در سالهای اخیر، استفاده از دستگاههای هوشمند، سیستمهای کنترل توزیع شده (DCS) را در فرآیندهای صنعتی بزرگ و پیچیده در مقایسه با سیستمهای کنترل متمرکز قبلی برجستهتر کرده است. این معماری سیستم کنترل توزیع شده در نیروگاه ها راه کارآمدتری را برای بهبود قابلیت اطمینان کنترل، کیفیت فرآیند و کارایی نیروگاه ارائه کرده است. امروزه سیستم کنترل پراکنده را می توان در بسیاری از صنایع مانند کارخانه های شیمیایی، نفت و گاز، واحدهای فرآوری مواد غذایی، نیروگاه های هسته ای، سیستم های مدیریت آب و صنایع خودروسازی یافت.
سیستم کنترل توزیعشده (Distributed Control System) یا به اختصار DCS یکی از مهم ترین سیستم های کنترلی در صنعت برق و کنترل است و متاسفانه اکثر مهندسان به دلیل عدم دسترسی به نیروگاه ها، صنایع حساس و عمدتاً تاسیسات کنترلی بزرگ، اطلاعات کمی در مورد آن دارند. از طرفی به دلیل توزیع این سیستم کنترلی، تصور آن نسبت به سایر سیستم ها کمی دشوارتر است.
سیستم کنترل توزیع شده چیست؟
یک سیستم کنترل توزیع شده (DCS) یک شبکه کنترل خودکار ساخته شده است که از عناصر کنترلی تشکیل شده است که به صورت جغرافیایی در یک مکان یا منطقه کنترل توزیع شده اند. این ساختار با یک سیستم کنترل متمرکز که در آن یک کنترل کننده واحد در یک مکان مرکزی عملیات را کنترل می کند متفاوت است. اما در یک سیستم کنترل توزیع شده، هر جزء، دستگاه یا گروهی از ماشین ها توسط یک کنترل کننده اختصاصی کنترل می شود. یک DCS شامل تعداد زیادی کنترل کننده محلی است که در قسمت های مختلف منطقه کنترل شده قرار دارند که توسط یک شبکه ارتباطی پرسرعت متصل شده اند.
نحوه عملکرد سیستم کنترل توزیع شده
در یک سیستم DCS، حسگرها (سنسورها) برای دریافت داده، پردازش دادهها و انتقال دادهها به دستگاههای I/O محلی استفاده میشوند. البته در آنجا نیز دستگاههای راهانداز به این محرکهای ورودی/خروجی وصل می گردند. با این اتصال، پارامترهای پردازش به طور کامل کنترل می شوند. در اینجا داده های حاصل جمع آوری شده و از طریق پروتکل فیلدباس صنعتی به واحد کنترل ارسال می شود. در دستگاههای میدان هوشمند، دادههای حسی مستقیماً به واحد کنترل پردازش ارسال میشوند. پس از آن، داده های جمع آوری شده مجددا پردازش و تجزیه و تحلیل می شود و نتایجی را مطابق با منطق مدیریت پیاده سازی شده در مدیریت تولید می کند.
عناصر کلیدی سیستم DCS
فضای کاری مهندسی
در DCS این بخش به عنوان کنترل کننده نظارتی عمل می کند. این جزء می تواند یک دستگاه محاسباتی یا هر رایانه شخصی باشد که از نرم افزارهای سیستمی خاصی مانند ABB Freelance DCS برای کنترل فضای کاری استفاده می کند. این عنصر ابزارهای پیکربندی کنترلی را فراهم میکند که فعالیتهای برنامهریزی و اجرا مانند توسعه حلقههای جدید، ایجاد گرههای ورودی/خروجی (IO) متعدد، تغییر توالی و منطق کنترل، پیکربندی چندین دستگاه، تعریف مستندات برای هر جزء ورودی/خروجی و… را برای کاربر ممکن میسازد.
رابط HMI یا فضای کاری عملیاتی
این عنصر برای اجرای عملیات، نظارت و مدیریت پارامترهای کارخانه پیاده سازی می شود. همچنین شامل هر دستگاه مانیتورینگ یا رایانه شخصی است که دارای ابزار نرم افزاری مجزا باشد و کاربر می تواند از این ابزار برای نظارت بر میزان پردازش داده ها و انجام عملیات لازم استفاده کند. آنها معمولاً به عنوان HMI یا Human Machine Interface شناخته می شوند. HMI ها می توانند یک یا چند واحد باشند. واحدهای تکی مسئول اجرای فعالیتهایی مانند هشدار مقدار مثلا سطوح خاص یا نمایش روندها هستند. در حالی که بسیاری از واحدها وظیفه انجام محاسبات و نمایش بر روی رایانه شخصی، جمع آوری و ثبت داده ها و ثبت فرآیند را بر عهده دارند.
واحد کنترل پردازش
این واحد در DCS واحد کنترل محلی یا واحد پردازش یا کنترل کننده توزیع نامیده می شود. یک DCS می تواند یک یا چند واحد محاسباتی داشته باشد که می توانند با چندین واحد ورودی/خروجی گسترش یابند. واحد کنترل پردازش شامل یک واحد پردازش مرکزی قدرتمند (CPU)، یک واحد ارتباطی است که می تواند طیف وسیعی از پروتکل های ارتباطی را پشتیبانی کند و واحدهای ورودی/خروجی متصل از راه دور. برخی از دستگاه های میدانی را می توان مستقیماً بدون ماژول I/O به فیلدباس متصل کرد. دستگاهی با چنین ارتباطی را دستگاه میدان هوشمند می نامند.
رسانه و کانال ارتباطی
شبکه ارتباطی نقش عمده و مهمی در سیستم DCS دارد. فضای کاری مهندسی، واحد پردازش، واحد عملیاتی و دستگاه های هوشمند از طریق رسانه های ارتباطی به هم متصل می شوند. همچنین داده ها از طریق این دستگاه در ایستگاه ها منتقل می شود. رایج ترین پروتکل های ارتباطی مورد استفاده در سیستم DCS عبارتند از:
1️⃣پروفی باس (Profibus)
2️⃣اترنت صنعتی (Ethernet)
3️⃣دیوایس نت (DeviceNet)
4️⃣مودباس (Modbus)
5️⃣فاندیشن فیلدباس (Foundation Field Bus)
6️⃣اترکت (EtherCat)
7️⃣فیبر نوری
8️⃣و …
بررسی سیستم کنترل صنعتی
سیستم های کنترل صنعتی یا ICS که به اختصار Industrial Control Systems نامیده می شوند، اصطلاحی است که به انواع سیستم های کنترل صنعتی اطلاق می شود. این سیستم شامل تجهیزات، شبکهها، سیستمها و کنترلهایی است که برای اجرای فرآیندهای صنعتی استفاده میشوند. هدف اصلی این سیستم مدیریت و کنترل فرآیندهای صنعتی است. سیستم کنترل صنعتی در هر بخش از صنعت استفاده می شود. بسته به صنعت، هر سیستم کنترل صنعتی متفاوت عمل می کند. توجه داشته باشید که سیستم کنترل صنعتی مورد نیاز باید بر اساس ضوابط سازمان و صنعت پیاده سازی شود. سیستم های کنترل صنعتی بخشی از اتوماسیون هستند.
انواع سیستمهای کنترل صنعتی
سیستم کنترل صنعتی انواع مختلفی دارد و باید بهترین سیستم کنترل صنعتی را با توجه به هدف مورد نظر انتخاب کنیم. مهمترین این سیستم ها عبارتند از:
🟣سیستم کنترل نظارت و داده
🟣سیستمهای کنترل توزیع
🟣سیستمهای کنترل اتوماسیون صنعتی
🟣فرآیند کنترلکنندهٔ منطقی
🟣فرآیند اتوماسیون کنترلکننده
✅نتیجه گیری
از نظر کاربرد، DCS برای نصب در یک منطقه محدود، مانند یک کارخانه یا کارخانه، و برای فرآیندهای کنترل پیچیده استفاده می گردد. برخی از زمینه های کاربردی DCS شامل کارخانه های شیمیایی، نیروگاه ها، تولید دارو، صنعت نفت و گاز و غیره است. برنامه های کاربردی و صنایع تولیدی کوچک. با وجود این تفاوتهای عمده، سیستمهای DCS و SCADA مدرن با امکانات استاندارد مشترک در هنگام کار با اتوماسیون کارخانه ارائه میشوند.