مقاله در مورد بررسی سیستم های کنترل گسترده DCS

بخشی از مقاله

بررسي سيستم هاي كنترل گسترده DCS

فصل اول
معرفي سيستم PROCONTROL

معرفي سيستم PROCONTROL P
سيستم PROCONTROL P ساخت شركت ABB يكي از سيستم ها كنترل گسترده است كه براي كنترل نيروگاه ها استفاده مي شود. در اين سيستم با استفاده از حافظه در ريزپردازنده سعي شده است كه تا حد ممكن از نرم افزار به جاي سخت افزار استفاده گردد. همچنين به جاي استفاده از روش سيم كشي معمول از سيستم باس استفاده شده است. باس حاوي تمامي سيگنال ها و اطلاعات كامل سيستم است. اين سيستم به گونه اي طراحي شده است كه تمام وظايف كنترل ‏فرآيند و نمايش آن را انجام دهد. اين وظايف عبارتند از:

تبديلات سيگنالها
انتقال اطلاعات
نظارت
كنترل ديجيتال
كنترل آنالوگ
حفاظت
مديريت فرآيند
بهره برداري و مراقبت فرآيند
PROCONTROL P داراي يك شاهراه ارتباطي است كه انتقال اطلاعات با اين وسايل و اجزاي كنترلي را برقرار مي سازد.

انتقال اطلاعات به صورت سريال و پيوسته براي كنترل سيستم از طريق يك شاهراه ارتباطي صورت مي گيرد. اين شاهراه غالباً داراي يك ساختار دو كاناله و به خاطر افزونگي است. ايستگاهها به شاهراه ارتباطي متصل مي شوند. از اين ايتسگاه ها به منظور انجام اعمال تبديل سيگنال ها و كنترل ديجيتال و آنالوگ استفاده مي شود.

شكل 1- عملكرد اپراتور- نظارت- ثبت
كنترل و نظارت اپراتور بر فرآيند به وسيله دستگاه ارتباط با اپراتور POS انجام مي‌پذيرد. Pos براي اين نمايش فرايند از تصويرهاي رنگي و براي دريافت پيام از صفحه كليدها و يا Mouse استفادهمي كند. به وسيله سيستم عيب ياب CDS علاوه بر عيب يابي خودكار سيستم و تجهيزات، قابليت مشاهده و دسترسي به تمامي اطلاعات سيستم فراهم گشته است.

رابطهاي استاندارد امكان ارتباط ببين Procontrol P و كامپيوتر و يا ساير سيستم هاي كنترل را برقرار مي سازند. Procontrol P وظايف كنترل و حفاظت قسمت هاي مهم و حساس مثل كنترل و حفاظت توربين و يا حفاظت ديگ بخار را نيز به عهده مي گيرد.
سيستم ها و اجزاء منحصر به فرد و غير متمركز با تركيب شدن با يكديگر گروه هاي پردازشي جامع و كاملي را در سطوح مختلف سيستم كنترلي، به صورت سلسله مراتبي به وجود مي آورند.

شكل 2- ساختار عملياتي سيستم كنترل
يك مدول الكترونيك عمل كنترل يك يا چندمحرك وابسته به هم را انجام مي دهد. اين كار در سطح كنترل محرك صورت مي گيرد. در سطح بالون كنترل محرك، چندين مدول كنترل محرك كه مربوط به يك قسمت از فرآيند هستند، با استفاده از يك مدول در سطح كنترل گروهي، هدايت و هماهنگ مي شوند.

در سيستم هاي پيشرفته كنترل خودكار، كنترل تمام سيستم توسط يك واحد كنترل، از سطح واحد صورت مي گيرد. به خاطر ساختار غير متمركز و قابليت پيشتيباني، سيستم POS مي تواند تمام نيازها براي دسترسي به سيستم را پاسخ دهد. سطح مديريت، وظيفه مديريت و نظارت روي چندين واحد مختلف، براي انجام عملياتي معين (از قبيل بهينه كردن قيمت و …) را بر عهده دارد.
نيازها و ملزومات مختلف قابل دسترسي و يا پشتيباني براي سيستم هاي نيروگاهي عبارتند از:
- دسترسي سريع براي سيستم هايي كه تاثير مستقيم بر روي توليد دارند.
- دسترسي متوسط به قسمت هايي كه يك اشكال يا خطاي كوتاه مدت در آنها باعث تاثير بر روي توليد نشود.

- امكان دسترسي به قسمت هايي كه تاثيرات اندكي روي توليد دارند.
نيازهاي دسترسي در هر يك از موارد بالا به وسيله يك طراحي مناسب با ايجاد سيستم پشتيباني صورت مي گيرد.
خصوصيات اين سيتسم در ضميمه الف ارائه شده است.
1. سيستم عيب ياب

سيتسم كنترل Procontrol P به طور خودكار اشكالات سيستم را نشان مي دهد. مبدلها، اندازه گيرها، مدولها سيستم انتقال و كنترل كننده ها به طور كامل بررسي و كنترل مي شوند. تمام مدولها داراي قابليت خود عيب يابي هستند.
تجهيزات عيب يابي كاملا از وسايل و تجهيزات عملياتي مستقل هستند. علائم هشدار دهنده، علاوه بر اينكه بر روي مدولهاي مختلف مشخص هستند، همراه با جزئيات در قسمت اطاق كنترل نيز نمايش داده مي شوند. عملكرد خودكار تشخيص عيب براي تجهيزات كنترلي، عيب يابي سريع كاهش زمان تعميرات و در نتيجه، بالارفتن قابليت اعتماد را در خواهد داشت.

2.دستگاه POS
اين قسمت با بهره گيري از واحد نمايش رنگي ويديوئي VDU و صفحه كليد ها، Mouse امكان نمايش و زمان در تنظيم و هدايت فرآيند را مهيا مي سازد. سيستم ارتباط با اپراتور طراحي شده براي اتاق كنترل، pos 20 و يا pos 25 است، كه هر كدام داراي خصوصياتي مي باشند. Pos 20 نسخه قديمي تر اين سيستم است كه بر مبناي كامپيوترهاي VAX كار مي كند و از نظر عملياتي از pos 25 (كه جديدتر است) ضعيفتر مي باشد. Pos 25 براساس كامپيوتر هاي شخصي كار مي كند. اين كامپيوتر ها بايد داراي قابليت هايي همچون حافظه زياد و پردازشگر قوي باشند. در هر حال، هر دو سيستم با توجه به تفاوت هايي كه دارند قابليت ارتباط وسيعي را مابين اپراتور و فرايند فراهم مي كنند.
مشتركات اين دو سيستم در اينجا بحث مي شود و خصوصيات آنها در ضمايم ب و

ج در آخر گزارش ارائه شده است.
با توجه به خصوصيات سيستم سلسله مراتبي،در اتاق فرمان نيز براي نمايش اطلاعات از اين روش استفاده شده است. دستگاه pos داراي ساختار غير متمركز است كه در شكل 3 نشان داده شده است.

شكل 3- ساختار غير متمركز Pos
دستگاه pos برتري هاي زير را نسبت به اتاق فرمان هاي معمولي دارد.
- بنا به نياز اپراتور، اطلاعات را روي صفحه تصوير، نمايش مي دهد. نمايش اطلاعات در هر تصوير به اندازه كافي و لازم با درج جزئيات در هر زمان مي باشد.
- هماهنگي بهتر با ساختار غير متمركز براي هدايت فرايند، نسبت به كنترل فرايند از اتاق فرمان هاي معمولي با حجم اطلاعات زياد احتياج به فضاي كمتري دارد.

- قابليت تطبيق ساده و انعطاف پذير نسبت به وظايف متغير
- قابل برنامه ريزي
- نمايش با كيفيت عالي
- نگاهداري ساده
- قابل توسعه (سادگي)
مشخصه ويژه دستگاه POS امكان نمايش گرافيكي و چند جانبه در سطوح مختلف است. اين نمايش ها عبارتند از:
1- نمايش كل فرايند: نمايش بخش هاي مختلف فرايند و اعلام اشكالات آنها
2- نمايش ناحيه: نمايش جامع گروه هاي عملياتي بخشي از فرايند (ناحيه) و اعلام

اشكالات انها
3- نمايش گروه: نمايش جامع عمليات حلقه هاي كنترل يك گروه مشخص يا مقادير اندازه گيري شده
4- نمايش حلقه: مسير كامل عمليات يك حلقه كنترل و مقادير اندازه گيري شده را نمايش مي دهد.
5- تصور Mimic: نمايش عمومي و شبيه سازي شده فرايند و نمايش اطلاعات جاري فرايند
6- نمايش منحني: نمايش كميت ها نسبت به زمان «امكان ثبت و نمايش 6 محني

روي صفحه تصوير با دقت و درجه بالاي گرافيكي وجود دارد.»
7- تصوير مشخصه : نمايش منحني مشخصه د رمحورهاي X – Y كه نشان دهنده نقاط كار جاري اجزا مهم فرايند
8- نمايش نمودار : نمايش گروهي از كميت ها، (مثل درجه حرارت) كه داراي يك واحد يكسان مي باشند.

9- نمايش اخطار يا هشدار: تمام اشكالات و هشدارهاي سيستم نمايش داده مي شود و در صورت بروز اشكال با فشردن يك كليد بدون توجه به هر سطح مي توان به نمايش هشدار رجوع كرد.
يكي از قابليت هاي پيشرفته اين سيتسم استفاده از چند VDU براي نمايش اطلاعات فرايند و صفحه كليدهايشان براي انتخاب نوع تصوير مي باشد. اين وسايل مي توانند باكامپيوترهاي موجود در شبكه ارتباط داشته باشند. كامپيوترها به يك باس مركزي متصل هستند و از طريق اطلاعات كل فرايند رامنتقل مي كند. يك قابليت مهم ديگر اين سيستم طراحي اتاق كنترل بدون در نظر گرفتن اندازه كل فرايند است. اين مسئله در جايي اهميت خود را نشان مي دهدكه فرايند به تدريج و به مرور زمان تكميل گردد. چرا كه مقدار اطلاعات كه نمايش داده مي شود، فقط به تعداد كامپيوترهاي غير متمركز كه مورد استفاده قرار مي گيرند، بستگي دارد. بنابراين احتياج به تغيير سيستم نداريم. براي هر كدام از كامپيوترهاي موجود مي توان يك كامپيوتر به عنوان افزونه در نظر گرفت تا قابليت اطمينان افزايش يابد.
اجزا سخت افزار سيستم POS عبارتند از:
• رابط براي اتصال به شاهراه ارتباطي دوگانه (دوبل)
• سرويس دهنده و وسايل جانبي (چاپگر، صفحه كليد، كامپيوتر و ….)
• شبكه استفاده شده در اين سيستم Ethernet مي باشد. اين شبكه معمولا داراي افزونگي است.

به وسيله شبكه LAN چندين واحد پردازشگر با صفحه كليدها، چاپگرها، و … مي توانند با هم در ارتباط باشند. ارتباط با شاهراه ارتباطي دوگانه به وسيله مدولهاي رابط كه هوشمند هستند انجام مي گيرد. بدين وسيله انتقال اطلاعات در مسير سيستم كنترل به pos و بالعكس، از مسير pos به سيستم كنترل جريان مي يابد. واحد پردازنده مركزي يك كامپيوتر پر قدرت 32 پيتي با حافظه زياد است.
تجهيزات كنترل و ابزار دقيق
ايستگاه ها از مجموعه مدولهايي كه وظيفه ارتباط سيگنالها، كنترل ديجيتال و آنالوگ و همچنين نظارت بر ارتباطات بين مدولها و تشخيص عيب را بر عهده دارند، تشكيل شده اند.

شكل 4- ساختار يك ايستگاه با مدلهاي مختلف
شاهراه ارتباطي به طريق دو خط مجزا و ايزوله وارد ايستگاه مي شود. يك مدول تزويج رابطه مخابراتي بين شاهراه ارتباطي و باس ايستگاه را فراهم مي سازد. خطوط ارتباطي براي قابليت اطمينان بيشتر داراي ساختار دوتايي (دوكاناله) هستند. جريان اطلاعات در داخل ايستگاه به وسيله كنترل كننده باس ايستگاه كه كاملا خودكار و مجزا از شاهراه كار مي كند، تنظيم و كنترل مي شود. بنابراين عملكرد مستقل يك ايستگاه نيز امكان پذير است. ايستگاه ها داراي خواص زير هستند:
• ساختار مدولور

• در جاهايي كه سيستم كنترل بايد از لحاظ حجم كار محدود باشد، توابع كنترلي در يك ايستگاه قرار مي گيرند.
• امكان ارتباط هر نقطه اطلاعاتي را هر نقطه ديگر در سيستم از طريق شاهراه ارتباطي وجود دارد.
• برحسب كاربرد (اندازه گيري آنالوگ يا ديجيتال) مي توان مدول ها را در ايستگاه هاي مختلف توزيع نمود.
رابطهاي سيگنال هاي ورودي به سيستم كه كار اتصال فرآيند به باس سيستم و همچنين تبديل سيگنال ها را به عهده دارند. همانند مدولهاي ورودي سيگنال، مدولهائي براي خروج سيگنال‌ها نيز موجود مي باشد كه سيگنال روي باس را به سيگنال ولتاژ يا شدت جريان تبديل مي كند.
الف- مدول ورودي آنالوگ
اين مدول ها براي سيگنال هاي آنالوگ با جريان صفر يا 4 تا mA20، ولتاژ 0 تا 10 ولت، ترمومترهاي مقاومتي و ترموكوپل ها مورد استفاده قرار مي گيرند.
مدولهاي ورودي آنالوگ داراي قابليت هاي زير هستند:
1- منبع تغذيه براي ترانسمتيوها
2- ايزوله بودن ونداشتن تداخل با سيستم
3- آزمايش سيگنال براي بررسي خارج از محدوده بودن
4- دامنه عملكرد از %50 تا %150 دامنه اندازه گيري

5- خطي كردن منحني مشخصه RTD و ترموكوپلها
6- نظارت و اعلام حدود مقدار فرايند تا 4 حد، روي يك مقدار اندازه گيري (خيلي كم، كم، زياد، خيلي زياد)
7- تصحيح اندازه گيري وبي سيالوت و سطح (مانند جذرگيري…)
8- فيلتر كردن مقدرا اندازه گيري با خاصيت حذف اغتشاش ولتاژ براي فركانس 50Hz و هارمونيكهاي آن.
9- به عنوان يك انتخاب، مدول هاي ورودي مي توانند با فيلتر غير خطي تطبيقي مجهز شوند كه براي سيگنال هاي فرايند با اغتشاشات زياد، بهبودي عالي در كيفيت تنظيم كننده ها بوجود آورد.
10- فيلتر كردن به وسيله فيلتر درجه 1 (تمامي اين فيلترها به صورت نرم افزاراي روي مدولها نصب مي شوند)

شكل 5- ساختار عملياتي
ب: مدول ورودي ديجيتال
مدول هاي ورودي ديجيتال براي سوئيچ هاي ديجيتال با اتصال دو سيمه و براي سيگنال 24 ولت مستقيم در دسترس هستند. اين مدول ها داراي قابليت ها و خواص زير هستند:
- منبع تغذيه براي اتصال كنتاكتها
- فيلتر كردن ارتعاشات قطع و وصل شدن كنتا

كت
- نظارت بر قطع سيم ارتباط با كنتاكت
- نظارت بر قطع شدن تغذيه
- نظارت بر اتصال كوتاه به بدنه
- صفر شدن خروجي وقتي ورودي ديجيتال اشكال داشته باشد.
- نظارت بر علامت انتقال وقتي كه ورودي ديجيتال اشكال داشته باشد.

شكل 6- ساختار و عملكرد مدول ورودي باتري
ج- مدول خروجي سيگنال آنالوگ
اين مدول سيگنال موجود بر روي باس ايستگاه را به سيگنال لازم براي عملكرد روي رله ها و لامپها توليد مي كند و خروجي آن 48- يا 24+ است.
د- مدول خروجي ديجيتال
اين مد.ل سيگنال موجود بر روي باس ايستگاه را به سيگنال لازم براي عملكرد روي رله ها و لامپها توليد مي كند. و خروجي آن –48 يا +24 ولت است.
هـ- مدول كنترل آنالوگ و ديجيتال
كنترل ديجيتال و آنالوگ مي تواند در هر كدام از سطوح سيستم (كنترل گروهي- كنترل محرك و سطح كنترل واحد) استفاده شود. به خاطر استفاده از طراحي براساس ريزپردازنده تعداد مدول هاي مورد استفاده به طور قابل توجهي كاهش يافته و تن

ها يك مدول پايه نياز است. هر مدول به يك ريزپردازنده و سه حافظه مجهز است.

شكل 7- ساختار كلي مدول كنترل گروهي
1- حافظه براي مقادير ورودي و خروجي
2- حافظه براي بلوك هاي عملياتي
3- حافظه براي برنامه كاربر
برنامه كاربر با استفاده از بلوك هاي عملياتي (FB ) از مقادير ورودي استفاده كرده و مقادير خروجي را تهيه مي كند. مقادير ورودي/ خروجي از طريق حافظه ورودي و خروجي با سيستم انتقال اطلاعات در ارتباط است. بر روي هر سلول كنترل قابل برنامه‌ريزي يك برنامه تشخيص عيب اتوماتيكي فعال وجود دارد. كه به عنوان يك برنامه پشتيبان، صحت كار ريزپردازنده و محتويات حافظه را نظارت مي نمايد. حافظه ها معمولا EEPROM هستند كه در صورت قطع برق نيز محتوايشان ثابت مي ماند.

شكل 8- بلوك هاي عملياتي كنترل آنالوگ و باينري
در كنار اين توابع اصلي مقداري توابع پيچيده تر وجود دارد. اين توابع براي كاربردهاي نيروگاهي تهيه شده اند كه به عنوان مثال مي توان به توابع كنترل محرك و محاسبات آنتالپي اشاره نمود.
مدول كنترل محرك: اين مدول در اولين سطح سيتسم كنترل براي هدايت واحد نيروگاه استفاده مي شود. اين كنترل كننده به وسيله اتصال كابلهاي مختلف به Switch gears وصل گرديده و از طرف ديگر به باس متصل است.

اين سيستم نرم افزاري را ارائه كرده است كه به كمك سخت افزار، سيستم كار راه‌اندازي و خواباندن توربين ژنراتور را به صورت مطمئن و همچنين بهره برداري بهينه از توربين و ژنراتور در زير بار را انجام مي دهد.
3-رابطهاي استاندارد
رابطهاي قابل برنامه ريزي و هوشمند هستند كه امكان اتصال، كامپيوتر يا اجزاء خارجي ديگر را به شاهراه ارتباطي فراهم مي آورند. اين مدولهاي ارتباطي موارد زير را برآورده مي سازند.
- دسترسي به اطلاعات فرايند
- دسترسي به اطلاعات بدون تداخل و اغتشاش

- قابليت راه اندازي اتوماتيك مدول هاي ارتباطي بعد از قطع برق و وصل دوباره آن
رابطها با استانداردهاي زير تهيه و طراحي شده اند:
- رابط سريال RS232 , RS422 بر طبق استاندارد IEC با پروتكل ارتباطي مطابق استاندارد DIN 19244
- رابط Ethernet 802.3 بر طبق استاندارد IEC با پروتكل ارتباطي Decnet Application .

شكل 9- رابط استاندارد
4-سيستم انتقال اطلاعات
سيتسم انتقال اطلاعات شامل دو مسير اطلاعات مختلف است:
1-شاهراه ارتباطي: شاهراه ارتباطي داراي يك ساختار دو كاناله است و به گونه اي طراحي شده است كه بتواند هر نوع اغتشاشات را حذف كند. براي بال بردن درجه اطيمينان دو كانال A و B قابل تعويض با يكديگر مي باشند و حالت پشتيباني همديگر را دارند. براي هر كانال شاهراه ارتباطي يك ايستگاه اصلي وجود دارد و به هر ايتسگاه اصلي تا 8 عدد شاهراه ارتباطي متصل مي شود. درحقيقت اين 8 كانال با همديگر يك كانال را تشكيل مي دهند. اين كانال ها با الگوي ستاره قرار مي گيرند. (شكل 10) هر اطلاعات به طور خودكار روي تمام كانال ها پخش مي شود. از ديد

مخابره اطلاعات، سيستم به صورت يك خط واحد مي تواند در نظر گرفته شود. هر خط شاهراه ارتباطي از يك جفت كابل از نوع Twin axial شيلد دار تشكيل شده است. اين كابلها مصونيت ميسر را در مقابل تداخل جزئيات القايي بسيار بالا مي برند. و هر خط شاهراه ارتباطي اين كابل تا 1.5 كيلومتر مي تواند طول داشته باشد. براي ساختهاي بيشتر مي توان از كابل نوري استفاده كرد.
2- بايس ايستگاه: ارتباط داخل ايستگاه براي مدول هاي ورودي، خروجي و مدولهاي پردازشگر به وسيله باس ايستگاه تامين مي شود. كمدهاي هر ايتسگاه داراي چهار طبقه هستند كه در طبقه باس ايستگاه از يك صفحه مدار چايي تشكيل شده است و مدول ها كه در طبقه قرار مي گ

رند به آن متصل مي شوند. براي اتصال باس بين طبقه هاي مختلف از كابلهاي نوع مسطح استفاده مي شود. وقتي باس ايستگاه به شاهراه ارتباطي متصل شود و اطلاعات شاهراه ارتباطي به صورت تلگرام فوراً روي باس ايستگاه بدون احتياج به هرگونه حافظه واسطه قرار مي گيرند.

شكل 10: ساختار سيستم انتقال اطلاعات
الف: ساختار تلگرام
تمام سيگنال هاي ديجيتال در آنالوگي كه توسط باس انتقال داده مي شوند، به صورت تلگرام و به فرم ديجيتال هستند. هر تلگرام شامل بيتهاي همگام سازي كد عملياتي، آدرس و داده مي باشد. بيتهاي همگام سازي، 4 بيت براي شروع تلگرام و 4 بيت براي اتمام تلگرام هستند. از 8 بيت براي كد عمليات كه نشانگر جهت انتقال، نوع داده‌ها، نوع خبر و نوع آدرس مي باشد، استفاده مي شود. از 24 بيت براي آدرس دهي استفاده مي شود، كه از 2 بيت آن براي شماره سيستم، 8 بيت آن براي شماره ايستگاه، 8 بيت آن براي شماره مدول هر ايستگاه و 8 بيت آن براي شماره واحد

ورودي و خروجي يا محاسباتي بر روي مدول استفاده مي شود. بدين ترتيب مي توان حدود 15000 مدول يا 101 * 1.3 مقدار آنالوگ 1.8 * 2.1 مقدار ديجيتال را توسط يك آدرس شخصي تعيين نمود. 16 بيت از هر تلگرام براي انتقال اطلاعات استفاده مي شود. هر تلگرام مي تواند محتوي يك سيگنال آنالوگ (12 بيت + بيت علامت) يا شامل تا حداكثر 16 سيگنال ديجيتال باشد. % 25اطلاعات يعني 18 بيت از هر تلگرام به تنهايي مربوط به مصونيت و ايمني آن مي باشد.

شكل 11- ساختار تلگرام
گيرنده ها مي دانند كه اطلاعات مربوط به كدام فرستنده‌اي را بايد دريافت كنند.
Procontrol براي مخابره اطلاعات از دو روش ترتيبي و برحسب واقعه استفاده مي كند. در روش ترتيبي كليه ايستگاه ها در يك صف به نوبت اطلاعات خود را مخابره مي كنند.در روش واقعه در صورت وقوع واقعه سيستم از حالت ترتيبي خارج شده و اطلاعات واقعه انتقال مي يابد. واقعه براي يك ورودي آنالوگ تغيير بيش از 0.39% يا گذشت بيش از 200 ميلي ثانيه از آخرين مخابره اطلاعات و براي ورودي ديجيتال تغيير وضعيت، تعريف مي شود.
5. سيستم ايمني و حفاظتي قابل برنامه ريزي
اين سيستم براي حفاظت تجهيزات عمده نيروگاه بخاري نظير بويلر استفاده مي شود. و كمر حفاظت قسمت هاي مختلف نظير سيستم كنترل مشعل، نظارت بر احتراق، سيستم تخليه دود كوره ديگ بخار و نظارت بر سوخت و هوا را انجام مي دهد. از ديگر كاربردهاي اين سيستم مي توان به سيستم ايمني I8C در نيروگاه هاي اتمي اشاره كرد. ساختار اين سيستم سه كاناله است كه هر سه كانال به صورت مجزا و كاملا مستقل عمل مي كند، سپس با استفاده از عملگر 2 از3

فرمان خروجي انتخاب مي گردد. در اين سيستم براي اندازه گيري نيز از سه كانال استفاده مي كنند. و هر سه كانال ورودي به هر سه قسمت سيستم حفاظتي وارد شده و خروجي آماده مي گردد.
اين سيستم براي ايمني بيشتر آزمايشهايي را بر روي ورودي ها و خروجي انجام مي‌دهد. همچنين خود سيستم حفاظتي نيز دائماً آزمايش مي شود.
6. سيستم مهندسي، طراحي و سرويس EDS
با به كارگيري كامپيوترهاي قدرتمند افق جديدي براي ابزار مهندسي، طراحي و سرويس به وجود آمد، كه امكانات وسيع دستگاه EDS را به وجود مي آورد. EDS امكان دسترسي و برنامه سازي تمام تركيبات سيستم كنترل از طريق شبكه ارتباطي را به صورت حين كار و در داخل مدولها بر روي EEPROM را دارا است.
دستگاه EDS داراي سه نوع مختلف مي باشد:
1- دستگاه EDS10 به عنوان ابزار طراحي، برنامه ريزي و سرويس براي تجهيزات داخلي خود سيستم كنترل استفاده مي شود.
2- دستگاه EDS20‌ توسعه يافته EDS10 است و علاوه بر وظايف EDS10 ابزار جانبي ابزار دقيق (حس كننده ها، محرك ها و كابل كشي ها) را نيز شامل مي شود.
3- دستگاه EDS30 وظيفه برنامه ريزي، طراحي و سرويس بدون استفاده از كاغذ را بر عهده دارد. براي بايگاني و اداره مدارك ونقشه ها به صورت اتوماتيك از حافظه هاي الكترومغناطيسي استفاده مي شود.
ساختار سخت افزار EDS مشكل از يك كامپيوتر است كه امكان تبديل به شبكه و كارموازي چند نفره را مي دهد. اين كار امتياز مهمي براي سيستم در هنگام راه اندازي ابتدائي نيروگاه در محوطه نيروگاه محسوب مي شود.
از برتري هاي دستگاه EDS مي توان به موارد زير اشاره كرد:
- مدارك و نقشه هاي موجود با سيستم كنترل مطابقت صد در صد دارند
- كل طراحي بدون صرف كاغذ انجام گيرد، لذا كل نقشه هاي سيستم كنترل با استفاده از كامپيوتر توليد مي گردد.
- ساده كردن بايگاني و يافتن نقشه و صرف دقت كمتر براي سرويس
- در صورت نياز به چاپ، نقشه هاي چاپ شده داراي فرم يكنواخت بوده و از كيفيت لازم و مشابه برخوردار هستند.
- برتري ديگر بايگاني به وسيله ذخيره الكترونيكي درمقابل بايگاني معمولي به وسيله كاغذ اين

است كه طبيعت اثري مانند كهنه يا كثيف شدن روي آن نمي گذارد.
- تغييرات و سرويس را مي توان بدون ديسك و با كيفيت بهتر و سريع تر انجام داد.

فصل دوم …
«معيارهاي ارزيابي و اولويت بندي»

فصل دوم
معيارهاي ارزيابي و اولويت بندي
سيستم هاي كنترل، حفاظت و سبك اطلاعات DCS در نيروگاه هاي بخاري داراي دو بخش عمده سخت افزار و نرم افزار مي باشند. با درنظر داشتن معيارهاي تعيين كننده، سيستم DES براي نيروگاه هاي مذكور به قسمت هاي مختلف و مرتبط با يكديگر تقسيم مي گردد. براي ارزيابي دقيق تر قسمت هاي مشابه، محصولات چند شركت به صورت ذيل مورد بررسي قرار گرفت:
اتاق كنترل مركزي (CCR) شامل:
سخت افزار
COMPUTERS
- CPU
- RAM SISE
- HARD DISK
- SPEED
OPERATOR STATION
- NUMBER
- Computer Typef
- CUP
- RAM- SISE
- HARD DISK
PRINTER
- NUMBER
- EVENT L& ALARM
- SPEED
- HARD COPY
KEBOARD & VDU
- RESOLUTION
- SIZE
- NUMBER
MIMIC PANEL

DATA LOGGER
SOFT WARE
ADMINISTRATION STATION
- CPU
- RAM SISE
- HARD DISK
- PRINTER
- VDU
پانل كنترل واحد (UCB) شامل:
Panel specification
- Eguipment & indtrumentation
- Division of UCB (Turbine, Generator…)
Modeof operation
- PLC spee
- Manual control
- Alarm system

- Contruction requirments
- Syncronizing
- Spare Part
- Local cooperation
سيستم انتقال اطلاعات و مدارهاي واسط (باس و شبكه …)
- BUS redundaney
- Fiber optic
- IEEE standards
- BUS coupler
- Kequirements for SCADA
- Means of interface to SCADA
سيتسم هاي جنبي و پشتيبان PCS
- Erg. Workstation
- CPU
- Speed
- RAM
- Hard Disk
- VDU
Saft ware
1- مشخصه هاي سازندگان
از جمله معيارهاي در نظر گرفته شده براي مشخصه سازندگان موارد زير را مي توان ذكر نمود:
1- مراجع كاري در رابطه با نيروگاه ها و سيستم هاي DCS، از نظر تعداد ظرفيت پروژه
2- داشتن گواهينامه ها و استاندارد هاي بين المللي (از جمله سري ISO 9000) در تضمين كيفيت
3- استفاده از استانداردهاي معتبر صنعتي درارائه پيشنهاد فني
4- استفاده از پيمانكاران داخلي و نحوه انتقال تكنولوژي به داخل كشور دخالت دادن مهندسي داخل در طراحي و نصب و راه اندازي
5- نحوه ارائه مدارك فني

6- همگوني و يكسان بردن قطعات فني به كار رفته
2-مشخصه هاي ساختار سيستم هاي بررسي شده
معيارهاي فني مد نظر در ساختار سيتسم هاي مورد بررسي به شرح زير بوده است:
1- قابليت آزمايش سيستم در مراحل راه اندازي و در حين كار وجود نقاط آزمايش و از جنبه هاي سخت افزاري و نرم افزاري.
2- سهولت در تشخيص و تصحيح عيب در سيستم

3- سهولت بهره برداري از سيستم و آموزش سريع
4- ضريب بالاي دسترس پذيري ساختار سيستم (Avalability)
5- ضريب اطمينان بالاي سيستم (Reliability)
3-اختصاص امتياز براي معيارهاي ذكر شده
در ادامه كليه معيارهاي ذكر شده مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت و اهميت نسبي معيارها در ارزيابي در جدول زير جمع بندي گرديده است. درصد امتياز حاصل براي هر شركت به صورت زير خواهد بود:
Total Special feat Struct feat Compa feat Other system Data tron sintle fea UCB
Facture CCR
Factures مشخصه
100% 5 10 10 20 15 20 20 درصد ارزيابي

لازم به ذكر است كه براي هر مشخصه در جدول فوق جداولي تنظيم شده است كه نتايج آن به جدول بالا انتقال مي يابد. براي مثال مشخصه UCB كه 20 درصد از امتياز كل را به خود تشخيص مي دهد، به زير مشخصه هاي جزئي تري تقسيم مي شود كه از مجموع امتيازهاي به دست آمده، در صدي از 20 درصد UCB حاصل مي شود.
4-جمع بندي سيستم هاي بررسي شده از نظر فني
در ادامه جدول زير امتياز و رديف سيستم هاي بررسي شده را نشان مي دهد.
رديف سيستم امتياز سيستم
1 Procontrol P (ABB) 78.6
2 TELEPERM ME (Siemens) 69.5
3 INFI 90 (Bailey) 63.5

6- مزاياي ABB:
- سابقه زياد شركت در نيروگاه هاي و سيستم هاي DCS (البته سابقه شركت فوق در كليه جزاير نيروگاهي مطرح است)
- داشتن استاندارد هاي تفصيل كيفيت سري ISO 9000
- ارائه سيستم آموزشي مناسب
- ارائه مدارك قابل قبول براي بررسي
- برخورداري از استانداردهاي معتبر صنعتي

با توجه به خصوصيات Procontrol P در مي يابيم كه اين سيتسم يكي از بهترين سيستم هاي كنترلي است كه مي توان براي كنترل نيروگاه ها استفاده نمود. اين سيستم داراي قابليت ارتباط با اپراتور به نحوه ساده و با كيفيت بالا است. همچنين با استفاده از كنترل ديجيتال و نرم افزار، قابليت كنترل و تغيير الگوريتم آن بسيار خوب مي باشد. به دليل استفاده از روش باس به جاي سيم كشي معمولي هزينه نصب آن بسيار كاهش يافته است. و با استفاده از سيستم عيب ياب اتوماتيك و قرار دادن افزونگي سيستم داراي قابليت اعتماد بسيار بالايي است. همچنين اين سيستم قابليت اجراي الگوريتم هاي سطح بالاي كنترلي را دارا است.
در مجموع با توجه به معيارهاي مطرح شده در فصل دوم و همچنين مراجع كاري شركت ABB در ايران و ساير كشورها، محصول اين شركت به عنوان يكي از محصولات برتر در زمينه سيستم هاي كنترلي نيروگاه هاي انتخاب گرديده و عملكرد و قابليت هاي سيستم به تضمين مورد بررسي وتحليل قرار گرفت كه اين موضوع راهگشاي شناخت DCS و قابليتهاي ارزنده آن خواهد بود.

فصل سوم …
«سيستم هاي كنترل گسترده DCS»

سيستم هاي كنترل گسترده (DCS)
1-3: مقدمه، تعريف و تاريخچه:
كنترل سلسله مراتبي عبارت است از: استفاده از چندين سطح

كامپيوتري در يك ساختار توسعه يافته Master- slare براي انجام همه يا بخش عمده كنترل در يك plant صنعتي.
لايه‌هاي مختلف در ساختار سلسله مراتبي:
1- تمامي ارتباطات مستقيم با پروسس در سطح قرار دارند و چنانچه بيش از يك سطح باشند با IB , IA و … نشان داده مي شوند.
2- كنترل سرپرست (supervisory control) عموماً در لايه 2 قرار دارد.
3- كنترل محدوده (Area control) و يا هماهنگي داخل محدوده‌اي (Inter- Area coordination) سطح سوم نام دارد.
4- برنامه ريزي (scheduling) و مديريت اطلاعات (Management Information) و … در سطح چهارم قرار دارند. معمولا اين سطح داراي دو قسمت 4A كه ارتباط با plant را پوشش مي دهد مانند:
برنامه ريزي و 4B را كه با مديريت هاي سطوح بالاتر و ارتباط است، مانند مديريت اطلاعات مي باشد.
سيستم هاي كنترل كامپيوتري اوليه:
قبل از ورود، كامپيوتر به كنترل صنعتي عمل كنترل توسط تعداد زيادي از حلقه هاي كنترلي آنالوگ به صورت نيوماتيكي و يا الكترونيكي صورت مي گرفت. مانند شكل 3-1 در اين شكل IB , IA هر دو در ارتباط با پروسسند. ولي متغيرهاي سطح IA قابل رويت توسط اپراتور نيستند.

شكل 3-1 يك سيستم كنترل آنالوگ اوليه
با پيشرفت كامپيوتر در كاربردهاي اوليه از آن براي جمع آوري اطلاعات و نمايش (Data lagger , Monitor) استفاده شد. (شكل 3-2). ولي هنوز از كامپيوتر به عنوان كنترل كننده استفاده نشده بود.

شكل 3-2: استفاده از كامپيوتر به عنوان جمع آ‎ورنده نمايشگر اطلاعات

در اوايل سال 1960 از كامپيوتر در يك ساختار سرپرست مطابق شكل 3-3 استفاده شده، كه فهرست نقاط كار حلقه هاي كنترل را تغيير مي داد. ولي كنترل لايه پايين توسط حلقه هاي آنالوگ صورت گرفت.

شكل 3.5: يكنوع سيستم كنترل با ساختار سرپرست

اگر بخش كنترلهاي آنالوگ را با كنترلهاي ديجيتال جايگزين كنيم به «ساختار ك

نترل
مستقيم ديجيتالي» (Direct Digital control – DDC) مي رسيم. (مطابق شكل 3-4)

شگل 3-5: ساختار كنترل مستقيم ديجيتالي (DDS)

چنانچه كنترل سرپرست توسط كامپيوتر صورت گيرد به ساختار شكل 3-5 مي رسيم كه يك «ساختار كنترل متمركز» است.

شكل 5-3 ساختار كنترل متمركز

شكل 6-3 نمايي از سيستم كمنترل متمركز
چنين روشي داراي معايب زير است:
1- به علت آنكه عمليات طراحي براي اين واحد ها پس از خريداري و سفارش صورت مي گرفت مدت زمان پياده سازي و اجراي اينگونه سيستم ها طولاني بود.
2- به علت اينكه كليه سيگنالها بايد در يك مركز جمع آوري شوند و سيگنال هاي كنترلي لازم از آنجا اعمال شود مشكلات نويز و اغتشاش در امر انتقال اطلاعات وجود داشت.
3- به علت آنكه كليه عملكردها و كنترل كننده در يك جا قرار دارد، در صورتي كه كامپيوتر خراب شود، كل سيستم از كار مي افتد. براي برطرف شدن اين اشكال معمولا با يك كامپيوتر ديگر به عنوان پشتيبان (Backup) استفاده مي شود كه باعث افزايش قيمت سيستم مي شود.
4- براي برطرف شدن مشكلات مذكور در بند 3 سعي مي شود تا بيشتر كارها در كامپيوتر انجام شود و در اين صورت مشكل بند 1 بوجود مي آمد.

شكل 7-3: ساختار كنترلر مترمزك با پشتيبان آنالوگ
به دليل مشكلات فوق زيادي به سمت كنترل، كامپيوتري نشان داده شده ومديريت مراكز صنعتي به ضديت با كنترل كامپيوتري پرداخته تا اينكه در سال 1970 …

2-3- كنترل گسترده Distribated control
در حدود سال 1970 به دو دليل تحولي در امور كنترل و رفع نواقص كنترل متمركز به وجود آمد يكي آنكه با توجه به پيشرفت مدارهاي مجتمع، ميكروپروسسور ها قيمت ارزان توليد شدند. و پيشرفت زيادي در امور تكنولوژي ارتباطات به وجود آمد. علاوه بر آن كمپاني Honeywell يك ساختار غير متمركز را براي كنترل، كامپيوتري استفاده كرد. ايده اين موضوع آن بود كه جعبه هاي كنترل كننده متفاوت به صورت كاملا پخش شده در سطح پروسس با استفاده از ميكروپروسسور هاي داخلي

خود كنترل تعدادي از حلقه‌هاي كنترلي را به عهده مي گرفتند. اين واحدهاي مستقل از طريق يك خط انتقال به اپراتور مركزي متصل مي شوند. اين مجموعه كه تحت عنوان TDS2000 توسط شركت Honywell توليد شد توانست به دو روش مشكل عدم قابليت اعتماد سيستم هاي قبلي را برطرف كند (شكل 8-3):

شكل 8-3: نماييي از سيستم كنترل گسترده
اولا: هر واحد كنترل تعدادي از حلقه هاي را به عهده مي گرفت.
ثانياً: ايجاد پشتيبان (Backup) براي اين واحدها با سادگي بيشتر و با قيمت كمتر صورت مي گرفت. پتانسيل واقعي كامپيوتر در كنترل سيستم ها فقط وقتي به وجود آمد كه پردازش اطلاعات و امكانات نمايش براي سرپرست و همچنين عمل هماهنگي براي قسمت هاي مختلف سيستم به وجود آمد. از لحاظ تئوري كنترل عمل سرپرستي و هماهنگي سيستم هاي كنترلي با تئوري هاي سيستم هاي مقياس وسيع و چند متغير صورت مي گيرد.
يك DCS مبتني بر شبكه كامپيوتري گسترده است كه مجموعه اي از يك ساختار گرافي مجزا مي باشد كه هر قسمت آن داراي تجهيزات محاسبه گر مستقل با امكانات ورودي، خروجي و قابليت اتصال توسط خطوط ارتباطي ديجيتالي مي باشند.
هرچند هر كدام از اين سيستم هاي ساختماني منحصر به فرد و جنبه هاي تخصصي معيني دارند اما ساختار اكثر اين سيستم ها در متن يك سيستم كلي قابل توصيف است (شكل 3-9)
وسايل موجود در اين ساختار به سه گروه تقسيم مي شوند: آنهايي كه مستقيماً در ارتباط با فرايندي كه بايد كنترل يا مونيتور شوند قرار دارند، آنهايي كه كار كردهاي محاسباتي سطح بالا و كاركردهاي واسطه اي بين انسان و .ماشين دارند و آنهايي كه وسايل ارتباطي بين ساير اجزا را تشكيل مي دهند.
تعريف مختصر هر يك از اين وسايل (devices) در زير داده شده است:
1- واحد كنترل محلي (lcu): كوچكترين مجموعه سخت افزار در سيستم كه ميتواند كنترل حلقه بسته را انجام دهد.

2- واسطه سطوح پايين يا انسان (LLHI): وسيله اي كه به اپراتور يا مهندس ابزار دقيق اجازه مي دهد با Lcu تبادل مستقيم داشته باشد و به عنوان مثال براي تغيير مواردي چون نقاط تنظيم، حالت هاي كنترل، آرايش كنترل، و يا پارامترهاي تنظيم كننده). LLHI همچنين مي تواند مستقيماً واسطه فرآيند و سيستم باشد. سخت افزار وابسته به اپراتور د راين سطح «واسطه سطوح پايين اپراتور» ناميده مي شود.

سخت افزار وابسته به مهندس ابزار دقيق «واسطه سطح پايين مهندسي» ناميده مي شود.
3- واحد ورودي/ خروجي داده ها (PI/ OU): وسيله اي است كه رابطه با فرايند قرار مي گيرد. تنها از اين جهت كه داده ها را كسب يا خارج نمايد، اين واحد كاركرد كنترلي ندارد.
4- واسطه سطح بالا يا انسان (MLHI): مجموعه اي از سخت افزار كه كاركرد آن شبيه LLHI است اما با قابليت توسعه يافته و مساعدت بيشتر براي استفاده كننده HIHI به وسايل ديگر تنها از طريق «وسايل ارتباطي مشترك» ربط مي‌يابد. سخت افزار مربوط به اپراتور و مهندس ابزار دقيق به ترتيب با واسطه سطح بالاي اپراتوري و «واسطه سطح بالاي مهندسي ابزار دقيق» ناميده مي شوند.

5- وسيله محاسباتي سطح بالد (HLCD): مجموعه اي از سخت افزار براساس ميكروپروسسور كه كاركردهاي مديريت واحد توليدي را انجام مي دهد. (اين كاركرد به طور سنتي توسط يك كامپيوتر انجام مي گرفت) HLCD با ساير وسايل تنها از طريق «وسايل ارتباطي مشترك» ربط مي يابد.
6- وسيله واسطه يا كامپيوتر (CID):‚ مجموعه اي از سخت افزار كه به كامپيوتر عمومي (General purpose) خارجي اجازه مي دهد با ساير وسايل در سيستم گسترده با استفاده از «وسايل ارتباطي مشترك» ربط يابد.

7- وسايل ارتباط مشترك: يك يا چند سطح از سخت افزار و نرم افزار ارتباطي كه امكان اشتراك داده ها بين تمام وسايل در سيستم گسترده را فراهم مي آورد. وسايل ارتباطي مشترك شامل كانالهاي ارتباطي اختصاصي بين وسايل خاص و پايين عناصر سخت افزاري درون وسيله نمي شود.