معرفی معماری سامانه‌های کنترل DCS مطرح دنیا – بخش ۳

معرفی معماری سامانه‌ های کنترل DCS مطرح دنیا

نویسنده : مهندس صادق اکبری

بخش سوم

۴- سامانه اتوماسیون AS620

• مرور اجمالی

مجموعه سامانه AS620، قسمتی از سامانه کنترل TXP می‌باشد، که برای اتوماسیون فرآیندهایی نظیر کنترل سطح ایمنی، حفاظت و کنترل حلقه بسته با سرعت بالا در یک نیروگاه استفاده می‌شود.

این سامانه که واسط سامانه‌های دیگر به فرآیند می‌باشد، مقادیر آنالوگ و دیجیتال اندازه‌گیری شده از متغیر‌های فرآیند را از ترنسمیتر‌های نصب شده در سطح فیلد دریافت و بسته به کاربرد مورد نظر، این اطلاعات را توسط الگوریتم‌ های کنترل حلقه باز یا بسته پردازش و در نهایت مقادیر متغیر‌های دستکاری و تصحیح شده و همچنین فرامین را به عناصر کنترل نهایی فرآیند نظیر موتورها، شیرها و غیره ارسال می‌کند. به عبارت دیگر این سامانه به عنوان رابط بین فرآیند و دیگر سامانه‌های TXP فرامین صادر شده از سامانه OM650 را به فرآیند انتقال داده و اطلاعات مورد نیاز سامانه‌های OM650 ،ES680 و DS670 را از فرآیند دریافت نموده و به آنها منتقل می‌نماید.

سامانه‌ حفاظت بکار رفته در سامانه‌ اتوماسیون به صورت خودکار وظیفه انجام اقدامات حفاظتی را در مواقع بروز خطا در نیروگاه را بر عهده دارد. این اقدامات به منظور جلوگیری از مخاطرات، حفاظت از پلنت و بازگرداندن پلنت به وضعیت امن می‌باشد

• ساختار

سامانه AS620 برای برآورده نمودن تمام نیاز‌های یک نیروگاه از سه زیر سامانه تشکیل شده است:

  • AS620 B :Basic Automation System
  • AS620 F :Fail-Safe Automation System
  • AS620 T :Turbine Automation System
اتوماسیون صنعتی , DCS , PLC , FCS
شکل ۳- سامانه‌ اتوماسیون AS620

 

شکل ۳- ساختار AS620 را نشان می دهد. بخش سمت راست این شکل، کوپل یا اتصال این سامانه به یک سامانه کنترل – ابزاردقیق مبتنی بر SIMATIC S5/S7 را نشان می دهد. این فناوری غالباً به صورت یک سامانه کنترل – ابزاردقیق «جعبه سیا» در واحدهای فرعی نیروگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با استفاده از از یک گذرگاه در کوپل کردن چند سامانه به همدیگر، سامانه فرعی کنترل – ابزاردقیق که لزوماً جزء مؤلفه‌های سامانه کنترل اصلی نمی‌باشد، می‌تواند با سامانه کنترل فرآیند اصلی یکپارچه گردد.

استفاده از سامانه‌های استاندارد نظیر SIMATIC و SIMADYN به عنوان بستر سخت‌افزاری سامانه AS620، یک سامانه‌ باز را برای نوآوری در آینده ارایه می‌دهد.

۱-۴- زیرسامانه AS620-B

• کاربرد

زیرسامانه AS620-B بخشی از سامانه کنترل TXP می‌باشد که به طور کلی برای وظایف عمومی اتوماسیون منظور شده است. این وظایف از کنترل حلقه باز ساده برای دستگاه‌های جانبی گرفته تا کنترل واحد‌های پیچیده را شامل می‌‌شود. علاوه ‌بر پیکربندی متمرکز مرسوم در اتاق کنترل، این سامانه می‌تواند از طریق PROFIBUS در سرتاسر پلنت توزیع شود. به طوری که طیف وسیعی از دستگاه‌های هوشمند برای حسگرها، ایستگاه‌های کاری در فیلد، مراکز کنترل موتور، محرک‌ها و راه اندازهای سرعت متغیر می‌تواند به PROFIBUS-DP متصل گردد.

• ساختار

هسته اصلی سامانه AS620-B پردازنده اتوماسیون AP می‌باشد. سخت افزار AP مبتنی بر کنترل کننده SIMATIC است. که برای انجام توابع اتوماسیون از قبیل کنترل حلقه باز، کنترل حلقه بسته و حفاظت گسترده، می‌باشد. این پردازنده‌ها برای ارتباط با حسگر‌ها و محرک‌های فرآیند از دو نوع ماژول‌در پیاده‌سازی ساختار متمرکز یا توزیع شده استفاده می‌کنند. یکی ماژول‌های تابع (FUM) برای ساختار متمرکز و دیگری ماژول‌های سیگنال (SIM) برای ساختار توزیع شده.

در یک ساختار متمرکز، ماژول تابع در رک‌های واقع شده در تابلوی کنترل یا کابینت اتاق کنترل نصب می‌گردد. به طوری که ماژول‌های تابع از طریق گذرگاه کابینت به پردازنده AP متصل می‌گردند.

اتوماسیون صنعتی , DCS , PLC , FCS
شکل ۴- ساختار سامانه اتوماسیون AS620B برای وظایف پایه عمومی

 

در ساختار‌های توزیع شده نیز ماژول‌ های سیم در پانل‌های I/O که در مجاورت مستقیم عملگرها و حسگرهای فیلد واقع می‌شوند، نصب و سازماندهی می‌گردند. گذرگاه PROFIBUS سیگنال‌های I/O را به همدیگر و پردازنده AP ارسال می‌کند.

به طور خلاصه مطابق شکل ۴ این سامانه شامل دو مؤلفه اصلی زیر می‌باشد:

۱. پردازنده اتوماسیون: پردازش تمامی عملیات مربوط به این سامانه را به عهده دارد.

۲. ماژول‌ های کنترل: این ماژول‌ها از طریق حسگرها و عمل‌گر‌ها با فرآیند ارتباط بر قرار می‌کنند و به دو صورت کارت‌ ماژول هستند.

– FUM-B

در ساختار متمرکز، ماژول‌ های تابع برای اتصال حسگرها و محرک‌های فرآیند استفاده می‌شوند. این نوع ماژول وظایفی چون انجام کارهای محاسباتی بر روی حسگرهای مختلف و محرک‌ها را بر عهده داشته و نتیجه را به پردازنده‌های اتوماسیون AP ارسال می‌دارد.

اتوماسیون صنعتی , DCS , PLC , FCS
شکل ۵- الف- کارت‌های FUM                    شکل ۵- ب- ماژول‌های سیگنال SIM

– SIM-B

ماژول‌های سیگنال SIM سامانه‌ TXP را قادر می‌سازند تا در عمل یک ساختار سامانه کنترل توزیع شده (DCS) راه‌اندازی شود. ماژول‌های SIM‌ از طریق یک گذرگاه PROFIBUS به اجزای سامانه کنترل مرکزی (AP) متصل می‌‌گردند.

۲-۴- زیرسامانه AS620-F

• کاربرد

این سامانه تحت عنوان سامانه حفاظت، برای انجام وظایف و اقدامات حفاظتی ایمن از جمله حفاظت از ژنراتور و بویلر در مقابل عوامل خطرزا و همچنین عملیات کنترل حلقه‌ باز نظیر مدیریت مشعل تعبیه شده و می‌تواند در مواقع اضطراری توربین را از کار انداخته و از صدمات بعدی جلوگیری کند. به عبارت دیگر سامانه AS620F به عنوان یک سامانه ایمن در برابر خطا، به منظور حفاظت از توربین، وظایف کنترلی حساس و پرخطر مانند کنترل مشعل توربین یا بویلر را بر عهده دارد. بسته به نیاز‌ها و اندازه پانل، دو نسخه از سامانه AS620F در دسترس می‌باشد:

  •  DIN V 19 250 (05.94)
  •  VDE Standard 0116 “Electrical Equipment of Furnaces” (۱۰.۸۹) and VDE Standard 0801 (01.90) +A1(10.94)

پردازنده اتوماسیون AP در سامانه AS620F وظایف غلبه بر شرایط غیرایمنی را بر عهده داشته و واسطی برای کنترل فرآیند می‌باشد. تمامی توابع عملکردی مربوط به ایمنی در پردازنده APF با استفاده از ماژول های FUM و یا توسط ماژول‌های سیم در AG-F پیاده‌سازی می‌شود.

بسته به نوع حفاظت، بعضی از سیگنال‌ها مستقیم از محل پلنت به این سامانه وصل شده و بر روی آنها پردازش صورت می‌گیرد و در صورت تشخیص خطا در دستگاه، سامانه با قطع ولتاژ تغذیه محرک، دستگاه را در حالت اطمینان از مدار خارج می‌کند.

• ساختار

در این سامانه امکان پیاده‌سازی هر دو ساختار (متمرکز و توزیع شده)، با استفاده از یک کنترل‌کننده تکی و یا ترکیب تحمل‌ کننده خطا وجود دارد. که شامل پردازنده اتوماسیون AP و APF (از نوع «ایمن در برابر خطا »)، ماژول‌های FUM-Fs (از نوع «ایمن در برابر خطا»)، کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی AG-F و AP از نوع «ایمن در برابر خطا» و ماژول‌های «ایمن در برابر خطا» SIM-Fs می‌باشند. از این رو تمامی قابلیت‌های «ایمن در برابر خطا»، «دسترسی بالا» و «افزونگی» را دارد.

 

اتوماسیون صنعتی , DCS , PLC , FCS
شکل ۶- ارتباط بین ماژول کارت‌ها و پردازنده‌های اتوماسیون در سامانه اتوماسیون AS620-F

– FUM-F

ماژول تابع از نوع «ایمن در برابر خطا» می‌باشد که با پردازنده اتوماسیون APF و ماژول‌های FUM-F مرتبط (ماژول‌های تابع از نوع «ایمن در برابر خطا») پیکربندی می‌گردد.

– SIM-F

این نوع ماژول توسط AG-F PLC پیکربندی و توسط PLCهای سری SIMATIC S5 یعنی S5-115F به کار گرفته می‌شود. در شکل ۶ چگونگی ارتباط AP با کارت‌های FUM و SIM نمایش داده شده است.

۳-۴- زیرسامانه AS620-T

• کاربرد

زیرسامانه AS620-T برای کنترل حلقه بسته با پاسخ سریع، توربین‌های گاز، بخار و ژنراتورها منظور شده است به طوری که مبتنی بر CPUهای SIMADIN و نرم‌افزار مهندسی خاص خود می‌باشد. به عبارت دیگر کنترل حلقه باز، وظایف و توابع حفاظتی مرتبط با توربین در سامانه AS 620 B و فناوری AS 620 F پیاده‌سازی می‌شود. به طور خلاصه مشخصات این سامانه عبارت است از:

• کنترل حلقه بسته سریع برای توربین‌ها

• استفاده از پردازنده قدرتمند SIMADYN برای اعمال کنترلی حلقه بسته سریع

• کنترل موقعیت ms6 در توربین‌های گاز یا بخار

• انجام فرم دهی سیگنال سریع (با وضوح زمانی ms 1)

• ساختار

این سامانه یک سامانه کنترل با چند پردازنده می‌باشد. سامانه مذکور مطابق شکل ۷ شامل مؤلفه‌های زیر می‌باشد:

۱. APT

2. AP

3. AddFEM Modules (FEM = front end module)

4. SIM-T

اتوماسیون صنعتی , DCS , PLC , FCS
شکل ۷- سامانه کنترل AS620T و ارتباط آن با پردازنده‌های اتوماسیون و کارت ماژول‌ها

 

پردازنده APT مبتنی بر ماژول‌های پردازنده قدرتمند SIMADYN می‌باشد. واکنش بسیار سریع و زمان چرخه پویش این پردازنده اجازه پردازش سریع‌ترین حلقه‌های کنترل بسته را فراهم می‌کند.

در این سامانه کوپل سیگنال‌های AS به I/Oها توسط کارت‌های AddFEM از مجموعه محصولات SIMATICAdd7، صورت می‌گیرد. ارتباط ماژول‌های AddFEM با توجه به شرایط مورد نیاز در پاسخ سریع کنترل توربین، از طریق PROFIBUS DP پیاده سازی شده است.

تبادل داده‌ها با OM650 و یا سایر سامانه‌ها از طریق پردازنده AP صورت می‌گیرد. پردازنده APT نیز از طریق پردازنده ارتباطی به گذرگاه پلنت متصل می‌شود. ابزار‌های ارایه شده توسط سامانه‌ SIMADYN برای مهندسی APT استفاده می‌شود.

• افزونگی

به منظور ارایه حداکثر دسترسی، پردازنده APT همچنین می‌تواند به صورت ساختار دوکاناله افزونگی پیاده‌سازی شود (ساختار ۱ از ۲). این ساختار از دو کنترل‌کننده حلقه‌ بسته مشابه استفاده می‌کند که یکی از آنها به حالت Slave برده می‌شود. هر کنترل کننده با منبع تغذیه مستقل در رک مخصوص خود نصب می‌شود. دو کنترل کننده از طریق یک گذرگاه قدرتمند محلی به تبادل داده می‌پردازند (اتصال داده موازی).

ادامه دارد

بخش دوم

معرفی معماری سامانه‌ های کنترل DCS مطرح دنیا

درباره مدیر سایت

بررسی بیشتر

پیام نوروزی رییس انجمن صنفی شرکت‌های اتوماسیون صنعتی

به نام خداوند جان و خرد سال ۹۸ با همه فراز و فرودها و همه …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *