سیستم کنترل توزیع شده چیست؟

سیستم کنترل توزیع شده DCS چیست؟

در سال‌های اخیر، استفاده از دستگاه‌های هوشمند باعث شده است که سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS) در فرآیندهای صنعتی بزرگ و پیچیده در مقایسه با سیستم کنترل متمرکز سابق برجسته باشد. این توزیع معماری سیستم کنترل در نیروگاه منجر به تولید راه های کارآمدتر برای بهبود قابلیت اطمینان کنترل، کیفیت فرآیند و کارایی کارخانه شده است. امروزه سیستم کنترل توزیع شده در بسیاری از زمینه‌های صنعتی مانند کارخانه‌های شیمیایی، صنایع نفت و گاز، واحدهای فرآوری مواد غذایی، نیروگاه‌های هسته‌ای، سیستم‌های مدیریت آب، صنایع خودروسازی و … یافت می شود. در این مقاله از وبلاگ آداک، بهترین سازنده تابلو برق در ایران، به معرفی این سیستم می پردازیم، با ما همراه باشید.

سیستم DCS چیست؟

یک سیستم کنترل توزیع شده (DCS) یک شبکه کنترل خودکار ویژه طراحی شده است که از عناصر کنترل جغرافیایی توزیع شده بر روی سایت یا منطقه کنترل تشکیل شده است. این ساختار، متفاوت از سیستم کنترل متمرکز است که در آن یک کنترل گر واحد در مکان مرکزی بر عملکرد نظارت می کند، اما در سیستم کنترل توزیع شده، هر عنصر یا دستگاه یا گروه ماشین آلات توسط یک کنترلر اختصاصی کنترل می شود. DCS از تعداد زیادی از کنترل کننده های محلی در بخش های مختلف منطقه تحت نظارت تشکیل شده که از طریق یک شبکه ارتباطی با سرعت بالا متصل می شوند.

ویژگی های سیستم کنترل توزیع شده

در سیستم کنترل DCS ، عملکرد و کنترل داده ها از طریق تعدادی از کنترل کننده های DCS انجام می شود که واحدهای مبتنی بر ریزپردازنده هستند که به صورت کاربردی و جغرافیایی بر روی سایت توزیع می شوند و در نزدیکی منطقه واقع شده اند که عملکردهای کنترل یا جمع آوری داده ها در آن انجام می شوند. این کنترل کننده ها قادر به برقراری ارتباط بین خود و همچنین با سایر کنترل کننده هایی مانند پایانه های نظارتی، پایانه های اپراتور، مورخان و غیره هستند.

همچنین بخوانید: معرفی بهترین سازنده تابلو برق در ایران

کنترل کننده های اتوماتیک توزیع شده به دستگاه های میدانی مانند سنسورها و محرک ها متصل می شوند. این کنترل کننده ها به اشتراک گذاری داده های جمع آوری شده به سایر کنترل کننده های سلسله مراتبی از طریق باس های مختلف میدانی اطمینان می دهند. باس های میدانی مختلف یا پروتکل های ارتباطی استاندارد برای برقراری ارتباط بین کنترل کننده ها استفاده می شود. برخی از این موارد شامل Profibus ، Hart ، Arc Net ، Modbus و غیره است.

کاربردهای سیستم DCS چیست؟

سیستم کنترل توزیع شده برای امور پردازشی یا کارخانه های تولیدی در مقیاس بزرگ مناسب است که در آن تعداد زیادی از حلقه های کنترل مداوم باید نظارت شوند. مهمترین مزیت  DCS برای کنترل کننده های توزیع شده این است که در صورت عدم موفقیت هر بخشی از سیستم، مابقی ساختار بدون در نظر گرفتن بخش آسیب دیدده می تواند به فعالیت خود ادامه دهد.

معماری سیستم کنترل توزیع شده

همانطور که از نام آن پیداست ، DCS دارای سه ویژگی اصلی است. اولین مورد توزیع توابع مختلف کنترل در مجموعه های نسبتاً کمی از زیر سیستم ها است که از نیمه اتوماتیک هستند و از طریق یک باس ارتباطی با سرعت بالا به هم پیوسته اند. برخی از این توابع شامل کسب داده ها، ارائه داده ها، کنترل فرآیند، نظارت بر فرآیند، گزارش اطلاعات، ذخیره و بازیابی اطلاعات است.

ویژگی دوم سیستم کنترل توزیع شده، اتوماسیون فرآیند تولید با ادغام استراتژی های کنترل پیشرفته است و ویژگی سوم تنظیم همه چیز به عنوان یک سیستم است. DCS کل ساختار کنترل را به عنوان یک سیستم اتوماسیون واحد سازماندهی می کند که در آن زیر سیستم های مختلف از طریق یک ساختار فرمان مناسب و جریان اطلاعات متحد می شوند.

این ویژگی های DCS ها را می توان در معماری آن نشان داد که در نمودار زیر نشان داده شده است. عناصر اصلی تشکیل شده در DCS شامل ایستگاه کاری مهندسی، ایستگاه عامل یا HMI، واحد کنترل فرآیند یا واحد کنترل محلی، دستگاه های هوشمند و سیستم ارتباطی است.

ایستگاه کاری مهندسی

این یک واحد نظارت بر کل سیستم DCS است. این بخش می تواند یک رایانه شخصی یا هر رایانه دیگری باشد که دارای نرم افزار مهندسی اختصاصی است (به عنوان مثال، ایستگاه مهندسی کنترل کننده F در صورت سیستم کنترل توزیع شده ABB). این ایستگاه مهندسی ابزارهای پیکربندی قدرتمندی را ارائه می دهد که به کاربر امکان می دهد توابع مهندسی مانند ایجاد حلقه های جدید ، ایجاد نقاط مختلف ورودی و خروجی، اصلاح منطق کنترل پی در پی و مداوم، پیکربندی دستگاه های مختلف توزیع شده، تهیه اسناد برای هر دستگاه ورودی/خروجی و غیره را انجام دهد. 

ایستگاه عملیاتی یا HMI

این برای کار، نظارت و کنترل پارامترهای سایت استفاده می شود. ایستگاه عملیاتی می تواند یک رایانه شخصی یا هر دستگاه مانیتورینگ دیگری باشد که دارای یک ابزار نرم افزاری جداگانه است که بر روی آن اپراتور می تواند مقادیر پارامترهای فرآیند را مشاهده کند. ایستگاه های عملیاتی می توانند یک واحدی یا چندین واحدی باشند که در آن یک واحد واحد توابع مانند صفحه نمایش پارامتر ، نمایشگر روند، هشدار دهنده و غیره را انجام می دهد. 

واحد کنترل فرآیند DCS

همچنین به عنوان واحد کنترل محلی، کنترل کننده توزیع یا ایستگاه فرآیند نامیده می شود. یک سیستم کنترل توزیع شده می تواند شامل یک یا چند ایستگاه فرآیند باشد که می تواند با انواع مختلف واحدهای ورودی/خروجی گسترش یابد. این کنترلرها شامل یک ماژول CPU قدرتمند، فیلد باس یا ماژول ارتباطی با قابلیت گذرگاه میدان گسترده و I/Oهای متصل مستقیم یا از راه دور هستند.

دستگاه های میدانی مانند سنسورها و محرک ها به ماژول های ورودی/خروجی این واحد متصل می شوند. برخی از دستگاه‌های 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 حسگرهای مختلف را از طریق ماژول ورودی به دست می آورند، آن را بر اساس منطق کنترل اجرا شده تجزیه و تحلیل و پردازش می کنند 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 کنترل توزیع شده 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. به عنوان مثال، در نظر بگیرید که دستگاه های میدانی، ورودی/خروجی های توزیع شده و ایستگاه پردازش با Profibus به هم متصل هستند در حالی که ارتباط بین ایستگاه های مهندسی، HMI و ایستگاه پردازش از طریق اترنت انجام می شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

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 هوشمند

دستگاه های میدان هوشمند و فناوری فیلد باس از ویژگی های پیشرفته فناوری DCS هستند که جایگزین زیرسیستم های سنتی I/O (ماژول های I/O) می شوند. این دستگاه‌های هوشمند، هوش مورد نیاز برای تکنیک‌های سنجش و کنترل ساده را در دستگاه‌های حسگر و محرک اولیه تعبیه می‌کنند و 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 اندازه‌گیری‌های متعدد به ایستگاه کنترل سطح بالاتر بعدی از طریق خط انتقال دیجیتال با حذف سخت‌افزارهای اضافی مانند ماژول‌های I/O محلی و کنترل‌کننده‌ها امکان‌پذیر باشد.

بهره برداری از سیستم DCS

عملکرد DCS به این صورت است: سنسورها اطلاعات فرآیند را حس می‌کنند و آن را به ماژول‌های ورودی/خروجی محلی می‌فرستند، 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. در صورت استفاده از دستگاه های میدان هوشمند، اطلاعات حس شده مستقیماً از طریق فیلد باس به واحد کنترل فرآیند منتقل می شود.

پیشنهاد ویژه آداک: بهترین سازنده بدنه تابلو برق در ایران

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 مشترکات بین 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. برخی از تفاوت های DCS و SCADA در زیر ذکر شده است.

• DCS فرآیند گرا است، در حالی که SCADA گردآوری داده گرا است.
• DCS بیشتر بر کنترل فرآیند تأکید دارد و همچنین شامل سطح کنترل نظارتی است و 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.
• در DCS، ماژول ها یا کنترلرهای جمع آوری و کنترل داده ها معمولاً در یک منطقه محدودتر قرار دارند و ارتباط بین واحدهای 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 که معمولاً نسبت به یک شبکه محلی از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار هستند.
• 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.
• DCS حالت فرآیندی است که در آن فرآیند را به طور منظم اسکن می کند و نتایج را حتی در صورت تقاضا به اپراتور نمایش می دهد. از سوی دیگر، 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. بنابراین، DCS یک پایگاه داده از مقادیر پارامترهای فرآیند را همانطور که همیشه در ارتباط با منبع داده خود نگه می دارد، نگه می دارد، در حالی که SCADA یک پایگاه داده را برای ثبت مقادیر پارامتر نگهداری می کند که می تواند بیشتر برای نمایش اپراتور بازیابی شود و این باعث می شود SCADA آخرین مورد ضبط شده را ارائه دهد. اگر ایستگاه پایه نتواند مقادیر جدید را از یک مکان راه دور دریافت کند.

خلاصه مطلب

از نظر کاربردها، DCS برای نصب در یک منطقه محدود، مانند یک کارخانه یا کارخانه واحد و برای فرآیندهای کنترل پیچیده استفاده می شود. برخی از حوزه های کاربردی DCS شامل کارخانه های شیمیایی، ایستگاه های تولید برق، تولید دارو، صنایع نفت و گاز و غیره می باشد. برنامه های کاربردی و صنایع کوچک تولیدی و فرآیندی. 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 کند، با به دست آوردن نیازهای برابر از فرآیند، DCS انتخاب اقتصادی است زیرا به کاهش هزینه و ارائه کنترل بهتر کمک می کند.

طراحی ایمن و مدرن تابلو برق فشار متوسط

اگر قصد سفارش ساخت تابلو برق فشار ضعیف و فشار متوسط ایمن و کارآمد را دارید، هم اکنون با کارشناسان شرکت آداک بهین نیرو تماس بگیرید. به پشتوانه سال ها تجربه و اجرای صدها پروژه ملی و بین المللی، ما آماده ارائه راه کارهای متنوع برای مجتمع صنعتی یا مسکونی شما هستیم. جهت خرید تابلو برق با ما تماس بگیرید.

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000