سیستم DCS (کنترل توزیع شده) چیست؟

سیستم DCS

در سال‌های اخیر، استفاده از دستگاه‌ های هوشمند باعث شده است که سیستم Distributed Control System یا همان سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS) در فرآیند های صنعتی بزرگ و پیچیده در مقایسه با سیستم کنترل متمرکز سابق برجسته باشد. این توزیع معماری سیستم کنترل در اطراف نیروگاه منجر به تولید راه های کارآمدتر برای بهبود قابلیت اطمینان کنترل، کیفیت فرآیند و کارایی کارخانه ها شده است. امروزه سیستم کنترل پراکنده در بسیاری از زمینه های صنعتی مانند کارخانه های شیمیایی، صنایع نفت و گاز، واحدهای فرآوری مواد غذایی، نیروگاه های هسته ای، سیستم های مدیریت آب، صنایع خودروسازی و… کاربرد دارد.

حتما بخوانید:

اتوماسیون صنعتی PLC

مانیتورینگ و کنترل خطوط تولید (مانیتورینگ صنعتی)

مقایسه کنترل کننده های صنعتی PAC.PLC.IPC و کاربرد هر کدام

طراحی سیستم DCS

سیستم DCS (کنترل توزیع شده)  یک سیستم کنترل خودکار طراحی شده است که از عناصر کنترلی توزیع شده جغرافیایی بر روی کارخانه یا منطقه کنترل تشکیل شده است. این با سیستم کنترل متمرکز متفاوت است که در آن یک کنترل کننده در مکان مرکزی عملکرد کنترل را اداره می کند. اما در DCS هر عنصر فرآیند یا ماشین یا گروهی از ماشین ها توسط یک کنترل کننده اختصاصی کنترل می شود. DCS شامل تعداد زیادی کنترل کننده محلی در بخش های مختلف منطقه کنترل نیروگاه است و از طریق یک شبکه ارتباطی با سرعت بالا به هم متصل می شوند.

ارتباط ریز کنترلر ها

در سیستم کنترل DCS، توابع جمع‌آوری و کنترل داده‌ها از طریق تعدادی از کنترل‌کننده‌های DCS انجام می‌شوند که مبتنی بر ریزپردازنده هستند و به صورت عملکردی و جغرافیایی بر روی نیروگاه توزیع شده‌اند. این واحدها در نزدیکی منطقه‌ای قرار دارند که عملکرد های کنترل یا جمع‌آوری داده‌ها انجام می‌شود. این کنترل‌کننده‌ها می‌توانند بین خود و همچنین با کنترل‌کننده‌های دیگر مانند پایانه‌های نظارتی، پایانه‌های اپراتور، مورخان و غیره ارتباط برقرار کنند.

مطلب مرتبط: میکروپروسسور (ریزپردازنده) چیست؟

اتصال ریز کنترلر ها

کنترل کننده های خودکار انفرادی توزیع شده به دستگاه های میدانی مانند سنسور ها و محرک ها متصل می شوند. این کنترل‌کننده‌ ها از اشتراک‌گذاری داده‌های جمع‌آوری‌شده با سایر کنترل‌کننده‌های سلسله مراتبی از طریق گذرگاه‌ های فیلد مختلف اطمینان حاصل می‌کنند. برای برقراری ارتباط بین کنترلر ها از گذرگاه های میدانی مختلف یا پروتکل های ارتباطی استاندارد استفاده می شود. برخی از این موارد عبارتند از Profibus، HART، arc net، Modbus و غیره.

DCS برای کارخانه‌های فرآوری یا تولید در مقیاس بزرگ مناسب است. زیرا در چنین کارخانه هایی تعداد زیادی از حلقه‌ های کنترل پیوسته باید نظارت و کنترل شوند. مزیت اصلی تقسیم وظایف کنترل برای کنترل کننده های توزیع شده این است که اگر هر بخشی از DCS از کار بیفتد. کارخانه می تواند بدون توجه به بخش خراب به کار خود ادامه دهد.

معماری سیستم DCS

همانطور که از نام آن پیداست. DCS دارای سه ویژگی اصلی است. اولین مورد، توزیع توابع کنترلی مختلف به مجموعه‌ های نسبتاً کوچکی از زیرسیستم‌ها است که نیمه‌ خود مختار هستند. و از طریق یک گذرگاه ارتباطی با سرعت بالا به هم متصل می‌شوند.  دومین ویژگی DCS اتوماسیون فرآیند تولید با ادغام استراتژی های کنترل پیشرفته است.

حتما بخوانید:

اتوماسیون صنعتی چیست؟

بروزرسانی plc چیست؟ مراحل آن

DCS کل ساختار کنترل را به عنوان یک سیستم اتوماسیون واحد سازماندهی می کند که در آن زیر سیستم های مختلف از طریق ساختار فرماندهی مناسب و جریان اطلاعات متحد می شوند. عناصر اساسی موجود در یک DCS شامل ایستگاه کاری مهندسی، ایستگاه عملیاتی یا HMI، واحد کنترل فرآیند یا واحد کنترل محلی، دستگاه‌ های هوشمند و سیستم ارتباطی است.

ایستگاه کاری مهندسی DCS

این کنترل کننده نظارتی بر کل سیستم کنترل توزیع شده است. این می تواند یک رایانه شخصی یا هر رایانه دیگری باشد که دارای نرم افزار مهندسی اختصاصی است. به عنوان مثال، ایستگاه مهندسی کنترل ساز F . این ایستگاه مهندسی ابزار های پیکربندی قدرتمندی را ارائه می دهد. این واحد به کاربر امکان انجام عملکرد های مهندسی مانند ایجاد حلقه های جدید، ایجاد نقاط ورودی و خروجی مختلف، اصلاح منطق کنترل متوالی، پیکربندی دستگاه های مختلف توزیع شده، تهیه مستندات برای هر دستگاه ورودی/خروجی و غیره را می دهد.

ایستگاه عملیاتی یا HMI

این واحد برای عملکرد، نظارت و کنترل پارامترهای کارخانه استفاده می شود. این می تواند یک رایانه شخصی یا هر دستگاه نظارتی دیگری باشد که دارای یک ابزار نرم افزاری جداگانه است که اپراتور می تواند مقادیر پارامترهای فرآیند را مشاهده کند. بر این اساس اقدامات کنترلی را انجام دهد. به عنوان مثال، DigiVis یک ابزار نرم افزاری است که می تواند روی یک محیط PC ساده در مورد ABB DCS اجرا شود. ایستگاه‌ های عملیاتی می‌توانند یک واحد یا چند واحد باشند که در آن یک واحد عملکرد هایی مانند نمایش مقدار پارامتر، نمایش روند، هشدار و غیره را انجام می‌دهد. در حالی که چندین واحد یا رایانه شخصی عملکرد های جداگانه‌ای مانند برخی پارامتر های نمایش رایانه شخصی، برخی برای بایگانی روند، برخی برای ثبت و دریافت داده ها و غیره.

مطالب مرتبط:

اچ ام آی (HMI) چیست؟ مزایا و معایب

پی ال سی (PLC) چیست؟ کاربرد و مزایا

واحد کنترل فرآیند DCS

همچنین به عنوان واحد کنترل محلی، کنترل کننده توزیع یا ایستگاه فرآیند نامیده می شود. سیستم DCS می تواند شامل یک یا چند ایستگاه فرآیند باشد. این ایستگاه می تواند با انواع مختلف واحدهای ورودی/خروجی گسترش یابد. این کنترلرها از یک ماژول CPU قدرتمند، فیلد باس یا ماژول ارتباطی با قابلیت فیلد باس گسترده و I/O های متصل مستقیم یا از راه دور تشکیل شده اند. دستگاه های میدانی مانند سنسورها و محرک ها به ماژول های ورودی/خروجی این واحد متصل می شوند. برخی از دستگاه‌ های فیلد را می‌توان مستقیماً به فیلد باس (مانند Profibus) بدون ماژول ورودی/خروجی متصل کرد که می‌توان آن‌ها را دستگاه‌های میدان هوشمند نامید.

این واحدها اطلاعات حسگر های مختلف را از طریق ماژول ورودی به دست می آورند. آن را تجزیه و تحلیل و پردازش کرده و سیگنال های خروجی را از طریق ماژول های خروجی ارسال می کنند تا بر روی محرک ها و رله ها کنترل داشته باشند.

سیستم ارتباطات

رسانه ارتباطی نقش اصلی را در کل سیستم DCS ایفا می کند. این ایستگاه مهندسی، ایستگاه عملیاتی، ایستگاه فرآیند و دستگاه های هوشمند را به یکدیگر متصل می کند. این اطلاعات را از یک ایستگاه به ایستگاه دیگر منتقل می کند. پروتکل های ارتباطی رایج مورد استفاده در DCS عبارتند از: اترنت، پروفیباس، گذرگاه فیلد بنیاد، دیوایس نت، مدباس و غیره.

استفاده از یک پروتکل برای کل DCS اجباری نیست. برخی از سطوح می توانند از یک شبکه استفاده کنند در حالی که برخی از سطوح از شبکه های مختلف استفاده می کنند. مزیت اصلی DCS، افزونگی برخی یا همه سطوح ناحیه کنترل است. اکثر موارد فرآیندهای بحرانی با کنترل کننده های اضافی و شبکه های ارتباطی اضافی نصب می شوند به طوری که مشکل در خط پردازش اصلی به دلیل قسمت پردازش اضافی نباید بر عملکردهای نظارت و کنترل تأثیر بگذارد.

دستگاه های میدان هوشمند

دستگاه های میدان هوشمند و فناوری فیلد باس از ویژگی های پیشرفته فناوری DCS هستند که جایگزین زیر سیستم های سنتی I/O (ماژول های I/O) می شوند. این دستگاه‌ های هوشمند، هوش مورد نیاز برای تکنیک‌های سنجش و کنترل ساده را در دستگاه‌ های حسگر و محرک اولیه تعبیه می‌کنند. از این رو نیاز به یک کنترلر DCS برای انجام فرآیند سنجش و کنترل معمولی را جایگزین می کند. این دستگاه‌های میدانی را می‌توان مستقیماً به فیلد باس متصل کرد تا منبع اندازه‌گیری‌ های متعدد به ایستگاه کنترل سطح بالاتر بعدی از طریق خط انتقال دیجیتال با حذف سخت‌ افزارهای اضافی مانند ماژول‌ های I/O محلی و کنترل‌کننده‌ها امکان‌پذیر باشد.

کار و بهره برداری از سیستم DCS

عملکرد DCS به این صورت است که سنسور ها اطلاعات فرآیند را حس می‌کنند. آن را به ماژول‌های ورودی/خروجی محلی می ‌فرستند. این درحالی است که محرک‌ها نیز به آنها متصل هستند تا پارامترهای فرآیند را کنترل کنند. اطلاعات یا داده های این ماژول های راه دور از طریق فیلد باس به واحد کنترل فرآیند جمع آوری می شود و در صورت استفاده از دستگاه های میدان هوشمند، اطلاعات حس شده مستقیماً از طریق فیلد باس به واحد کنترل فرآیند منتقل می شود.

اطلاعات جمع آوری شده بیشتر پردازش، تجزیه و تحلیل می شود و نتایج خروجی را بر اساس منطق کنترل پیاده سازی شده در کنترل کننده تولید می کند. سپس نتایج یا اقدامات کنترلی از طریق فیلد باس به دستگاه های محرک منتقل می شود. پیکربندی، راه اندازی و اجرای منطق کنترل DCS همانطور که قبلاً ذکر شد در ایستگاه مهندسی انجام می شود. اپراتور می تواند اقدامات کنترلی را به صورت دستی در ایستگاه های عملیات مشاهده و ارسال کند.

تفاوت بین SCADA و DCS

اگرچه DCS و SCADA هر دو مکانیسم های نظارت و کنترل در تاسیسات صنعتی هستند. اما اهداف متفاوتی دارند. برخی از تشابهات DCS و SCADA از نظر سخت افزار و اجزای آن وجود دارد. با این حال، الزامات خاصی توسط برنامه های کاربردی نهایی وجود دارد که یک DCS قوی و مقرون به صرفه را از سیستم SCADA قابل دوام جدا می کند. در ادامه به برخی از تفاوت های DCS و SCADA اشاره میکنیم:

حتما بخوانید:

تفاوت PLC و DCS چیست؟

انواع سیستم های کنترل صنعتی

میکروکنترلر چیست؟ انواع و کاربرد آن

DCS در مقابل SCADA

یک:

DCS فرآیند گرا است. درحالیکه SCADA گردآوری داده گرا است.

دو:

DCS بیشتر بر کنترل فرآیند تأکید دارد و همچنین شامل سطح کنترل نظارتی است. همچنین به عنوان بخشی از انجام این کار، اطلاعات را به اپراتور ارائه می دهد. از سوی دیگر، SCADA بیشتر بر روی داده های فرآیند اکتساب و ارائه آن به اپراتورها و مرکز کنترل تمرکز می کند.

سه:

در DCS، ماژول ها یا کنترلرهای جمع آوری و کنترل داده ها معمولاً در یک منطقه محدودتر قرار دارند و ارتباط بین واحد های کنترل توزیع شده مختلف از طریق یک شبکه محلی انجام می شود. SCADA به طور کلی مناطق جغرافیایی بزرگ تری را پوشش می دهد که از سیستم های ارتباطی متفاوتی استفاده می کنند. این سیستم ها معمولاً نسبت به یک شبکه محلی از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار هستند.

چهار:

DCS از یک کنترل حلقه بسته در ایستگاه کنترل فرآیند و در واحدهای پایانه راه دور استفاده می کند اما در مورد SCADA چنین کنترل حلقه بسته وجود ندارد.

پنج:

لازم بذکر است که DCS حالت فرآیندی دارد که در آن فرآیند را به طور منظم اسکن می کند و نتایج را حتی در صورت تقاضا به اپراتور نمایش می دهد. اما SCADA رویداد محور است. جایی که فرآیند را به‌طور متوالی اسکن نمی‌کند. اما منتظر رویدادی است که باعث می‌شود پارامتر فرآیند اقدامات خاصی را آغاز کند.

شش:

از نظر کاربردها، DCS برای نصب در یک منطقه محدود، مانند یک اتوماسیون صنعتی یا کارخانه واحد و برای فرآیندهای کنترل پیچیده استفاده می شود. برخی از حوزه‌های کاربردی DCS شامل کارخانه‌های شیمیایی، نیروگاه‌های تولید برق، تولید دارو، صنایع نفت و گاز و غیره است. برنامه های کاربردی و صنایع کوچک تولیدی و فرآیندی.

انتخاب بین DCS و SCADA

علی‌رغم این تفاوت‌های عمده، سیستم‌های DCS و SCADA مدرن با امکانات استاندارد مشترک در هنگام کار با اتوماسیون کارخانه ارائه می‌شوند. با این حال، انتخاب بین DCS و SCADA به نیاز مشتری و برنامه نهایی آن بستگی دارد. اما اگر مشتری بین این دو انتخاب مردد بماند. DCS انتخاب اقتصادی است زیرا به کاهش هزینه و ارائه کنترل بهتر کمک می کند.

برخی از سیستم های DCS موجود عبارتند از:

• ABB- Freelance 800F و 800 xA
• Yokogawa- Centum CS 3000 و 1000
• Honeywell-TDC 3000
• امرسون- دلتا V اتوماسیون دیجیتال
• اتوماسیون صنعتی زیمنس – Simatic PCS 7
• آلن- بردلی- نت لینکس

مطلب مرتبط:

اجزای اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسیون صنعتی زیمنس – شرکت زیمنس

سخن پایانی

گروه صنعتی سپیانی فعال در زمینه اتوماسیون صنعتی، اتوماسیون صنعتی plc، اتوماسیون صنعتی زیمنس و نیز طراحی و راه اندازی خطوط تولید همراه شما عزیزان است. جهت کسب اطلاعات بیشتر میتوانید فرم درخواست مشاوره را کامل نمایید تا تکنسین های ما در کمترین زمان ممکن با شما تماس بگیرند. همچنین جهت تهیه انواع تجهیزات صنعتی مرتبط با برق صنعتی، اتوماسیون صنعتی، ابزار دقیق، پنوماتیک و… میتوانید به بخش فروشگاهی ما مراجعه کرده و استعلام قیمت نمایید.