آشنایی با DCS

سیستم­  های کنترلی توزیع شده

همان گونه که از اسم آن مشخص است، یک سیستم کنترل توزیع شده سیستمی است که تجهیزات و پردازش­ های آن بجای اینکه در یک نقطه متمرکز باشد، متناسب با نوع نیازمندی­ های سیستم کنترل­شونده، پراکنده است. یک سیستم کنترل توزیع شده از تعدادی از ماژول­ های میکروپروسسوری تشکیل شده که با همکاری یکدیگر، عملکرد یک سیستم را رصد و کنترل می­کنند. در سیستم­ های کنترلی مبتنی بر DCS، پردازنده­ ها با توجه به نیازمندی­ های کنترلی فرآیند های صنعتی پراکنده می­شوند. این ساختار موجب کاهش هزینه نصب و سیم ­کشی سیستم کنترل می­شود. شکل ‏2‑3، نمایی از ساختار یک DCS را نمایش می­دهد.

شکل ‏2‑3 ساختار مفهومی یک DCS

DCS، یک شبکه کامپیوتری است اما با شبکه­ های کامپیوتری خانگی و یا اداری موجود تفاوت دارد، چرا که در سیستم­ های مبتنی بر DCS، پردازش بلادرنگ اطلاعات در دستور کار قرار می­گیرد. تفاوت دو روش پردازش (عادی و بلادرنگ) در نحوه اجرای برنامه­ های آن­ ها است . در کامپیوتر های معمول، نحوه پردازش به این صورت است که در یک زمان، تنها یک برنامه منفرد اجرا می­شود، به طوری که این برنامه با یک سری داده  های ثابت و مشخص شروع به محاسبات پیچیده نموده و در نهایت با دستیابی به نتایج مطلوب پایان می­یابد و هنگامی که پردازش تمام شد، برنامه متوقف شده تا برای اجرای مجدد با یک سری داده جدید فرمان بگیرد. در روش پردازش « بلادرنگ »  نیز پردازش با یک سری داده  های ثابت شروع می­شود، با این تفاوت که اجرای همان برنامه به طور مداوم (چندین بار در ثانیه) تکرار شده و داده  ها را با توجه به داده  های مرحله قبل تازه می­گرداند. بعنوان مثالی از یک پردازش بلادرنگ، می­توان از کنترل خودکار سرعت ماشین نام برد. کنترل با داده ثابت سرعت مطلوب شروع شده و در هر مرحله سرعت ماشین نمونه برداری می­شود و با توجه به اختلاف آن با سرعت مطلوب، سیگنال­ های کنترلی مبنی بر باز یا بسته شدن دریچه بنزین اعمال می­شوند.

یک سیستم کنترلی مبتنی بر DCS نیز به طور مداوم از صد ها و شاید هزار سیستم تحت کنترل خود، نمونه­ برداری کرده و محاسباتی را بر مبنای یک طرح مشخص برای سیستم­ های مربوطه تکرار می­کند. داده­ هایی که از محیط دریافت می­شود را می­توان به دو گروه تقسیم کرد :

داده  های آنالوگ : این داده­ ها به طور پیوسته تغییر می­کنند و از طریق حلقه  های کنترلی نرم افزاری که بنا به نیاز ممکن است شامل کنترلر های نسبی ، Lead Lag یا PID باشد آنالیز شده و سیگنال­ های خروجی مناسب صادر می­شود.

داده  های دیجیتال : کارکردن با این داده­ ها ساده ­تر است و پردازنده مرکزی، با توجه به سیگنال­ های دریافتی و روابط منطقی میان آن­ ها، عاملی را قطع یا وصل می­کند. برای دریافت داده­ ها از محیط DCS نیز مانند تمام PLC ها به تعدای از عناصر اندازه ­گیری نظیر دماسنج، فشار سنج، آمپرمتر، تجزیه ­کننده­ ها و … نیاز است. مقادیر خروجی تجهیزات اندازه ­گیری به سیگنال­ های الکتریکی تبدیل شده و DCS آن ها را خوانده و به داده­ های دیجیتال تبدیل می­کند. داده­ های به دست آمده، در موارد زیر استفاده می شوند:

الف – حلقه  های کنترلی دارای پسخورد[1] جهت کنترل آنالوگ

ب – اجرای برنامه­ های منطقی جهت صدور دستورالعمل­ های قطع و وصل

ت – نمایش مقادیر روی صفحه نمایشگر

ث – تهیه و گزارش از وضعیت سیستم

ج – اعلام خط در وضعیت نامناسب سیستم تحت کنترل و بسیاری از عملیات­ های دیگر که متناظر با نوع سیستم قابل تعریف است.

مزایای DCS

از جمله کزایای سیستم­ های DCS، موارد زیر را می­توان برشمرد:

الف – پروژه­ های بزرگ را می­توان به فرآیند های کوچک­تر تقسیم کرد و کنترل هر قسمت آن را به یک ماژول DCS سپرد.

ب – در روش کنترل مرکزی که کنترل تمام پروسه به وسیله یک کامپیوتر مرکزی انجام می­شود، مستلزم داشتن کامپیوتری بزرگ و تجهیزات پیشرفته است که قیمت این سیستم­ ها بسیار زیاد است، اما در سیستم­ های کنترل DCS، سخت­افزار ماژول­ ها از همان میکروکامپیوتر های معمولی تشکیل شده است.

پ – نرم­افزار های DCS بخاطر استفاده از میکروکامپیوتر ها و تقسیم بندی کنترل، از نرم افزار های یک کامپیوتر بزرگ در کنترل مرکزی بسیار ارزان­تر و ساده ­تر توسعه می­یابند.

ت – برخلاف سیستم­ های متمرکز، در سیستم­ های DCS به علت تقسیم­بندی کنترل اگر یکی از ماژول­ ها خراب شود،کنترل بر روی قسمت­ های دیگر به قوت خود باقی می­ماند (این ویژگی را اصطلاحاFault isolation می­گویند).

ث – سیستم­ های DCS دارای قابلیت گسترش هستند. در سیستم کنترل مرکزی، گسترش سیستم مستلزم تعویض پردازنده مرکزی و خرید یک سیستم پیشرفته ­تر است، اما در DCS می­توان با اضافه کردن ماژول­ های کنترلی بیشتر، سیستم کنترل را گسترش داد.

ج – برنامه نویسی DCS در محیط  های سطح بالا انجام می شود. این امر برخلاف کنترلر های PLC است که نوشتن برنامه در آن­ ها نیازمند آشنایی با سیستم­ های میکروپروسسوری است.

چ – DCS می­تواند از ماژول­ های کنترلی بسیاری تشکیل شده باشد که می­توانند به طور مستقل و همزمان عمل کنند، به علاوه سیستم DCS دارای قابلیت ارتباط سریع میان ماژول­ های خود است که این ارتباط از طریق خطوط ارتباطی با نام بزرگراه­ های داده­ های بلادرنگ امکان­ پذیر می­شود.

ح – حجم زیاد اطلاعات و سرعت بالای آن از خصوصیات بارزسیستم­ های DCS است که نتیجه آن دقت بیشتر در داده­ های دریافتی و سرعت بالای محاسبات است. بدیهی است که کاربران مربوطه می­توانند با توجه به این نتایج، تصمیمات مناسب­تری را اتخاذ کنند.

لازم به ذکر است که مهمترین عامل پیشرفت سیستم­ های DCS ، پیشرفته دانش هوش مصنوعی به خصوص سیستم­ های خبره است.

ساختار DCS

با توجه به تنوع سیستم­ های DCS ارائه شده توسط شرکت­ های مختلف، می­توان دریافت که همه آن­ ها در حالت کلی در چند قسمت با هم وجه اشتراک دارند. همان­طور که در شکل ‏2‑3 مشخص است، اجزای اصلی یک DCS عبارتند از :

1- ماژول­ های ورودی/خروجی

2- ماژول­ های کنترل­کننده محلی

3- ماژول­ های نظارت و کنترل تحت شبکه

4- ماژول­ های ارتباطی

[1] Feedback