سیستم کنترل توزیع شده DCS

یک سیستم کنترل توزیع شده DCS) distributed control system) و سیستم کنترل خودکار که از عناصر کنترل جغرافیایی تشکیل شده است. پس DCS سیستم حسگرها ، کنترل کننده ها و … است. در سال های اخیر، استفاده از دستگاه های هوشمند میدانی باعث شد که DCS  در فرآیندهای صنعتی بزرگ و پیچیده نسبت به سیستم کنترل متمرکز برجسته تر باشد. این توزیع معماری سیستم کنترل منجر به تولید روشهای کارآمدتری برای بهبود قابلیت اطمینان کنترل ، کیفیت فرآیند و کارایی شده است.

در سیستم کنترل متمرکز یک کنترلر به تنهایی در محل مرکزی عملکرد، عملکرد را کنترل می کند اما در DCS هر فرآیند یا دستگاه یا گروهی از ماشین ها توسط یک کنترل کننده ویژه کنترل می شود.  DCS از تعداد زیادی کنترل کننده محلی در بخش های مختلف منطقه کنترل گیاه تشکیل شده است و از طریق یک شبکه ارتباطی با سرعت بالا به یکدیگر متصل می شوند.

چگونه از DCS استفاده می شود؟

در حالی که DCS در صنایع کنترل فرآیند استفاده می شود نظارت بر فرآیندهای تولید پیچیده به طور گسترده تر انجام می شوند استقرار در کارخانجات تولیدی بزرگ مانند کارخانجات موجود صنعت پتروشیمی با کمک DCS و سایر موارد دیگر که تولید کنندگان می توانند تنظیمات را هماهنگ کنند با استفاده از یک شبکه متمرکز از رایانه ها و دستورالعمل ها از DCS  در یک گیاه مستقر شده و به فرد تغذیه می شود کنترل کننده ها در صورت پیکربندی مناسب DCS  می توانند ضمن افزایش راندمان تولید.بهبود یابند.

در سیستم کنترل DCS ، توابع جمع آوری و کنترل داده ها از طریق تعدادی کنترلر DCS انجام می شود که بصورت عملکردی و جغرافیایی بر روی کارخانه توزیع می شوند این کنترلرها قادر به برقراری ارتباط بین خود و سایر کنترلرها مانند پایانه های نظارتی، پایانه های اپراتور و غیره هستند.

DCS برای کارخانجات پردازش یا تولید در مقیاس بزرگ مناسب است که در آن تعداد زیادی حلقه کنترل مداوم مورد نظارت و کنترل قرار می گیرد. از مهمترین مزیت تقسیم وظایف کنترل برای کنترل کننده های توزیع شده این است که در صورت عدم موفقیت بخشی از DCS ، کارخانه می تواند بدون توجه به بخش خراب شده، به فعالیت خود ادامه دهد.

به طور کلی، اجزای DCS از 3 مؤلفه اساسی تشکیل شده است، یعنی: ایستگاه اپراتور، کنترل ماژول و ماژول I / O

ایستگاه اپراتور: مکانی است که کاربر بر روند اجرای سیستم نظارت می کند.

ماژول کنترل: قسمت اصلی DCS است. ماژول کنترل، به عنوان مغز کنترل فرآیند است و فرایند محاسباتی الگوریتم ها را انجام می دهد.

ماژول I / O: ماژول I / O برای رسیدگی به ورودی و خروجی یک مقدار فرآیند، تبدیل سیگنال ها از دیجیتال به آنالوگ و بالعکس می باشد.

آشنایی با سیستم های کنترل DCS

DCS دارای سه ویژگی اصلی می باشد:

1. مورد اول توزیع توابع مختلف کنترل در مجموعه ی نسبتاً کمی از زیر سیستم ها است. برخی از کارکرد ها شامل جمع آوری داده ها، ارائه داده ها، کنترل فرآیند، نظارت بر فرآیند، گزارش اطلاعات، ذخیره و بازیابی اطلاعات است.
2. دومین ویژگی DCS ، اتوماسیون فرایند تولید با ادغام استراتژی های کنترل پیشرفته است.
3. ویژگی سوم تنظیم عوامل به عنوان یک سیستم است. DCS کل ساختار کنترل را به عنوان یک سیستم اتوماسیون واحد که در آن زیر سیستم های مختلف از طریق ساختار مناسب فرمان و جریان اطلاعات یکپارچه می شوند ، سازمان می دهد.

این ویژگی های DCS را می توان در معماری آن مشاهده کرد.

مزایای استفاده از DCS شامل موارد زیر است:

• به حداقل عیب یابی نیاز دارد
• هشدار دهنده است
• بهتر از PLC خود را به سازماندهی و سازگاری تطبیق می دهد
• شامل گرافیک HMIاست
• مدیریت دسته ای امکان پذیر است
• سرور OPCرا داراست
• باعث کاهش زمان مهندسی میشود
• سرورهای سیستم اپراتور اضافی دارد

واحد کنترل فرآیند  DCS

یک واحد کنترل محلی و کنترل کننده توزیع یا ایستگاه فرآیند نامیده می شود. یک سیستم کنترل توزیع شده می تواند از یک یا چند ایستگاه فرآیند تشکیل شود که با انواع مختلف واحدهای I / O قابل گسترش است. این کنترلرها شامل یک ماژول پردازنده قدرتمند یا ماژول ارتباطی با قابلیت گسترش میدان و یا اتصال  I / Os  مستقیم یا از راه دور هستند.

دستگاه های میدانی مانند سنسورها و محرک ها به ماژول های I / O این واحد وصل شده اند. برخی از دستگاه های میدانی را می توان به طور مستقیم به اتوبوس میدانی مانند Profibus و بدون هیچگونه ماژول I / O متصل کرد ، که می توان آن را دستگاه هوشمند نامید.

این واحدها از طریق ماژول ورودی اطلاعات را از حسگرهای مختلف بدست می آورند، آن را بر اساس منطق کنترلی اجرا شده تجزیه و تحلیل می کنند و پردازش می شوند و سیگنال های خروجی را از طریق ماژول های خروجی می فرستند تا بر روی محرک ها و رله ها کنترل داشته باشند.

اجرای پروژه های سیستم های کنترل DCS

سامانه کنترل توزیع‌شده یا سامانه کنترل پراکنده یا DCS (به انگلیسی: Distributed control system – DCS) برای کنترل فرآیندهای صنعتی مانند نیروگاه‌های تولید برق، پالایشگاه‌های نفت و گاز، تصفیه آب و فاضلاب، صنایع شیمیایی، غذایی و خودروسازی مورداستفاده قرار می‌گیرند.DCS بیش‌تر به شکل یک ساختار کنترلی چندلایه، از سطوح سرپرستی و مدیریت تا سطوح زیرین برای کنترل جزئیات محلی پروسه ساخته شده‌اند. محصول و پروسه کنترلی معمولاً توسط بکارگیری حلقه‌های پسخورد یا پیشخورد در نقطه دلخواه به صورت خودکار قرار می‌گیرند. برای دستیابی به تولرانس مورد نظر برای محصول یا پروسه از کنترل‌گرهای برنامه‌پذیر ویژه‌ای بهره گرفته می‌شود.

در سیستم های DCS از کامپیوتر به عنوان مانیتورینگ و برنامه نویسی مجدد سیستم استفاده می شود و عمل پردازش به عهده کنترلر هاست و این امر باعث میشود که اگر یکی از کنترلر ها بسوزد تمام کنترل روی سیستم را از دست ندهیم.شرکت پتساصنعت به عنوان یکی از شرکت های متخصص در صنایع اتوماسیون کشور و اجرای بسیاری از پروژه های ملی توانائی تأمین، طراحی و اجرای سیستم های پروسس بر مبنای تجهیزات DCS را از Vendorهای زیر دارا می باشد:

بهره برداری از سیستم  DCS

عملکرد DCS به این صورت پیش می رود؛

سنسورها اطلاعات فرآیند را حس می كنند و آن را به ماژول های I / O می فرستند، محرك ها نیز به آنها وصل می شوند تا پارامترهای فرایند را كنترل كنند. اطلاعات یا داده های این ماژول های از راه دور به واحد کنترل فرآیند جمع می شوند. در صورت استفاده از وسایل درست هوشمند، اطلاعات حساس مستقیماً به واحد کنترل فرآیند منتقل می شوند.

اطلاعات جمع آوری شده بیشتر بر اساس منطق کنترلی که در کنترلر اعمال می شود، پردازش، تحلیل و تولید می شوند. نتایج یا اقدامات کنترلی به دستگاه های محرک منتقل می شوند. پیکربندی، راه اندازی، اجرا وکنترل DCS در ایستگاه مهندسی انجام می شود. اپراتور قادر به مشاهده و ارسال اقدامات کنترلی بصورت دستی در ایستگاه های عملیاتی است.

سیستم ارتباطات

سیستم ارتباطات نقش کلیدی در کل DCS ایفا می کند. ارتباطات، ایستگاه مهندسی، ایستگاه عامل، ایستگاه فرآیند و دستگاه های هوشمند را به یکدیگر متصل می کند و اطلاعات را از یک ایستگاه به ایستگاه دیگر منتقل می کند. پروتکلهای ارتباطی رایج مورد استفاده در DCS شامل Ethernet ،Profibus ، Foundation Field Bus ، Device Net ، Modbus  و غیره است.

استفاده از یک پروتکل برای کل DCS اجباری نیست ، بعضی از سطوح می توانند از یک شبکه استفاده کنند در حالی که برخی  سطوح دیگر میتوانند از شبکه های مختلفی استفاده می کنند. به عنوان مثال ، در نظر بگیرید که دستگاه های میدانی، I / Os  و ایستگاه فرایند توزیع شده با Profibus در ارتباط هستند.

مهمترین مزیت سیستم های DCS ، افزونی و زیادی برخی یا تمام سطوح منطقه کنترل است. بیشتر موارد فرآیندهای حساس با کنترل کننده های افزایشی نصب شده اند و مشکل در خط پردازش اصلی به دلیل بخش پردازش زائد نباید عملکرد نظارت و کنترل را تحت تأثیر قرار دهد.

دستگاه های هوشمند

دستگاه های هوشمند درست و فناوری اتوبوس میدان از ویژگی های پیشرفته فناوری DCS است که جایگزین زیر سیستم های سنتی I / O ماژول های I / O می شود. این دستگاه های هوشمند هوش مورد نیاز تکنیک های سنجش و کنترل ساده را در دستگاه های سنجش و تحریک اولیه قرار می دهند. و از این رو نیاز به یک کنترلر DCS را برای انجام فرآیند سنجش و کنترل روتین جایگزین می کند.

این دستگاه های میدانی می توانند به طور مستقیم به اتوبوس میدانی متصل شوند به طوری که با از بین بردن سخت افزارهای غیرمستقیم مانند ماژول های I / O محلی و کنترلرها ، از طریق خط انتقال دیجیتال از طریق خط انتقال دیجیتال امکان دسترسی به چندین اندازه گیری وجود دارد.