتوری (Operating Station) ایستگاه کاری اپراتورهاست. روی این کامپیوترها صفحات گرافیکی به شکل  Runtime (که غیر قابل Edit است ) 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.

2-4- مدل های مختلف ارتباطی در سیستم های DCS

با بررسی اجزای یک سیستم DCS حال این سئوال پیش می آید که ارتباط بین سطح میانی و سطح بالاتر به چه ترتیب برقرار می شود.

این اتصال در سیستمهای DCS مختلف ، متفاوت است و دارای مدل های زیر است :

Client / Server •

Stand-alone Station •

2-4-1- مدل Client – Server

در این روش یک کامپیوتر قوی به نام Server نقطه اتصال ، Plant Bus و Terminal Bus می باشد. در حقیقت Server دارای دو کارت شبکه مجزا بوده که به هر دو شبکه متصل است. Client ها اطلاعات مورد نیاز خود

 را از طریق Server در یافت کرده و فرامین و Set Point های داده شده توسط اپراتور ازطریق OS ها ابتدا به Server و سپس به کنترلرها فرستاده می شود.

عیب این روش این است که در صورت از کار افتادن Server ، ارتباط اپراتورها با سیستم کنترل بکلی قطع می شود. برای جلوگیری از این اتفاق معمولا از دو Server یکسان که پشتیبان هم هستند استفاده می شود ( Server Redundancy ) تا در صورت بروز اشکال در یکی ، دیگری رهبری عملیات را به عهده بگیرد.

2-4-2- مدل منفرد ( Stand-alone Station )

در این حالت ، کامپیوتری به نام Server وجود ندارد و تمامی ایستگاهها با شبکه میانی در ارتباط هستند و هر یک به تنهایی عمل رد و بدل کردن داده با کنترلرها را انجام می دهند. مزیت این حالت این است که در صورت از کار افتادن یکی از ایستگاهها ، ارتباط با شبکه میانی قطع نمی شود. در واقع می توان گفت تمام Station ها به نوعی پشتیبان هم هستند.

برخی از وظایف Server نظیر Alarm Logging ، Tag Logging و Trending بین ایستگاهها تقسیم می شود. به عنوان مثال یکی از کامپیوتر عمل آرشیو کردن آلارم ها را به عهده خواهد داشت و دیگری ذخیره کردن مقادیر پروسسی را . نقل و انتقال اطلاعات لازم برای مشاهده هر یک از این موارد نظیر لیست آلارم ها یا منحنی های مقادیر پروسسی از طریق شبکه بالادستی انجام می گیرد. در این روش در مقایسه با مدل Client – Server کامپیوتر های قویتری مورد نیاز است .

 

آشنایی با نرم افزار سیستم های DCS

3-1- نرم افزار سیستم های DCS

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 و Configure کردن شبکه می باشد.

در یک مقایسه ساده بین PLC و DCS از نقطه نظر نرم افزاری می توان گفت نرم افزار مورد استفاده در سیستم DCS دارای قابلیت های بالاتر و قویتر است و در مقابل از نظر قیمت نیز گرانتراست.

نرم افزار رکن اصلی یک سیستم DCS محسوب می شود. در واقع قدرت و اعتبار یک سیستم DCS بستگی تام به نرم افزار آن دارد.

3-2- ساختار نرم افزار

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

• پیکربندی سخت افزار یا Hardware Configuration

• پیکربندی شبکه یا Network Configuration

• طراحی و پیاده سازی برنامه کنترلی یا Program Development

• طراحی و اجرای صفحات گرافیکی Graphic Design

3-2-1- پیکربندی سخت افزار (Hardware Configuration)

در این بخش پیکربندی سخت افزار مورد نیاز برحسب I/O لیست تهیه شده، به شکل 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.

3-2-2- پیکربندی شبکه ( 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 و موارد دیگر اعمال می شود.

3-2-3- پیاده سازی برنامه کنترلی ( 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.

3-2-4- طراحی صفحات گرافیکی ( 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.

البته در مقایسه با سیستم های PLC ، باز به علت امکانات خاص نرم افزار DCS روند کار تسریع می شود. یکی ازاین ویژگی ها استفاده از Graphical Dynamic Objects است که در قسمتهای بعدی شرح داده شده است.

3-3- ساختار برنامه

یکی از تفاوت های اصلی Software مهندسی سیستم DCS با PLC ، در نحوه 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.

3-3-1- سلسه مراتب ( Hierarchy)

به علت حجم بالای عملیات منطقی و ریاضی مورد نیاز در سیستم DCS ، برنامه کنترلی به شکلی درخت گونه پیاده سازی می شود. بدین شکل که کل مجتمع به چند واحد ، هر واحدبه چند بخش و در هر بخش به المان های تشکیل دهنده آن تقسیم می شود. این تقسیم بندی در تمامی قسمتهای سیستم منجمله صفحات گرافیکی اعمال می شود و تصویر روشنی از ساختار Plant در ذهن اپراتور ایجاد می نماید. اینکه این سلسه مراتب در چند مرحله باشد یا به عبارت دیگر چقدر عمق داشته باشد، توسط طراح نرم افزار انجام می شود.

این hierarchy یا سلسله مراتب عینا در داخل نرم افزار سیستم DCS به شکلی شبیه به Explorer سیستم عامل Windows پیاده سازی می شود. یعنی برای هر بخش یک Folder اختصاص داده می شود.

برنامه ( شامل Logic و Interlocking ) و صفحات گرافیکی هر بخش درFolder مربوطه قرار می گیرد. این روش دارای مزایای زیر است :

• برنامه مرتب، modular و دسترسی به بخش های مختلف آن بسیار آسان است.

• برای ایجاد بخش های مشابه کافی است تنها Folder قبلی کپی و نام های بکار رفته در آن عوض شود.

 

 

3-3-2- ( CFC (Continuous Function Chart : 

همانطور که در بخش قبل اشاره شد برنامه کنترلی یک DCS در عمل مجموعه ای از عناصر پیش ساخته یا توابع از پیش نوشته است که به یکدیگر متصل شده اند. البته خود این مجموعه ، به تعدادی زیر مجموعه که متشکل از توابع کمتری

هستند و هریک برای قسمت خاصی از فرآیند کنترلی طراحی شده اند تقسیم می شود.به هریک از این زیر مجموعه ها CFC گفته می شود .

می توان از ترکیب چند CFC ، یک CFC جدید ایجاد نمود . برای هر کنترلر ، تعدادی CFC که برآورنده وظایف اختصاص داده شده به آن کنترلر هستند ، ایجاد و Compile می شود تا به کد قابل اجرا توسط کنترلر تبدیل شود. سپس این کدها به کنترلر منتقل یا اصطلاحا download می شوند. CFC ها در بازه های زمانی معین اجرا می شوند و البته بسته به تشخیص مهندس طراح سیستم ، می توانند اولویت بندی شوند.

3-3-3-  (SFC  (Sequential Function Chart:

در اکثر پروسه های کنترلی ، همواره مواردی وجود دارد که باید به صورت ترتیبی یا اصطلاحا Sequential اجرا شود. به عنوان مثال Startup یک واحد نیروگاهی بدینصورت نیست که با فشار یک کلید ، همه دستگاه ها در سرویس قرار بگیرند و ژنراتور شروع به تولید برق نماید ، بلکه سیستمهای درگیر بایستی قدم به قدم ، مراحل متعدد را با زمانبدی های مشخصی طی کنند تا به حالت کاری نرمال خود برسند. به زبان دیگر تعدادی Step و Transition برای انجام عملیات تعریف می شوند. در هر Step یکسری عملیات انجام می شود ( مثلا تعدادی والو باز و بسته و یا تعدادی پمپ و موتور خاموش و روشن می شوند ) در صورتیکه پس از گذشت زمان مورد نظر در Step مذکور ، شرایط لازم برای رفتن به  Step بعد یا به عبارت دیگر Transition محقق شد، سیستم وارد مرحله بعدی می شود. به یک مجموعه از این Step و Transition که برای هدف خاصی طراحی شده باشد. SFC Sequential Function Chart)) می گویند.

در واقع SFC ها ارتباط بین CFC ها را بوجود می آورند و Interlocking های جدیدی را در کل سیستم وارد می نمایند.

3-4- پایگاه داده ها ( Database )

در سیستمهای DCS حجم زیادی از اطلاعاتی که Format مشابهی دارند بین کنترلرها و ایستگاهای مانیتورینگ رد و بدل می شود. مدیریت ارسال و دریافت این حجم اطلاعات نیازمند ساختاری از قبل آزمایش شده و مدون می باشد . به همین دلیل برای نقل و انتقال اطلاعات بین node ها از پایگاه داده ها استفاده می شود . منظور از یک پایگاه داده قالبی نرم افزاری برای مدیریت و پردازش اطلاعات است. به عنوان مثال اطلاعاتی نظیر دما ، فشار و سایر کمیت های مورد کنترل در پروسس را در نظر بگیرید. این اطلاعات باید روی چندین Monitoring Station نمایش داده شود. در ضمن لازم است تمام ایستگاه ها همزمان مقادیر یکسانی را نشان دهند و با هم تفاوت نداشته باشند. اگر این اطلاعات در یک منبع مشخص موجود باشد ، برای تمامی این Client ها دیتای مشابهی ارسال می شود. پس باید یک پایگاه داده در سیستم وجود داشته باشد که قابل دسترسی برای کلیه اعضا ء مجموعه باشد. پایگاه های داده در سیستم های DCS به شرح زیر تقسیم بندی می شوند:

 1-  پایگاه داده مرکزی یا Single Data base

2- پایگاه داده توزیع شده یا Distributed Database

3-4-1- پایگاه داده مرکزی یا : Central Database

دیتا بیس فقط روی یک Station به نام Server قرار دارد و بقیه ایستگاه ها با آن تبادل اطلاعات می نمایند.

 همان مدل (Client-Server) مزیت این مدل در مشخص بودن زمان پاسخ Server به هر Client است .(Determinism) در مقابل عیب این روش این است که در صورت بروز اشکال در Server ارتباط اطلاعاتی از دست می رود. برای رفع این معضل از دو یا چند Server به عنوان پشتیباناستفاده می شود.

در DCS های بزرگ که حجم اطلاعات بسیار بالاست، بعضا هر قسمت از اطلاعات دارای یک پایگاه داده مستقل روی Server جداگانه است. مثلا یک Database برای آلارم ها روی Event&Alarm Server و یا Database دیگری برای ذخیره سازی مقادیر کمیت های پروسسی جهت نمایش به شکل منحنی روی .Trend Server

OS ها نیز به تمامی این server ها متصل هستند.

3-4-2- پایگاه داده توزیع شده یا Distributed Database

در این مدل دیتاها روی بیش از یک مکان فیزیکی قرار دارند . برای این عمل یک database Server روی هر یک از Station ها  نصب می شود تا امکان Share کردن داده ها فراهم شود. در این مدل دیگر نیازی به Server نیست. اطلاعات اصلی نظیر مقادیر کمیت های پروسسی مستقیما بین کنترلرها و ایستگاه های مانیتورینگ رد و بدل می شود. نکته مهم سرعت Refresh کردن صفحه است که آن را هم معمولا سازنده ها حل کرده اند.

در سیستم های DCS مبتنی بر Distributed Database زمان بروز رسانی صفحات نمایش (Refresh Time) از یک حداکثر ثابت پایینتر است یا اصطلاحا قابل پیش بینی (Deterministic) است. امروزه اکثر سازندگان سیستم های DCS که از مدل Distributed Database استفاده می کنند، زمان Refresh زیر یک ثانیه را گارانتی می نمایند. امروزه اکثر سازندگان سیستم های DCS مدعی Real –Time بودن پایگاه داده ها ( Database ) سیستم خود هستند. ویژگی Real-Time  یا بلادرنگ بودن یعنی که زمان پاسخ پایگاه داده ها آن مشخص است یا اصطلاحا deterministic است.

اکثر سازندگان تاکنون از پایگاه داده های خاصی که توسط خودشان طراحی شده بود استفاده می کردند . ولی امروزه با توجه به قابلیت های بالای پایگاه داده های عمومی عمدتا به سمت به کارگیری Database های رایج در بخش های غیر صنعتی نظیر Microsoft SQL Server حرکت می کنند.

3-5- سایر امکانات نرم افزار سیستم های DCS

3-5-1- کتابخانه (Library )

سیستمهای DCS دارای کتابخانه های بسیار مفصل و کاملی هستند هر عمل منطقی ،ریاضی ، ترکیبی و..... که مورد نیاز مهندس سیستم باشد در کاملترین شکل ممکن درکتابخانه وجود دارد. در حقیقت سازندگان سیستمهای DCS برای ایجاد این توابع ، همیشه کاملترین حالت ممکن را در نظر می گیرند. از سوی دیگر تفصیلات اضافی می تواند باعث پیچیدگی طراحی و پیاده سازی برنامه مورد نیازگردد. برای رفع این مشکل نیز راه حل آن قبلا در نظر گرفته شده است. Customize کردن توابع ، یعنی مهندس DCS می تواند هر تابع استانداردی را مطابق سلیقه خود به طوری که متناسب با امکانات پروژه مورد بحث گردد ، تغییر داده و از تفصیلات آن بکاهد. البته نمی تواند کارکرد تابع را تغییر دهد و در آن دخل و تصرف کند ، بلکه فقط امکان ساده تر کردن آن وجود دارد.

3-5-2- Graphical Dynamic Objects

یکی از نقاط برتری سیستم های DCS در مقایسه با PLC برخورداری از مجموعه کاملی از ، المان های گرافیکی لازم برای پیاده سازی سیستم مانیتورینگ توسط مهندس طراح سیستم است. این المان ها به طور اتوماتیک توسط سیستم در صفحات گرافیکی نصب و ارتباطات لازم بین آن المان گرافیکی و نرم افزار موجود در کنترلر به طور خودکار برقرار می گردد. این ویژگی زمان طراحی و اجرای سیستم مانیتورینگ را که به دلیل جزییات مفصل یکی از زمانبرترین قسمتهای مهندسی یک سیستم کنترل و مانیتورینگ می باشد، به طرز قابل توجهی کاهش می دهد.

به عنوان مثال هنگامیکه فرد برنامه نویس یک Block برای کنترل موتور از کتابخانه سیستم بر می دارد و در یک CFC قرار می دهد و آن را Configure می کند ( یعنی I/O های مربوطه را به آن متصل می کند)، همزمان یک المان گرافیکی که نمایشگر یک موتور می باشد، به طور اتوماتیک در صفحه متناظر با آن موتور وارد می شود و کلیه Faceplate های مربوط به آن نیز ایجاد می شود. تشخیص اینکه چه عنصر گرافیکی در کدام صفحه باید قرار گیرد، بر اساس سلسله مراتب (Hierarchy) طراحی شده در ابتدا، صورت میگیرد.

در نتیجه وظیفه طراح سیستم مانیتورینگ تنها به جانمایی این المان ها و نیز طراحی و ترسیم عناصر گرافیکی ثابت نظیر خطوط لوله و یا هر چیز دیگری که تغییر گرافیکی ندارد، محدود می گردد. همین ویژگی عینا در مورد آلارم ها نیز صادق است . یعنی وقتی یک المان گرافیکی دینامیک، مثلا یک پمپ در صفحات گرافیک وارد شود ، تمامی Message های مربوط به آن ( شامل Event و Alarm ) نیز به طور خود کار فعال می شوند و وظیفه مهندس سیستم تنها به Customize کردن Message ها محدود می شود. این در حالی است که برای ایجاد Messaging در یک سیستم کنترل مبتنی بر PLC تمامی آلارم ها باید تک تک ، Configure شوند که عملا در یک سیستم DCS با تعداد Message حداقل بالای 10.000 ، کاری زمان بر و طاقت فرسا به شمار می رود.

3-5-3- SFC Visualization

همانطور که قبلا اشاره شد، SFC ها نوعی روش برنامه نویسی هستند که برای پیاده سازی مکانیسم های ترتیبی به کار می روند. استفاده از این مدل برنامه نویسی باعث سرعت انجام کار مهندسی در هنگام طراحی و پیاده سازی (Application Development) می گردد. از سوی دیگر باید به این نکته توجه داشت که اطلاعات موجود در یک SFC برای راهبری پروسه ضروری بوده و باید به نحوی روی صفحه نمایش به اپراتور نشان داده شود. معمولا باید یک یا چند صفحه گرافیکی به این منظور اختصاص داده شده، شکل SFC مجددا طراحی و سپس به SFC مورد نظر متصل شود.

با استفاده از ویژگی SFC Visualization می توان بدون نیاز به طراحی مجدد، هر SFC را به صورت گرافیکی روی صفحه مانیتور نمایش داد. این ویژگی نیز باعث تسریع پروسه مهندسی سیستم می گردد

3-5-4- (OLE for Process Control (OPC

امروزه ویژگی امکان دسترسی به اطلاعات پروسسی موجود در یک سیستم DCS از طریق نرم افزار های غیر مرتبط با سیستم DCS (که اصطلاحا 3rd Party) نامیده می شوند ، یکی از چالش های رقابت بین سازندگان این سیستمها محسوب می شود. به عنوان مثال فرض کنید شما می خواهید نمودار دمای یک راکتور را علاوه بر نرم افزارمانیتورینگ مربوط به سیستم DCS روی ،Microsoft Excel نیز نمایش دهید. برای پیاده سازی این منظور لازم است که Database سیستم DCS از طریق Excel قابل دسترسی باشد. حال چنانچه Database سیستم از انواع استاندارد و عمومی نباشد و مختص سازنده DCS مربوطه باشد دسترسی به آن عملی نبوده و طبعا این امر امکان پذیر نخواهد بود. بنابراین لازم است از نرم افزار واسطی که بتواند Database سیستم DCS را به فرم قابل استفاده توسط DCS نرم افزارهای استاندارد تحت Windows تبدیل کند، استفاده شود. به این نرم افزار واسط اصطلاحا OPC Driver گفته می شود . با استفاد از OPC Driver می توان یک سیستم DCS را برای سطوح بالاتر کنترل نظیر مدیریت اطلاعات تولید و یا بهینه سازی تولید قابل دسترسی نمود . این قابلیت اصطلاحا Openness نامیده می شود یا می گویند

 Database سیستم Open شده است.

( Object Linking and Embedding (OLE

3-5-5- (Sequence of Events (SOE

در هر یک از سیستم های کنترل در صورت بروز Trip یا Shutdown اپراتورها به بررسی علل رخداد تریپ می پردازند تا با برطرف کردن ایرادات احتمالی سیستم را برای بازگشت به حالت کاری نرمال و یا استارت مجدد آماده نمایند. برای تحلیل علت واقعه، اپراتور نیاز دارد از آخرین وضعیت پروسس قبل از بروز تریپ اطلاع داشته باشد. پس ابتدا لازم است سیستم قابلیت ثبت لحظه ای اطلاعات را داشته باشد. اطلاعاتی نظیر وضعیت پمپ ها، موتورها، والوها و تمامی انواع سوییچ ها و کلیدها. مثلا الان پمپ A استارت شده و فلوسوییچ B عمل کرده است. بعد از آن، ثبت دقیق ترتیب رخداد هر واقعه یا Event بسیار حائز اهمیت است.اینکه به عنوان مثال ابتدا اپراتور فرمان استارت داد، بعد رله حفاظتی C عمل کرد و سپس موتور D خاموش شد و یا بالعکس (ترتیب رویدادن هر یک) می تواند نقش بسیار مهمی در تحلیل صحیح وقایع و مشخص کردن علت تریپ داشته باشد.

در سیستم های کنترل DCS که معمولا با مجموعه بزرگی از تجهیزات کنترلی سر و کار دارند و یافتن علت یک Shutdown بدون داشتن اطلاعات کافی به آسانی میسر نیست، از مکانیسمی به نام Sequence of Events که به اختصار SOE نامیده می شود، برای برآورده کردن این منظور استفاده می شود. SOE به طور اتوماتیک تمام رویداد های اتفاق افتاده در سیستم را همراه با زمان دقیق وقوع هر یک و ترتیب رخداد ثبت می کند. دقت زمانی SOE  ها در DCS های مختلف با هم متفاوت است، ولی معمولا در محدوده 1-10 میلی ثانیه می باشد. در بعضی سیستم ها این دقت به زیر یک میلی ثانیه نیز می رسد.