سیستم های DCS و PLC کارخانه آلومینای جاجرم
فصل اول
DCS کارخانه آلومینای جاجرم
مقدمه ای بر DCS
(Distributed Control System) سیستم کنترل غیر متمرکز (گسترده)
در سیستم های قدیمی اتوماسیون اطلاعات مربوط به هر واحد باید از حمل آن به اتاق کنترل توسط کابل هایی انتقال می یافت با ازدیاد این واحدها حجم کابل هایی که به اتاق کنترل متصل می شدند نیز افزایش می یافت و بزرگترین اشکالاتی که این سیستم داشت عبارت بودند از :
1- تراکم انبوه کابل های ارتباطی در اتاق کنترل که به نوبه خود در هنگام عیب یابی سیستم مشکل آفرین بودند.
2- در هنگام بروز اشکال در اتاق کنترل کل سیستم فلج می شد.
3- در صورتی که کنترل سیستم گسترده ای مد نظر بود پردازنده مرکزی باید دارای حجم حافظه و سرعت بسیار بالایی می بود تا بتواند تمام داده های ارسالی و یا دریافتی را مورد پردازش قرار دهد و بدیهی است که با افزایش تعداد Point ها در سیستم فاصله زمانی سرویس دهی دوباره به هر Point نیز افزایش می‌یابد که از نظر کنترلی عیب بزرگی محسوب می شود.
در چنین شراطی بود که مهندسین به فکر افتاندند که اولا: تراکم کابل ها را در اتاق کنترل کاهش دهند. ثانیا: از مرکزیت به یک قسمت به عنوان کنترل کننده مرکزی جلوگیری کنند بدین منظور یک سیستم بزرگ صنعتی را به بخش های کوچک تقسیم کرده و کنترل آن قسمت را نیز به کنترلر مربوط به خودشان که در همان محل قرار دارد واگذار کردند که بدین ترتیب مفهوم کنترلر محلی(Locall Controller) شکل گرفت و تنها در صورتی که اطلاعات آن قسمت مورد نیاز دیگر قسمت ها واقع می شد و یا تغییر مقدار یک point در آن قسمت از طرف سیستم های بالا مد نظر بود توسط شبکه های ارتباطی این امر صورت می گرفت.
سیستم کنترل غیر متمرکز DCS
الف- اجزاء DCS
ب- نرم افزار DCS
ج- آدرس دهی DCS و Peerway
د- عیب یابی در سیستم DCS
هـ- کپی نقشه ها و کانالوگ DCS و Peerway
سیستم کنترل غیر متمرکز (گسترده) DCS
سیستم کنترل فریاند تولید آلومینا در شرکت آلومینای ایران(جاجرم) قسمت اعظم این فرآیند توسط سیستم DCS کنترل شده از یک اتاق کنترل مرکزی CCR و چهار اتاق محل 4 و 3 و 2 و 1 LCR و توسط این چهار اتاق محل تعداد زیادی از واحد های کنترلی کوچک که در آنها PCL تله مکانیک نصب شده توسط شبکه کابل نوری تبادل اطلاعاتی نموده و کل فرایند آلومینای تحت کنترل این سیستم های می باشد که در این فصل به اختصار و به طور خلاصه به توضیح و بیان کنترل DCS می پردازیم و توضیح اینکه DCS مخفف کلمه Distributed control system می باشد. LCR مخفف Local control Room می باشد و مدل DCS سیستم R.S3 شرکت Fisher Rosmount آمریکا می باشد.
الف- اجزاء اصلی DCS :
1- Peer way 2- Consoles 3-Control file 4- Input /Out put کارت 5- Peer way inter pace
سیستم کنترل و DCS و مجموع سخت افزار این کنترل به شرح ذیل بیان می شود:
ارتباط توسط شبکه شاه راه فیبر نوری بین این اجزا انجام شده و قسمت دوم مونیتورهای اپراتوری بوده که جهت نمایش و دریافت و ارسال اطلاعات محیط خارجی به سیستم برقرار می شود. وقت چهارم سیستم های رابط می باشد که مجموع کنترل فرایند DCS به صورت خط کمک یا اضافی یا Redundancy کار می کنند یعنی به محض معیوب شدن هر کدام از اجزاء فوق خط کمکی و مسیر اضافی به صورت اتوماتیک وارد مدار می شود. و اطلاعات همیشه در دو مسیر ارتباطی ارسال و دو نقطه همزمان پردازش می‌شود.
اجزاء کل DCS مدل RS3
1- Peer way 2- console 3- Control file 4- Peer way interface Devices
1- Peer way : یک شاه راه ارتباطی بوده که تمام تجهیزات و دستگاههای کنترلی از طریق این شاه‌راه(Peer way) به هم متصل(Link) می شوند و خاصیت Red undancy این سیستم peer way این امکان را به تجهیزات می دهد تا مستقیم و خیلی راحت با هم ارتباط داشته باشند و این بزرگراه ارتباطی که حالت Redundant کار میکند یعنی همیشه اطلاعات از دو مسیر در حال انتقال‌بوده و کار شبکه را در مواقع‌خرابی شبکه راحت‌می‌کندو این‌شبکهPeer way در کارخانه‌آلومینا با کابل فیبرنوری‌انجام شده (Fiber optic cable) و تبادل اطلاعات شبکه به صورت سریال بوده که در تمام نقاط فرستندگی و گیرندگی(node) ها بایستی این پورت سریال نصب گردد. این کابل فیبر نوری در تمام مسیرهای ارتباطی بصورت دو خط که همزمان اطلاعات یکسان را تبادل کرده کار گذاشته شده اند و مسیرهای ارتباطی(F.O.C) کابل نوری بین PLC ها، [PLC25, PLC02, 04,05, 08, PLC23, PLC19, PLC15, PLC01,17,16,13,14] تا LCRها توسط کابل فیبر نوری انجام شده است یعنی ابتدا اطلاعات توسط یک سیگنال الکتریکی از واحد به اولین اتاق کنترل منطق PLC ها ارسال شده و از PLC به اتاق های کنترل محل (LCR1-4)DCS توسط کابل فیبر نوری ارسال می شود که این اطلاعات توسط پورت سریال RS-232 و ماژول SCm22 توسط PLC ها ارسال می شود.
اجزاء سخت افزار Peer way
1-1 کابل ارتباطی (F.O.C):
ارتباط اولیه Peer way با تمام وسایل و تجهیزات RS3 به صورت داخل متصل می شوند(Link) که اولین تجهیز این شبکه کابل ارتباطی می باشد که می تواند هر نوعی از کابل باشد نوع کابل استفاده شده در شبکه Peer way کارخانه جاجرم جهت ارتباط کنترلی کارخانه کابل فیبر نوری(Fiber Optic Cable) می‌باشد و انواع دیگر کابلهای ارتباطی مثل کواکسیل الکتریکی (Twinax) ، کابلهای ترکیبی نوری و الکتریکی باشد که کابل فیبر نوری یک کابل نوری (شیشه ای) دوتایی (Dual) بود که در طول تار شیشه ای نور منتقل شده و می تواند حجم زیادی را به خاطر بالا بودن سرعت نور به صورت سریال ارسال کند. تعداد Peer way 31 می توانند با کمک یک (HIAS) بهم وصل شدند.
High way interface adaptor
- HIA : دستگاهی رابط بوده که می تواند چند Peer way را به هم وصل کند.
- Peer way Tap : جهت اتصال node به شبکه کنترل و ارتباطPeer way از این دستگاه استفاده می‌شود.
- node :هر وسیله یا دستگاهی مثل کنسول، کامپیوتر شخصی، کنترل فایل را به شبکه کنترلPeer way وصل شود را node گویند.
نکته: تمام متعلقات Peer way و خود شبکه Peer way به صورت دو خطی یا Redundant می باشند (دوتایی)
و کابل استفاده شده در کارخانه جاجرم فیبر نوری و Tap های آن هم Fiber optic Peer way Tap می‌باشد و دوتایی می باشند.(Tap A,B)
2-1 Peer way Interface Devices :
این سیستم جهت ارتباط Peer way با اتاق های کنترل استفاده می شوند که شامل تجهیزات زیادی بوده که جهت این ارتباط مورد استفاده قرار می گیرند.
- Rosmount Network Interface : رابط بین شبکه کنترل RS3 و دیگر کامپیوترها می باشد.
Supervisery Computer Interface, SCI : یک رابط بین شبکه کنترل RS3 و واحد کامپیوتری (Host. computer) و یا بین کنترل RS3 و خود کنترل سیستم Rosemount می باشد.
- Tap Peer way : Tap: جهت ارتباط هر node (هر ورودی به شبکه فیبر نوری) Peer way از سیستم و دستگاه Peer way Tap استفاده می کند.
- node : هر سیستم کنترلی که به خط ارتباطی فیبر نوری یا هر شبکه ارتباطی وصل شود (اعم از ورودی یا خروجی) مثل کنترل فایل ها، کنسول ها، کامپیوترهای شخصی و ... خیلی دستگاههای دیگر که قابلیت ریختن اطلاعات به شبکه Peer way یا گرفتن اطلاعات از این شبکه ارتباطی شاه راه یا بزرگراه را داشته باشد node گویند.
انواع node
Control file –
Console –
Vax computer-
System resource unit (SRU)-
Vax Peer way-
RNI-SCI-
2- کنسول اپراتوری Consoles :
یک مونیتور رنگی 19 اینچ، صفحه کلید، برد و میکروپرسسور و کارت کیج های ارتباطی، هارد دیسک Video KPY board interface می باشد که به مجموع اینها کنسول اطلاق می شود که تعداد این کنسولها در کارخانه آلومینا به شرح ذیل می باشد؛ ضمنا این کنسول ها ساخت شرکت Fisher. Ros آمریکا بوده و مدل RS3 می باشد که در واحد CCR اتاق کنترل مرکزی 4 عدد کنسول وجود دارد؛ 1عدد جهت واحد مدیریت عملیات کارخانه (Dispaching) و 1 عدد جهت کنترل واحد تولید هوای فشرده واحد P422 و 2 عدد مجموعا جهت کنترل مستقیم واحد ترتیب و فیلتراسیون هیدرات (P416, 17, 17A) انجام می شود و تعداد 2 عدد کنسول در واحد LCR1 واحد انحلال، 2 عدد کنسول در واحد LCR4 (PU24) واجد بویلر و 2 عدد کنسول در LCR2 جهت کنترل واحدهای P412,13,14 (تبخیر سرد و گل قرمز) و 2 عدد کنسول در LCR3 واحد P421 تحت تکنسین نصب شده اند. در دیاگرام کنترل PLC و DCS این نمایش بخوبی معلوم می باشد.
3- کنترل فایل Control file :
کنترل فایل محل قرار گرفتن پروسسورها می باشد که در هر کنترل فایل این سیستم هشت عدد پروسسور قرار دارد که به آنها کنترلر گوئیم. که این کنترل پروسسورها وظیفه دریافت مقادیر ورودی و ذخیره اطلاعات و مقادیر لازم جهت استفاده NODE های دیگر را انجام می دهند و همچنین مقادیر دیتای ورودی را ارزیابی و پس از پردازش برای خروجیهای آنالوگ و دیجیتال ارسال می کنند.
نحوه ارسال اطلاعات در سیستم کنترل DCS شرکت آلومینا به این قرار است که ابتدا اطلاعات از واحد فیلد و MCCها و دیگر نقاط اندازه گیری و به اتاق های کنترل (LCR, PLC) ارسال شده و توسط کارتهای ایزولاتور DCS و PLC وارد شبکه کنترل می شوند که نمودار زیر بخوبی نشان می دهد. اطلاعات سپس وارد پانل ارتباطی ترمینال و از آنجا وارد کنترل فایل ها (پروسسورها) می شوند و در آنجا پردازش شده و تصمیم گیری می شود و از آنجا در صورت نیاز وارد شبکه Peer way می شوند.
کنترلر پروسسور چند منظوری مغز کامپیوتر می باشد که در واقع تمام محاسبات آنجا انجام می شود.
- Marshaling panel, flex terms, card cages : همه جهت ارتباط واحدهای فرایندی (فیلد) با سیستم DCS و چگونگی ارتباط سیگنال و ارسال آن به شبکه کنترل را انجام می دهند.
اجزاء تشکیل دهنده کنترل فایل Control file
- کنترل فایل شامل یکسری کارتهای مدادی بوده که وظایف حلقه کنترلی- مونیتورنیت پروسس، عملیات پردازش دیتاها را انجام می دهند و شامل کارتهای زیر است:
1-3 کنترل پروسسور چند منظوره
این کنترلر مقادیر زیادی ورودی را دریافت و ذخیره می کند و مقادیر خروجی را برای node های دیگر ارسال یا از آنها دریافت می کند و عملیات پردازش دیتا را انجام می دهد و مقادیر پیوسته (آنالوگ) و دیجیتال را پردازش و برای خروجیها ارسال می کند این کنترلر مغز کنترل و پردازش سیستم است و تمام عملکردهای آنالوگ و دیجیتال و محاسبات را انجام می دهد و این کنترلر پروسسور از طریق کابل RS-422 و Flexterm با Cardcage ارتباط داشته و اطلاعات را می گیرد. کارتهای مدادی کنترل فایل به دو گروه ساپورت کارت و کارتهای کنترلر پروسسور تقسیم می شوند.
2-3 Peer way Buffer card
این کارت ارتباط بافر الکتریکی و فرمت را با کنترل فایل و Peer way برقرار می کند و ارتباط بین تمام کنترلرهای هماهنگ کننده و Peer way می باشد. در هر کنترل فایل دو بافر موجود است.
3-3 Power regaluter card
این کارت تغذیه DC را برای همه کارتهای موجود در یک کنترل فایل برقرار می کند و این کارت ولتاژ تغذیه خود را از سیستم تغذیه USP گرفته و دارای دو خط ورودی بوده و به صورت Redundaut عمل میکند. ولتاژ ورودی این کارت 19 تا 36 ولت DC و ولتاژ خروجی و است.
4-3 کارت هماهنگ کننده Coordinator processor card
این کارت وظیفه مدیریت و هماهنگی ارتباط بین 8 کنترلر پروسسور دیگر را دارد و همچنین هماهنگی بین کنترل فایل Peer way و ورودی های پروسس و مقادیر محاسبه شده و خروجی هر کنترلر توسط این کارت هماهنگ و مدیریت می شود. تعداد این کارتها در کنترل فایل دو عدد بوده و بصورت Redundaut عمل می کند.
5-3 کارت Nonvolative Memory card
این کارت دیتای تمام کارت های کنترل پروسسورها و کارت هماهنگ کننده اطلاعات کانفیگور کردن و اطلاعات دیگر کنترل فایل در این کارت حافظه ذخیره می شود و هر کارت اطلاعات خود را از دست بدهد می توان این اطلاعات از دست رفته را دوباره از داخل حافظه این کارت احیاء و زنده کند.
- Redanduncy within controlfile
این یکی از مزیت های DCS می باشد که تمام کارتهای کنترلر پروسسور و کارتهای ساپورت (بجز کارتهای حافظه [Nonvolative memory])همه Redundaut بوده و به این معنا است که از هر مدل کارت دو تا مثل هم بوده و در دو slate (شیار) کنار هم قرار گرفته و به طور همزمان کار کرده و اطلاعات آنها مشابه بوده که در صورت خرابی هر کارت اطلاعات در کارت کناری پردازش و ارسال می شود برد اینکه سیستم متوقف شود تا دوباره کارت معیوب باز و تعمیر گردد و یا جایگزین شود.
4- کارتهای ورودی و خروجی سخت افزار و ترمینالهای ورودی و خروجی سیستم:
- کارتهای آنالوگ ورودی و خروجی
- کارتهای دیجیتالی ورودی و رخوجی
- MYX کارت: Multiplayer card cage
- RBL/PLC کارت: (Communication flexterm)
کارت آنالوگ:
هر کارت آنالوگ شامل هشت Slate برای کارت FIC می باشد و یک کارت کیج آنالوگ دو تا ورودی و یک خروجی را می تواند یا ساپورت کند و دارای سیستم Bypass جهت جریان و قابلیت (4-20mA) را دارا هستند و از جمله:
- ایزولاسیون الکتریکی برای Processor I/O
- مبدل آنالوگ به دیجیتال A/D, D/A
- یک کارت کیج آنالوگ ماکزیمم 24 تا ورودی و یا 8 تا خروجی می تواند داشته باشد.
Input Analog = 3×8=24
Out put Analog = 1×8 = 8
- این کارت ها به صورت نرم افزاری قابل برنامه ریزی می باشند.
کارت دیجیتال:
جهت ارسال و دریافت فرمانهای دیجیتالی از کنترل فایل به محیط خارج به صورت دیجیتال ارسال می‌شود که شامل کارت و ترمینال مارشلینگ پانل و cauntact کارت کیج می باشند.
ب- نرم افزار DCS مدل RS3 :
این نرم افزار بکار رفته در DCS نصب شده در شرکت آلومینای جاجرم به دو صورت 1- I/O block 2- Control Block مورد استفاده قرار گرفته است.
1- I/O بلاک ها (Input / Out put Block) وظیفه برنامه نویسی و برنامه ریزی دیتا و اطلاعات ورودی و خروجی فیلد(محیط خارجی) در این I/O بلوک ها انجام می شود یعنی محل نوشتن برنامه دیتای ورودی و خروجی از فیلد می باشد.
2- کنترل بلاک ها : وظیفه ارزشیابی و پردازش ورودی ها و خروجی های آنالوگ و دیجیتال را داشته که به صورت یک حلقه کانفیگور می شوند تا محاسبات و توابع کنترل را تشکیل بدهد و کنترل بلاک حداقل به یک I/O بلاک نیاز دارد تا یک حلقه کنترل را تشکیل داده و قلب این کنترل در کنترلر پروسسور می باشد. I/O بلاک ها و کنترل بلاک های نرم افزاری هر دو در کنترل پروسسور اول قرار داشته و مجموعا با (FIC) ها یک حلقه کنترلی را می سازند.