انتخاب سيستم اتوماسيون مناسب(نيوماتيك)

[seyed mehdi hoseyni 27,119]

نيوماتيك پيش از استفاده از سيگنالهاي الكتريكي براي كنترل دستگاهها در صنعت ، از ابزارهاي نيوماتيك استفاده مي شد. به اين ترتيب كه به هر field device تغذيه هوا با فشار استاندارد 100psi متصل مي شد. و سيگنالهاي ورودي سيستم كنترل و نيز فرمانهاي كنترلر به صورت تغييرات فشار در خطوط هواي بين device و كنترلر منتقل مي شد. موارد مورد نياز در سيستم هاي نيوماتيك براي برقراري ارتباط شامل كمپرسورها، خطوط هوا ، رگولاتورها ، خشك كن ها و … مي باشد . سيگنال فرستاده شده از device در كنترلر به كمك كنترلرهاي تناسبي، PID ،PI كه به كمك bellows, flapper nozzle ساخته مي شوند ، فرمان لازم براي عمگر را توليد مي كند.

در سيستم هاي كنترلي نيوماتيك ازreducer , amplifier، repeaterها و... استفاده فراوان مي شود. امكان نشان دادن و نيز ضبط علائم مهم كنترلي در circular chart ها وجود دارد. اين سيستم ها داراي عمر طولاني و قيمت پايين هستند.سرعت بالا وايمني كاركرد اين سيستمها در مناطق خطرناك از مزاياي ديگر آنها مي باشد .

 

DCSبا معرفي ميكروبروسسورها ، و ميكروكامپيوترها به بازار ، كارهايي كه در يك پروسه بر عهده يك كامپيوتر بود بين ميكروپروسسورها و ميكروكامپيوترها تقسيم شد و باعث به وجود آمدن نسلي از روش كنترل به نام DCS شد . DCS مخفف Distributed Controller System است ، هدف از آن انجام عمليات كنترلي به صورت غيرمتمركز است برخلاف ظاهر سيستم DCS كه كليه كنترلرها به اتاق كنترل آورده شده اند و به نظر مي رسد كه كنترل به صورت متمركز انجام مي شود .اين در حالي است كه در سيستم هاي نيوماتيك كنترلرها اكثرا به صورت محلي وجود دارد كه در سايت نصب شده اند : در DCS ديگر كنترلري در محل سايت نداريم ؛ آنچه اساسا در سيستم DCS رخ مي دهد ؛ تقسيم عمليات كنترلي بين چندين كنترل كننده است كه در اتاق كنترل قرار گرفته اند ؛ به دليل همين تقسيم است كه سيستم Distributed نام گذاري شده است. در اين سيستم حلقه هاي ساده اي متشكل از Field و كنترلر وجود دارد كه اين كنترلرها (ميكروپروسسورها) در يك لايه بالاتر در سطح supervisor به هم متصل هستند .

 

براي DCS مي توان چهارسطح كاري در نظر گرفت :

1- Field: در اين سطح ما با سنسورها و عملكردها سرو كار داريم.

2- Marshal cabinet: ترمينالهايي كه wiring را مرتب مي كنند در اين ترمينالها ايزولاتور ؛ signal conditioner barriers و… موجود است.

3- Process station: شامل كابينت هايي است كه داخلشان كارت I/Oو كنترلرها قرار دارد.

4- Operator station : جايي كه اپراتور مي نشيند plant را نظارت مي نمايد.

 

در اين جا I/O Bus به صورت سريال است., و كنترلرهاي مختلف از طريق data highway به هم متصل هستند و گاها از پروتكل RS485يا RS232استفاده مي كنند. معمولا پروتكل data Highway را توسط يك interface تبديل به پروتكل Ethernet مي نمايند. مثلا از انواع اين interface هامي توان به HDL اشاره كرد. ارتباطLAN از طريق كابل كواكسيال ; زوج سيم يا فيبرنوري صورت مي گيرد. در سيستم DCS معمولا كنترلرها به صورت Full redundant هستند . به اين صورت كه دو تا كنترلر در مدار وجود دارد يكي slave و ديگري master ; slaveدائما سالم بودن master را چك مي كند چنانچه درست عمل نكند ، خود master , slave مي شود. (hand shaking) كارت هاي I/O هم قابليت redundancy دارند ولي آنچه در مورد كارتهاي I/O بايد دقت شود آن است كه كارت هايي كه redundant يكديگر هستند در يك rack قرار نگيرند ؛ كه اگر احتمالا back planدچار مشكل شد بتوان از كارت redundant استفاده نماييم . به طور خلاصه مي توان معماري يك سيستم DCS را به صورت زير نمايش داد . در سيستم PID , DCS در كنترلرها انجام مي شود . نكته بسيار مهم در مورد DCS قابليت ذخيره سازي اطلاعات است. در سيستم هاي قديمي چنانچه از اطلاعات بدست آمده استفاده نماييم ؛ اطلاعات ازبين مي رود در حاليكه در سيستم DCS قابلت ذخيره سازي اطلاعا دارد. مشكل عمده در سيستم هاي DCS ،Vendor dependent بودن اين سيستم است ؛ مثلا اگر كنترلر از يك شركت خريداري كنيم ؛ قطعات يدكي را هم بايد از همان شركت بخريم .

 

 

فيلدباس

 

مقدمه

سيستمهاي فيلدباس براي ايجاد ارتباط بهتر بين وسايل سطح field و واحد كنترل درصنعت بوجود آمدند. نگاهي به روش قديمي تر انتقال اطلاعات ما را با ضرورت استفاده از باس آشنا مي سازد. پس از كنترلرهاي پنيوماتيكي و همزمان با استفاده از كنترلرهاي الكتريكي مقدار استاندارد جريان 4 تا 20 ميلي آمپر براي انتقال اطلاعات آنالوگ بصورت استاندارد پذيرفته شد. در اين كنترل كننده ها براي هر كدام از وسايل سطح فيلدبايد يك جفت سيم از اتاق كنترل كشيده مي شد. و ارتباط از طريق اين سيمها فقط در يك جهت انجام مي شد. با پيشرفت تكنولوژي از شبكه هاي باس براي انتقال اطلاعات كنترل كننده هاي ديجيتالي جديد و ابزار دقيق هوشمند استفاده مي شد. به اين ترتيب نياز به استفاده از مبدلهاي D/A,A/D از بين مي رفت. در ضمن از آنجايي كه سيگنال ديجيتال بطوردائم برري خط نيست امكان اتصال چند وسيله به اين خط انتقال دوطرفه ممكن مي شد. به اين ترتيب انتقال اطلاعات از طريق باس با كاهش سيم كشي و وسايل جانبي همراه شده و جايگزين روش قديمي 4-20 مي شد.

 

باس هايي كه در سيستمهاي اتوماسيون صنعتي استفاده مي شوند ويژگيهاي ديگري را نيز بايد به همراه داشته باشند :

- داشتن يك پروتكل open براي اينكه كاربر بتواند از روي ابزار دقيق ساخته شده توسط سازندگان مختلف در شبكه خود استفاده كند. (به اين صورت interoperability interchangeability, وجود خواهد داشت)- امكان استفاده در محيط هاي خطرناك لازم مي دارد كه محيط انتقال اطلاعات هم در برابر انفجار و ايمن باشند. مثلاً براي سيستمهاي فيلدباس مدل FISCO يك راه براي بيان شرايط ايمن انتقال اطلاعات است در شبكه field ذاتآ ايمن جريان و ولتاژ به وسيله Safety barrier P.S محدود مي شود.

- در پروسه هاي پيچيده (وبخصوص) خطرناك امكان قطع شبكه و تعويض device هاي شبكه بدون shut down كردن پروسه وجود ندارد. براي همين هم بايد امكان plug & play بودن براي اين وسايل وجود داشته باشد.

- شبكه در سيم: براي كاهش هزينه ها ، كوتاه كردن سيم كشي و كم كردن تعداد safety barrier ها بجاي شبكه 4 سيم از شبكه 2 سيم استفاده مي شود و توان لازم هم از طريق خط سيگنال منتقل مي شود.

- Baud rate انتقال داده بايد به اندازه اي باشد كه تضمين كند سيكل زماني شبكه از كمترين زمان لازم براي تغييرات اطلاعات كمتر است.

- امكان استفاده از توپولوژيهاي مختلف براي باس مثلاً line , tree و…

- علاوه بر موارد بالا شبكه ها بايد قابل انعطاف و در دسترس و نيز از نظر اقتصادي به صرفه باشند. به اين منظور تعدادي ابزار دقيق هوشمند استفاده شده بايد حداقل شود، شبكه انتقال اطلاعات بايد سطوح مختلفي داشته باشد و امكان انتقال اطلاعات براي عمليات سريع و بلادرنگ بايد وجود داشته باشد.

 

امروزه از چندين سيستم انتقال اطلاعات براي اتوماسيون صنعتي استفاده مي شود كه هركدام مزاياي خود را دارند:

 

- (Highway Addressable Remote Transducer)HART (كه البته از روش قديمي 4 تا 20 ميلي آمپر و Deviceها هوشمند استفاده مي كند) در پروتكل Hart، انتقال اطلاعات به دو صورت آنالوگ و ديجيتال صورت مي گيرد.

- Rackbus systems

- Remote I/O systems

- سيستمهاي فيلدباس

سيستمهاي فيلدباس سيستم فيلدباس يك سيستم تماماً ديجيتال براي انتقال اطلاعات در سطح فيلد است كه در آن تمام وسايل بصورت موازي به يكديگر وصل مي شوند. انتقال اطلاعات در آنها در سطوح مختلفي انجام مي شود. سطح كنترل ، سطح اتوماسيون و سطح فيلد. اطلاعات منتقل شده بين Device ها و سيستم كنترل علاوه برمقاديراندازه گيري و محاسبه شده شامل پارامترهاي لازم براي start up ، كاليبراسيون و عيب يابي آنها هم مي شود.وعلاوه بر اينها امكان استفاده از اين شبكه ها در سيستمهاي كنترلي بلادرنگ نيز وجود دارد .

 

هزينه سيستمهاي فيلدباس با توجه به كاهش هزينه هاي كابل كشي، برنامه نويسي و نصب تا حدود 40 درصد كمتر از سيستمهاي قديمي تر 4 تا 20 ميلي آمپر است. قابليت انعطاف اين سيستمها بالا و خطا در آنها كمتر است. كامپيوتر هاو PLC ها به راحتي مي توانند در اين شبكه ها قرار بگيرند و سيستمهاي نظارتي بسيار پيشرفته در آنها استفاده مي شود. همچنين به علت خاصيت interoperability تضمين شده در سيستمهاي فيلدباس انتخاب Device ها كاملآ آزاد و مستقل از يك سازندة خاص است . در سيستمهاي فيلدباس، كنترل به صورت توزيع شدة واقعي انجام مي پذيرد. به اين معني كه عمليات كنترلي به صورت توابعي تعريف شده. بين Device هاي تشكيل دهندة يك حلقه كنترلي تقسيم مي شوند . و از كنترل متمركز موجود در سيستمهاي DCS تا حدود بي نياز ميَ گردد . اين به اين معني است كه Device ها (ترانسيمترها و عملگرها) در فيلدباس هموشمند هستند. بنابراين مي توان دريك شبكه فيلدباس،آنها را جزئي از شبكه دانست.در واقع دامنه ديد در كنترل با فيلد باس تا لايه فيلد وسيع مي گردد.

 

به عنوان آخرين و شايد مهمترين ويژگي سيستمهاي فيلدباس ، متذكر مي شويم كه دسترسي به اطلاعات ،چه از نوع مهندسي و چه از نوع مديريتي در اين شبكه ها بسيار آسان است.با توجه به هوشمند بودن وسايل و توانايي آنها در تهيه و ارسال اطلاعات كاملي از شرايط و نحوه كاركردخود ، همه گونه اطلاعات مهندسي براي مرتفع كردن مسايل نگهداري ، تعميرات ، ايمني ،شرايط خاص و ... در دسترس لست.براي مثال در شبكه فيلدباس تعميرات هنگامي انجام ممي شود كه نياز به آن از سوي شبكه اعلام شده باشد، در حالي كه در سيستمهاي مرسوم كنوني تعميرات به صورت دوره اي و از پيش تعيين شده صورت مي گيرد كه هزينه هاي زيادي را به سيستم تحميل مي كند. همچنين اطلاعات مديريتي ، از قبيل مديريت نگهداري ، كيفيت ، بازرگاني و ... با توجه به قابليت موجود در سيستمهاي فيلد باس به طور قابل توجهي افزايش يافته اســت . مقايسه زير اين موضوع را روشن تر مي سازد:

 

امروزه بيش از 100 نوع سيستم فيلد باس مختلف ارائه شده است كه تعداد كمي از آنها همه نيازهاي موجود در صنعت را به عنوان يك سيستم Field Network برآورده مي سازند.از ميان آنها دو سيستم فيلدباس مهم با يكديگر رقابت مي كنند.PROFIBUS كه در اروپا به وجود آمد و FOUNDATION Field bus كه در آسيا و آمريكا مورد استفاده قرار مي گيرد . در بخش بعد به معرفي اين دو سيستم مي پردازيم.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام