بررسی ساختار و نحوه عملکرد سیستم های کنترل صنعتی

در هر صنعتی اتوماسیون سبب بهبود تولید می گردد كه این بهبود هم در كمیت ومیزان تولید موثر است و هم در كیفیت محصولات.هدف از اتوماسیون این است كه بخشی از وظایف انسان در صنعت به تجهیزات خودكار واگذار گردد.در یك سیستم اتوماتیك عملیات شروع،تنظیم و توقف فرایندبا توجه به متغیر های موجود توسط كنترل كننده سیستم انجام می گیرد. هر سیستم كنترل دارای سه بخش است: ورودی ، پردازش و خروجی .

انواع استراتژی های كنترل:

كنترل حلقه باز

كنترل پیشرو

كنترل حلقه بسته

كنترلر مغز متفكر یك پردازش صنعتی است و تمامی فرامینی راكه یك متخصص در نظر دارد اعمال كند تا پروسه، جریان استاندارد خود را در پیش گیرد و نهایتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طریق كنترلر به سیستم فهمانده می شود.

یك كنترلر چگونه عمل می كند؟

در ابتدا سیگنال خروجی از سنسور وارد كنترلر می شود و با مقدار مبنا مقایسه می گردد و نتیجه مقایسه كه همان سیگنال خطا می باشد، معمولا در داخل كنترلر هم تقویت شده و هم بسته به نوع كنترلر و پارامترهای مورد نظر، عملیاتی خاص روی ان انجام می گیرد سپس حاصل این عملیات به عنوان سیگنال خروجی كنترل كننده به بلوك بعدی وارد می شود.مقایسه سیگنالها و تقویت اولیه در همه كنترلر ها صرف نظر از نوع انها انجام می گیرد ،در واقع این عملیات بعدی است كه نوع كنترلر را مشخص می كند.

PLCاز عبارت Programmable Logic Controller به معنای كنترل كننده قابل برنامه ریزی گرفته شده است.PLC كنترل كننده ای است نرم افزاری كه در قسمت ورودی، اطلاعات را بصورت باینری دریافت و آنها را طبق برنامه ای كه در حافظه اش ذخیره شده پردازش می نماید و نتیجه عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمانهایی به گیرنده ها و اجرا كننده های فرمان ، ارسال می كند.

بطور كلی می توان زبانها برنامه نویس PLCرا به پنج دسته تقسیم كرد:

• زبان SFC یا Sequential Function Chart Language

• زبان FBD یا Function Block Diagram Language

• زبان LD یا Ladder Diagram Language

• زبان ST یا Structured Text Language

• زبان IL یا Instruction List Language

به طور كلی چهار سیستم كنترلی وجود دارد:

1.سیستمهای رله ای از قدیمی ترین سیستم كنترلی هستند. در این سیستمها كلیه عملیات كنترلی با استفاده از رله ها انجام می پذیرد.

2.سیستمهای كنترلی مبنی بر مدارهای منطقی. در این سیستم ها از دروازه های منطقی و تراشه های كوچك برای پیاده سازی عملیات منطقی استفاده می شود.

3.كنترل با كامپیو تر شخصی

4.كنترل مبنی بر PLC.

سیستم SCADAعلاوه بر كاربرد در فرایندهای صنعتی مانند تولید و توزیع برق ( به شیوه های مرسوم یا هسته ای) ،ساخت فولاد، صنایع شیمیایی،صنایع آب ،گاز و نفت در بعضی از امكانات آزمایشی مانند فوزیون هسته ایی نیز كاربرد دارد.

اندازه اینچنین تاسیساتی از 1000تا چندین ده هزار كانال I/O می باشد. و با كمك شبكه ها و سیستمهای مخابراتی منطقه وسیعی را تحت بازرسی ونظارت قرار می دهد.

سیستمهای SCADA بر روی سیستم عاملهای DOS، VMSو UNIXقابل اجرا هستند در سالهای اخیر همه سیستم های SCADAبه سمت سیستم عامل NT و بعضی هم بسمت Linuxگرایش پیدا كرده اند.

فهرست مطالب

به نام او----------------------------------------------------------------------------------- 2

بسم الله الرحمنالرحیم---------------------------------------------------------------- 3

عنوان بندی--------------------------------------------------------------------------- 4

چکیده-------------------------------------------------------------------------- 5

پیشگفتار------------------------------------------------------------- 7

سپاس گزاری------------------------------------------------------------------------ 9

تقدیم به---------------------------------------------------------------- 10

 فصل اول :
« مقدمه ای بر سیستم های كنترل » -------------------- 18

 کنترل و اتوماسیون------------------------------------------------------- 18

مشخصات سیستم های کنترل---------------------------------------------------------------------------------------------- 19

ورودی ها------------------------------------------------------------------------------------------ 19

خروجی ها--------------------------------------------------------------- 19

پردازش ------------------------------------------------------------------------ 20

انواع فرایندهای صنعتی ---------------------------------------------------------------------- 20

فرایند تولید پیوسته--------------------------------------------------------------- 20

فرایند تولید انبوه---------------------------------------------------------------------------------- 21

فرایند تولید اقلام مجاز --------------------------------------------------------- 21

استراتژی کنترل ----------------------------------------------------------------------- 21

کنترل حلقه باز ------------------------------------------------------ 21

کنترل پیشرو --------------------------------------------------- 22

کنترل حلقه بسته -------------------------------------------------------------------------- 22

انواع کنترلرها ------------------------------------------------------------- 23

کنترلرهای ناپیوسته ------------------------------------------------------------------ 24

کنترلرهای پیوسته --------------------------------------------------------- 24

کنترلر تناسبی ------------------------------------------------------24

 کنترلر انتگرالی ------------------------------------------ 25

کنترلر تناسبی-انتگرالی ---------------------------------------------------------------------25

کنترلر تناسبی-مشتق گیر ------------------------------------------26

کنترلر PID-----------------------------------------------------26

کنترلر نیوماتیکی --------------------------------------------27

کنترلر هیدرولیکی ------------------------------27

کنترلر الکترونیکی --------------------------------27

سیر تکاملی کنترل کننده ها ---------------------------------------------------------27

فصل دوم :

« انتقال اطلاعات در صنعت »----------------------------------- 29

 مقدمه ---------------------------------------------- 29

معماری شبکه ------------------------------------31

لایه فیزیکی ----------------------------32

لایه دیتا لینک ---------------32

لایه شبکه------------------------32

لایه انتقال --------------------------------- 32

لایه session-------------------------------------------------- 33

لایه Application------------------------ 33

استانداردهای معروف لایه فیزیکی شبکه های صنعتی ------------------------- 34

Rs232----------------------------------------------- 34

RS449-------------------------------------------------------- 35

RS530--------------------------------------------------------------- 35

RS423---------------------------------------------- 35

RS422------------------------------------------------------------ 35

RS485-------------------------------------------------------------- 36

گذرگاه H1---------------------------------------------- 36

گذرگاه H2--------------------------------------------------------------------- 37

HART--------------------------------- 37

معرفی واسط های انتقال و عوامل موثر در انتقال ----------------------------- 37

کابل کواکسیال ---------------------------------------------------------------- 37

زوج سیم به هم تابیده ----------------------------------------------------------- 38

فیبر نوری ---------------------------------------------------------------- 38

پروتکل ها و استانداردها ----------------------------------------------------------------------- 40

استانداردهای اترنت -----------------------------------------------------40

پروتکل MAP--------------------------------------------------------40

 پروتکل TOP-------------------------------------------------------- 41

پروتکل TCP/IP----------------------------------- 41

پروتکل SNA--------------------------------------- 42

پروتکل MM------------------------------------------42

استاندارد Bus Field------------------------------------------------------- 42

استاندارد Profi Bus----------------------------------------------------43

 فصل سوم :

« کنترل کننده های برنامه پذیر PLC »--------------------------43

 مقدمه------------------------------------------------------------------------ 43

مقایسه سیستم های کنترلی مختلف --------------------------------------------------44

توجهات خاص در بکار گیری سیستم های PLC -----------------------------------45

سخت افزار PLC -----------------------------------------------------46

ماژول منبع تغذیه -----------------------------------------------47

واحد پردازش مرکزی ------------------------------------------47

حافظه ---------------------------------------------48

ماژول های ورودی --------------------------------------------------------------------------48

ماژول های خروجی --------------------------------------------------------------------------------49

ماژول تغییر شکل سیگنال --------------------------------------------------------------------49

ماژول ارتباط پروسسوری --------------------------------------------------------- 50

ماژول رابط IM -----------------------------------------------------------50

انواع محیط های برنامه نویسی و امکانات نرم افزاری در PLC ----------------------------- 50

زبان های برنامه نویسی PLC ------------------------------------------------------ 51

زبان SFC ------------------------------------------------------------------- 51

حالت های مختلف برای اتصال Step و Transition --------------------------- --------- 55

ماکرو Step -------------------------------------------------------------------------- 56

زبان FBD ----------------------------------------------------------------------------------- 57

زبان LD -------------------------------------------------------------------------------- 58

زبان ST ------------------------------------------------------------------------------------------ 59

زبان IL ------------------------------------------------------------------------ 59

توابع کنترل پیوسته در PLCها -------------------------------------------------------------60

ماژول های PID -------------------------------------------------------------------------------60

برنامه ریزی ماژول های PID ---------------------------------------------- 61

کاربرد ماژول های PID ----------------------------------------------- 61

ارتباط در PLCها --------------------------------- 62

ارتباط سریال ----------------------------------- 62

فاصله انتقال -------------- 63

 حلقه جریان 20 mA --------------------------------------------------- 63

423/422 RS ---------------------------------------------------------------------- 63

ارتباط PLCها ، ماژول ها و برنامه ریزی --------------------------------------- 64

ارتباط بین چندین PLC ---------------------------------------------------------------------- 65

شبکه های محلی ----------------------------------------------- 65

کنترل گسترده -------------------------------------------------66

 فصل چهارم :

« سیستم های کنترل گسترده DCS »------------------------------ 67

 مقدمه ----------------------------------------------------------------------- 68

ایجاد سیستمهای کنترل کسترده DCS ---------------------------------------------------- 68

ساختار سیستم هایDCS ------------------------------------------------------------------- 70

اعمال کمپیوتر مرکزی -------------------------------------------------------- 72

سطوح کاری ----------------------------------------------------------- 74

سطح کنترل مستقیم پروسه ---------------------------------------------- 75

سطح کنترل مدیریتی ---------------------------------------------------------- 76

سطح کنترل ترتیبی تولید -------------------------------------------------------- 76

سطح کنترل مدیریت پلانت -----------------------------------------------------76

برخی از مزایایDCS ------------------------------------------------------------79

Data BaseOrganization ----------------------------------------------79

اصول کاری سیستم های DCS ----------------------------------------------84

المان های سیستم --------------------------------------------------------------87

ارتباط ماشین باانسان ------------------------------------------------------87

سطح صفر(حوزه میدان) --------------------------------------------------88

A500 & Procontrol I ---------------------------------------------------------------90

ایستگاه واسطه ---------------------------------------------90

ایستگاه کامپیوتر مرکزی --------------------------------------91

قسمت نمایشگر ---------------------------------------------------92

ساختار و چگونگی نمایش دادن ---------------------------------93

نمایش میله ی استاندارد ----------------------------------------------------------94

صفحه کلید ---------------------------------------------------------------------95

کاربردها --------------------------------------------------96

  فصل پنجم :

« سیستم های اتوماسیون APACS »----------------------------- 96

 مقدمه --------------------------------------------------------------------------- 97

Controller Configuration Software------------------------------------------------------ 97

بسته های نرم افزاری APACS ----------------------------------------------98

Configuration Software -----------------------------------98

امکانات Mation 4 -----------------------------------------99

واسط اپراتوری (Operator Interface) -----------------------99

Internet Based viewer ----------------------------------101

Historian Open --------------------------------101

Industry specific Options --------------------------------------102

Unix-Based operator Interface -------------------------102

سایر ویژگی های APACS --------------------------------------103

سخت افزار سیستم APACS ---------------------------------------103

افزونگی (Redundancy) -------------------------------------------104

معماری سخت افزاری APACS --------------------------------------105

سیستم محلی ----------------------------------------------106

Plantwide System -------------------------------106

QUADLOG --------------------107

بسته های سخت افزاری APACS --------------------------------------------108

انواع پیکربندی MODULPAC 1000 ----------------------------110

MODULPAC 2000 -------------------------------112

RACKs(قفسه ها) سیستم APACS -----------------------------------------------------------------------------------115

I/O RACK Remote----------------------------------------116

I/O Bus -------------------------117

Power Bus ----------------------------------117

نصبI/O RACK Remote ------------------118

شناسایی سخت افزار --------------------------------------118

آماده سازی ----------------------119

ملاحظات محیطی -----------------------------------------------121

مونتاژ I/O RACK Remote ---------------------------------------------------122

کابل I/OBUS و اتصالات موازی/ جامپر ---------------------------------------123

MODULRAC ----------------------------------------------------------124

SIXRAC --------------------------125

UNIRAC ---------------------------------125

 RIS -------------------------------------126

ویژگی های سخت افزاریRIS --------------------------------------------------126

قابلیت هایRIS -----------------------------------------------127

ماژول های کنترل ------------------------------------------------------------128

پیکربندی (Configuration) ---------------------------------------130

شرح مدار ماژول کنترل +ACM ------------------------130WATCHDOG/RESET

------------------------------------131

Time Out & Bus Arbitration Bus -----------------------------------------131

RAM and ROM --------------------------------------------131

Serial ports ------------------------------------------132

MODULBUS ---------------------------132

I/O BUS -----------------------------133

SCSI REDUNDANCY -----------------------------------133

ماژول های I/O -------------------------134

توصیف مدارSDM ----------------------136

فصل ششم :

« سیستم های SCADA »------------------------137

 SCADA چیست؟ ----------------------------------------------------------137

معماری SCADA----------------------------138

ارتباطات --------------------------------------------139

واسط ها --------------------------------------139

REDUNDANCY ----------------------140

MMI ---------------------141

Handing Alarm ------------------------141

Logging / Archiving ---------------------------142

ایجاد گزارش ---------142

 فصل هفتم :

« سیستم های FIELD BUS و مقایسه آنها با سیستم های DCS »

 مقدمه-----------------------------------------143

نحوه عملکرد سیستم های FCSدر مقایسه باDCS ----------------------145

مدل مرجعOSI -----------------------------147

 انواع لایه های فیلد باس -------------------------------------------147

لایه فیزیکی --------------------------147

لایه پشته ارتبطات ---------------------------------------148

لایه کاربردی --------------------------------------------------148

دسته بندی فیلد باس -----------------------------148

توپولوژی های فیلد باس -----------------------------------------------------149

Chain daisy Topology--------------------------------------------------149

Tree Topology ----------------------------------------------150

Spur Topology ---------------------------------------------------------151

Point to Point Topology----------------151

مقایسهFCS و DCS و مزایا و معایب آنها نسبت به یکدیگر -------------153

سایر مزایایFCS ----------------156

خاصیتInteroperability ادواتFCS -----------------------------------------157

معایب فیلد باس -----------------159

انواع بلوک های استاندارد -------------159

منابع