تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - 70-سیستمهای كنترل در نیروگاهها

برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

كنترل و اتوماسیون یكی از مهمترین مباحث نیروگاهها می‌باشد. بطور كلی سه عضو اصلی هر سیستم كنترلی، واحد اندازه‌گیری و واحد تغییردهنده كمیت(Actuator) و كنترلر می‌باشند. دو عضو اول در فیلد (جایی كه سیستم اصلی وجود دارد) و عضو سوم معمولا" در اتاق كنترل می‌باشد.

مساله مهم در روند كنترل به شكل فوق، موضوع سیگنالها می‌باشد؛ سیگنالهایی كه بین دستگاه كنترل‌كننده و دستگاههای نصب شده در فیلد، رد و بدل می‌شوند. به منظور سهولت استفاده از كنترل‌كننده‌ها در صنایع مختلف، لزوم وجود یك استاندارد برای تعریف ماهیت سیگنالهای مزبور، از مدتها قبل حس شده بود. ابتدا در سالهای دهه 50 ، بصورت استاندارد ، از سیگنالهای بادی با فشار بین 3-15 psi برای این منظور استفاده می‌شد.

با گسترش الكترونیك و با توجه به مشكلات روش قبلی، در دهه هفتاد میلادی، استفاده از سیگنالهای جریانی 4 تا 20 میلی‌آمپر برای كار سیگنالینگ ، معرفی گردیدند. گرچه در این سالها از سطوح ولتاژ و جریانهای دیگری نیز، خارج از استاندارد فوق استفاده می شد، اما رفته رفته، با توجه به مزایای این روش، سایر روشها كنار گذاشته شد. یكی از مهمترین مزایای كاربرد حلقه جریانی 20- 4 میلی‌آمپر، مصونیت بالای آن نسبت به نویز بود.

در دهه 90 سنسورهای هوشمند (smart) پدید آمدند كه علاوه بر عملكرد یك ترانسمیتر و یك ترانسدیوسر، با بهره‌گیری از تكنولوژی میكروپروسسور، در خود عملیات دیگری همچون كالیبراسیون، عیب‌یابی، تبدیل واحد اندازه‌گیری و نیز بعضی از عملیات كنترلی را می‌توانستند انجام دهند.

با توسعه شبكه‌های كامپیوتری و مفاهیم آن، ایده استفاده از این تكنولوژی در پروسه كنترل صنعتی بوجود آمد و فیلدباس (Field bus) به این صورت، شكل گرفت.

فیلدباس یك پروتكل ارتباطی بین سنسورهای هوشمند است كه توسط آن، سنسورها و سایر اجزای كنترلی در فیلد، یك شبكه محلی LAN را تشكیل داده‌اند. مشخصات اصلی فیلدباس بصورت زیر بیان می‌شود:
- جایگزین دیجیتالی روش سنتی انتقال اطلاعات حلقه جریانی 4 تا 20 میلی‌آمپر است.
- كنترل، آلارم ، منحنیهای عملكردی (Trend) و سایر عملیات، توسط فیلدباس، بین اجزای كنترلی ، توزیع می‌شود.
- دستگاههای ساخته شده توسط هر كمپانی، با رعایت استاندارد فیلدباس، قابلیت كار با هم و در كنار هم را داشته باشند.
- Open system است، به این معنی كه بدون هیچگونه لیسانسی، كلیه اطلاعات و جزییات آن برا همگان در دسترس است.

دستگاهها و سنسورهای مورد استفاده در فیلدباس از نوع smart هستند. اما كلیه سنسورهای smart موجود ، قابل استفاده در فیلدباس نیستند. فیلدباس یك سیستم كامل است كه عملیات كنترل را بین دستگاههای نصب شده در فیلد، توزیع می‌كند و همزمان امكان تنظیمات و تغییرات و نظارت را در اتاق كنترل، توسط خطوط ارتباطی شبكه‌ای، فراهم می‌سازد. فیلدباس بعبارت كوتاهتر، جایگزین روش سنتی 4 تا 20 میلی‌آمپر و كنترل DCS كه در آن پروسه كنترل، به عهده یك یا چند كنترلر بصورت متمركز قرار دارد، شده است.
در شكل زیر به صورت گرافیكی تفاوت بین مفهوم DCS و Fieldbus را می‌توان مشاهده نمود. شكل سمت راست مربوط به فیلدباس و شكل سمت چپ ، مفهوم DCS را نشان می‌دهد.




در ادامه به معرفی دو استراتژی Field bus و DCS می‌پردازیم.



فیلدباس یك پروتكل ارتباطی است كه باید استاندارد گردد تا بصورت جهانی، مورد قبول و استفاده در آید. فیلدباس همانگونه كه گفته شد یك سیستم ارتباطی دیجیتالی دو طرفه را جایگزین روش سنتی 4 تا 20 میلی‌آمپر می‌كند. مزایای استفاده از این سیستم ارتباطی جدید را می‌توان بصورت زیر درنظر گرفت:
- دقت و اقابلیت اطمینان بیشتر اطلاعات رد و بدل شده
- امكان دسترسی متنوع‌تر به یك سنسور
- امكان عیب‌یابی و پیكربندی از راه دور
- كاهش حجم سیم‌كشی
- امكان استفاده از سیم‌كشی فعلی

قابلیت اطمینان و دقت این سیستم از آنجا ناشی می‌شود كه سنسورها مجهز به میكروپروسسور هستند و مثلا" در یك حلقه كنترلی، میكروپروسسورهای موجود در سنسور و شیرهای كنترلی، مستقیما" با یكدیگر اطلاعات را بصورت دیجیتالی رد و بدل می‌كنند و نه به كمك مبدلهای A/D و D/A كه خود منجر به بروز خطا می‌شود. مزیت انتقال دیجیتالی در آن است كه نویزهای موجود، به هیچ وجه نمی‌توانند كمیت منتقله را دچار تغییر نمایند.
امكان دسترسی متنوع به یك سنسور هم به این معنی است كه مثلا" سنسور فشار كه وظیفه اصلی آن اندازه‌گیری فشار است، همزمان می‌تواند دمای پروسه را هم اندازه‌گیری كرده و انتقال دهد.

تنظیمات و پیكربندی(Configuration) دستگاهها و همچنین كالیبره كردن آنها براحتی و از اتاق كنترل میسر است.
كاهش حجم سیم‌كشی نیز با توجه به آنكه، همگی یا گروهی از سنسورها بر روی فقط یك كابل دو رشته نصب شده‌اند و نیازی به سیم‌كشی مجزا برای هر سنسور تا اتاق كنترل نیست، مشهود می‌باشد.

بسیاری از پروتكلهای فعلی سنسورهای هوشمند (smart) غیر فیلدباس، مختص فقط كمپانی سازنده خود است. استفاده از این محصولات، باعث وابسته شدن مصرف‌كننده به یك شركت خاص است و اگر در طرح توسعه، نیاز به سنسوری خاص باشد كه آن شركت نداشته باشد، مصرف‌كننده مجبور است به 4 تا 20 میلی آمپر برگردد. اما یك سیستم باز (Open system) ، چیزی دقیقا" مخالف مورد بالاست.

در یك سیستم باز، آخرین استانداردها براحتی در دسترس همگان است و شركتهای متعدد می‌توانند سنسورها و تجهیزات خود را مطابق آن ساخته و به دست مصرف‌كننده برسانند. مطابق این استاندارد و وجود استاندار 4 تا 20 میلی‌آمپر باعث شده است كه سنسورها و تجهیزات مطابق این استاندارد، بتوانند بدون هیچگونه مشكلی كار كنند. این موضوع را انطباق و یا توانایی كار با هم گویند (Interoperability) . فیلدباس این موضوع را نیز پشتیبانی می‌كند.

سیستمهای فیلدباس برای ایجاد ارتباط بهتر بین وسایل سطح field و واحد كنترل، درصنعت بوجود آمدند. نگاهی به روش قدیمی‌تر انتقال اطلاعات، ما را با ضرورت استفاده از باس آشنا می سازد. پس از كنترلرهای پنیوماتیكی و همزمان با استفاده از كنترلرهای الكتریكی، مقدار استاندارد جریان 4 تا 20 میلی آمپر برای انتقال اطلاعات آنالوگ بصورت استاندارد پذیرفته شد. در این كنترل كننده ها برای هر كدام از وسایل سطح فیلد، باید یك جفت سیم از اتاق كنترل كشیده می شد و ارتباط از طریق این سیمها فقط در یك جهت انجام می شد.

با پیشرفت تكنولوژی از شبكه های باس برای انتقال اطلاعات كنترل كننده های دیجیتالی جدید و ابزار دقیق هوشمند استفاده می شد. به این ترتیب نیاز به استفاده از مبدلهای D/A,A/D از بین می رفت. در ضمن از آنجایی كه سیگنال دیجیتال بطوردائم بر روی خط نیست، امكان اتصال چند وسیله به این خط انتقال دوطرفه ممكن می شد. به این ترتیب انتقال اطلاعات از طریق باس، با كاهش سیم كشی و وسایل جانبی همراه شده و جایگزین روش قدیمی تر 4-20 می شد.

باس هایی كه در سیستمهای اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند ویژگیهای دیگری را نیز باید به همراه داشته باشند :
- داشتن یك پروتكل open برای اینكه كاربر بتواند از روی ابزار دقیق ساخته شده توسط سازندگان مختلف، در شبكه خود استفاده كند. (به این صورت interoperability و interchangeability وجود خواهد داشت)
- امكان استفاده در محیط های خطرناك لازم می دارد كه محیط انتقال اطلاعات هم در برابر انفجار، ایمن باشند. مثلاً برای سیستمهای فیلدباس، مدل FISCO یك راه برای بیان شرایط ایمن انتقال اطلاعات است. در شبكه field ذاتآ ایمن ، جریان و ولتاژ به وسیله Safety barrier P.S ها محدود می‌شود.
- در پروسه های پیچیده (وبخصوص) خطرناك امكان قطع شبكه و تعویض device های شبكه بدون shut down كردن پروسه وجود ندارد. برای همین هم باید امكان plug & play بودن برای این وسایل وجود داشته باشد.
- شبكه دو سیمه: برای كاهش هزینه ها ، كوتاه كردن سیم كشی و كم كردن تعداد safety barrier ها، بجای شبكه 4 سیم از شبكه 2 سیم استفاده می شود و توان لازم هم از طریق خط سیگنال منتقل می شود.
- Baud rate انتقال داده باید به اندازه ای باشد كه تضمین كند سیكل زمانی شبكه، از كمترین زمان لازم برای تغییرات اطلاعات كمتر باشد.
- امكان استفاده از توپولوژیهای مختلف برای باس مثلاً line , tree و… امكان‌پذیر باشد.
- علاوه بر موارد بالا، شبكه ها باید قابل انعطاف بوده و از نظر اقتصادی نیز به صرفه باشند. به این منظور تعداد ابزار دقیق هوشمند استفاده شده، باید حداقل شود. شبكه انتقال اطلاعات باید سطوح مختلفی داشته باشد و امكان انتقال اطلاعات برای عملیات سریع و بلادرنگ نیز باید وجود داشته باشد.

هزینه سیستمهای فیلدباس با توجه به كاهش هزینه های كابل كشی، برنامه نویسی و نصب تا حدود 40 درصد كمتر از سیستمهای قدیمی تر 4 تا 20 میلی آمپر است. قابلیت انعطاف این سیستمها بالا و خطا در آنها كمتر است. كامپیوتر هاو PLC ها به راحتی می توانند در این شبكه ها قرار بگیرند و سیستمهای نظارتی بسیار پیشرفته در آنها استفاده می شود. همچنین به علت خاصیت interoperability تضمین شده در سیستمهای فیلدباس، انتخاب Device ها كاملآ آزاد و مستقل از یك سازندة خاص است.
در سیستمهای فیلدباس، كنترل به صورت توزیع شده واقعی انجام می پذیرد. به این معنی كه عملیات كنترلی به صورت توابعی تعریف شده، بین Device های تشكیل دهندة یك حلقه كنترلی تقسیم می شوند و از كنترل متمركز موجود در سیستمهای DCS تا حدودی بی نیاز می‌گردیم. یعنی كه Device ها (ترانسیمترها و عملگرها) در فیلدباس هموشمند هستند. بنابراین می‌توان دریك شبكه فیلدباس،آنها را جزئی از شبكه دانست. در واقع دامنه دید در كنترل با فیلد باس، تا لایه فیلد، وسیع می گردد.

به عنوان آخرین و شاید مهمترین ویژگی سیستمهای فیلدباس ، متذكر می شویم كه دسترسی به اطلاعات ،چه از نوع مهندسی و چه از نوع مدیریتی در این شبكه ها بسیار آسان است.با توجه به هوشمند بودن وسایل و توانایی آنها در تهیه و ارسال اطلاعات كاملی از شرایط و نحوه كاركردخود ، همه گونه اطلاعات مهندسی برای مرتفع كردن مسایل نگهداری ، تعمیرات ، ایمنی ،شرایط خاص و ... در دسترس است. همچنین اطلاعات مدیریتی ، از قبیل مدیریت نگهداری ، كیفیت ، بازرگانی و ... با توجه به قابلیت موجود در سیستمهای فیلد باس به طور قابل توجهی افزایش یافته اســت .

امروزه بیش از 100 نوع سیستم فیلدباس مختلف ارائه شده است كه تعداد كمی از آنها همه نیازهای موجود در صنعت را به عنوان یك سیستم Field Network برآورده می سازند.از میان آنها دو سیستم فیلدباس مهم با یكدیگر رقابت می كنند؛ PROFIBUS كه در اروپا به وجود آمد و FOUNDATION Field bus كه در آسیا و آمریكا مورد استفاده قرار می گیرد .

اهمیت ارایه یك استاندارد جهانی برای فیلدباس، سازمانهایی مانند
- ISA (Instrument Society of America)
- IEC (International Electromecanical Commission
- Profibus (German National Standard)
- FIP (French national standard)

را بر آن داشت تا كمیته فیلد باس SP50 (IEC/ISA) را تشكیل دهند.

در سال 1992 ، دو گروه كه شامل شركتهای بزرگ جهانی بودند، هر كدام فیلدباس مربوط به خود را به بازار ارایه دادند. ضمن آنكه اعلام كردند كه به مجرد فرموله شدن استاندارد كمیته SP50 ، محصولات خود را مطابق آن تغییر خواهند داد. اسامی این دو گروه در زیر آورده شده است :
- Interoperable System Project(ISP)
- World Factory Instrumentation Protocol(WorldFIP)

در سال 1994 ، دو گروه فوق نیز با هم متمركز شده و Foundation Fieldbus را در راستای تسریع پروسه استانداردسازی فیلدباس، تاسیس كردند.

امروزه بیش از 100 نوع سیستم فیلد باس مختلف ارائه شده است كه تعداد كمی از آنها، همه نیازهای موجود در صنعت را به عنوان یك سیستم Field Network برآورده می سازند. از میان آنها دو سیستم فیلدباس مهم با یكدیگر رقابت می كنند. Profibus كه در اروپا به وجود آمد و FOUNDATION Field bus كه در آسیا و آمریكا مورد استفاده قرار می گیرد.
سایر سیستمهای فیلدباس مطرح عبارتند از:
- INTERBUS – S
- DeviceNet
- ARCNET
- AS-I
- Seriplex
- LonWorks
- SDS
- ControlNet
- CANopen
- Ethernet
- Modbus Plus
- Modbus RTU/ASCII
- Data Highway Plus(DH+)


سیستم كنترل توزیع یافته (DCS)

با معرفی میكروپروسسورها ، و میكروكامپیوترها به بازار ، كارهایی كه در یك پروسه بر عهده یك كامپیوتر بود بین میكروپروسسورها و میكروكامپیوترها تقسیم شد و باعث به وجود آمدن نسلی از روش كنترل به نام DCS شد. DCS مخفف Distributed Controller System است و هدف از آن، انجام عملیات كنترلی به صورت غیرمتمركز است.

برخلاف ظاهر سیستم DCS ، كلیه كنترلرها به اتاق كنترل آورده شده اند و به نظر می رسد كه كنترل به صورت متمركز انجام می شود. این در حالی است كه در سیستم های نیوماتیك كنترلرها اكثرا به صورت محلی وجود دارند كه در سایت نصب می‌شوند؛ درحالیكه در DCS ، دیگر كنترلری در محل سایت نداریم. آنچه اساسا در سیستم DCS رخ می دهد ؛ تقسیم عملیات كنترلی بین چندین كنترل كننده است كه در اتاق كنترل قرار گرفته اند ؛ به دلیل همین تقسیم است كه سیستم Distributed نام گذاری شده است. در این سیستم، حلقه های ساده ای متشكل از Field و كنترلر وجود دارد كه این كنترلرها (میكروپروسسورها) در یك لایه بالاتر در سطح supervisor به هم متصل هستند.

برای DCS می توان چهارسطح كاری در نظر گرفت:
1- Field: در این سطح ما با سنسورها و عملكردها سرو كار داریم.
2- Marshal cabinet: ترمینالهایی كه wiring را مرتب می كنند در این ترمینالها ایزولاتور ، signal conditioner barriers و… موجود است.
3- Process station: شامل كابینت هایی است كه داخلشان كارت I/O و كنترلرها قرار دارند.
4- Operator station: جایی كه اپراتور می نشیند و plant را نظارت می‌نماید.

در این جا I/O Bus به صورت سریال استو كنترلرهای مختلف از طریق data highway به هم متصل می‌شوندو معمولا" از پروتكل RS485یا RS232استفاده می كنند. در سیستم DCS معمولا" كنترلرها به صورت Full redundant هستند( CPU و باتریها)، به این صورت كه دو تا كنترلر در مدار وجود دارد یكی slave و دیگری master.

سیستم slaveدائما" سالم بودن master را چك می كند و چنانچه به هر علتی، درست عمل نكند ، خود slave جای سیستم Master را می‌گیرد. كارت های I/O هم قابلیت redundancy دارند ولی آنچه در مورد كارتهای I/O باید دقت شود آن است كه كارت هایی كه redundant یكدیگر هستند در یك rack قرار نگیرند ؛ كه اگر احتمالا" back plane (بورد الكترونیكی كه PLC و كارتهای I/O بر روی آن نصب می‌گردند) دچار مشكل شد، بتوان از كارت redundant استفاده نماییم . نكته بسیار مهم در مورد DCS قابلیت ذخیره سازی اطلاعات است.

در سیستم های قدیمی چنانچه از اطلاعات بدست آمده استفاده نكنیم ؛ اطلاعات ازبین می رود، در حالیكه در سیستم DCS ، قابلیت ذخیره سازی اطلاعات وجود دارد. مشكل عمده در سیستم های DCS ، Vendor dependent بودن این سیستم است یعنی اگر كنترلری را از یك شركت خریداری كنیم ؛ قطعات یدكی را هم باید از همان شركت بخریم .


برگرفته : http://hydropower.blogfa.com

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :