یک سیستم کنترل توزیع شده توضیح داده شده: معماری، دستگاه‌های میدانی و شیرها

وارد اتاق کنترلی شوید که به تازگی انتقال سیستم کنترل توزیع شده به پایان رسیده است و معمولاً همان تصویر ظاهر می شود: نمایشگرهای روند تمیز، یک مورخ، یک لیست زنگ هشدار، و یک مهندس راه اندازی بی سر و صدا اعتراف می کند که سه حلقه هنوز دو درصد شکار می کنند. کابینت ها به ندرت مشکل ساز هستند. لایه میدان است. یک DCS بر اساس آنچه فرستنده در شیر آب واقعاً گزارش می‌کند و اینکه سوپاپ کنترل واقعاً چقدر حرکت می‌کند، زمانی که به آن گفته می‌شود حرکت کند، قضاوت می‌شود.

در واقع یک سیستم کنترل توزیع شده چیست؟

یک سیستم کنترل توزیع‌شده شبکه‌ای از کنترل‌کننده‌های فرآیند است که هر یک دارای یک منطقه کارخانه تعریف‌شده است که ایستگاه‌های اپراتور، ابزارهای مهندسی و یک مورخ را بر روی یک ستون ارتباطی به اشتراک می‌گذارد.

کلمه توزیع شده به کنترل اشاره دارد نه مدیریت. به جای اینکه یک کامپیوتر سعی کند یک سایت کامل را اجرا کند، یک DCS فرآیند را به واحدهایی مانند دیگ بخار، قطار رآکتور یا خط آب شهری تقسیم می‌کند و به هر واحد کنترل‌کننده خاص خود را می‌دهد. اگر یکی از کنترل کننده ها از کار بیفتد، بقیه کارخانه به تولید ادامه می دهد.

این محفظه توضیح می دهد که چرا کارخانه های پیوسته با صدها حلقه آنالوگ به جای یک رک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی بزرگ، روی یک DCS استاندارد می شوند. چرخه‌های کنترل معمولاً بین 100 میلی‌ثانیه تا یک ثانیه اجرا می‌شوند و افزونگی معمولاً در کنترل‌کننده‌ها، منابع تغذیه و شبکه‌ها تعبیه می‌شود.

پایگاه داده تک تگ متمایز کننده واقعی است. در یک کارخانه مونتاژ شده از PLC های جداگانه و یک لایه نظارتی خانگی، یک اندازه گیری اغلب سه بار تحت سه نام، با سه محدوده و سه محدودیت هشدار وجود دارد. در یک DCS تگ یک بار تعریف می شود و در همه جا به ارث می رسد.

چهار لایه و آنچه که هر یک از آنها دارند

هر برندی که روی کابینت نقاشی شده باشد، یک DCS در چهار لایه سازماندهی شده است: میدانی، کنترلی، نظارتی و سازمانی. دانستن اینکه کدام لایه متعلق به کدام تصمیم است، عیب یابی را از روز به ساعت کوتاه می کند.

الگو ثابت است: ارزان ترین لایه باعث طولانی ترین قطعی ها می شود. فرستنده ای که خط ضربه اش شیب اشتباهی دارد، بیشتر از هر خطای پیکربندی، آلارم های مزاحم ایجاد می کند و این کار را برای پانزده سال ادامه خواهد داد.

DCS، PLC یا اسکادا: انتخاب بر اساس تعداد حلقه و نتیجه

از PLC برای توالی‌یابی سریع ماشین، SCADA برای دارایی‌های پراکنده در بسیاری از مکان‌ها، و از DCS زمانی که یک سایت صدها حلقه آنالوگ پیوسته و متقابل را اجرا می‌کند، استفاده کنید. این سه با هم همپوشانی دارند و هر فروشنده ادعا می کند که پلتفرم همه چیز را انجام می دهد، بنابراین به جای دسته بندی محصول، روی واقعیت مهندسی تصمیم بگیرید.

لایه فیلد عملکرد حلقه را تعیین می کند

هیچ الگوریتم کنترلی نمی تواند دقتی را که دستگاه میدانی هرگز تحویل نداده را بازیابی کند. یک حلقه یک زنجیره است و DCS فقط یک پیوند دارد: کنترلر. هر چیز دیگری در گیاه قرار دارد و در معرض گرما، ارتعاش، رطوبت و سیال فرآیند قرار دارد.

• انتخاب سنسور و فرستنده: محدوده، کلاس دقت و مواد خیس شده، خطای حلقه قابل دستیابی را قبل از شروع تنظیم تنظیم می کنند.
• کیفیت نصب: شیب خط ضربه ای، دیگ میعانات، عمق ترموول و مسیریابی کابل.
• اندازه عنصر نهایی: سوپاپ Cv، گشتاور محرک، زمان ضربه و جهت ایمن خرابی.
• لوازم جانبی: موقعیت‌گیر، کلید محدود، شیر برقی و تنظیم‌کننده فیلتر تصمیم می‌گیرند که چگونه یک سیگنال به طور صادقانه به حرکت تبدیل شود.
• یکپارچگی سیگنال: محافظ، زمین و جداسازی فیزیکی از کابل های درایو فرکانس متغیر.

فرستنده هایی که از HART یا پروتکل دیجیتال دیگری پشتیبانی می کنند، بیش از یک مقدار 4-20 میلی آمپر را ارائه می دهند. آن‌ها رانش سنسور، دمای الکترونیک و تغییرات پیکربندی را گزارش می‌کنند که یک کالیبراسیون کل کارخانه را به یک کار هدفمند تبدیل می‌کند.

فرستنده فشار هوشمند FvLuoky FDP3000 با خروجی HART یک فرستنده فشار با قابلیت HART برای حلقه های 4-20 میلی آمپر، که از بررسی های پیکربندی دیجیتال با سنجش سیلیکون تک کریستالی پشتیبانی می کند. مشاهده محصول →

همین منطق در مورد عنصر نهایی نیز صدق می کند. پوزیشنیری که به جای سیگنال فرمان، سفر واقعی را گزارش می‌کند، قبل از اینکه به انحراف کیفیت تبدیل شود، چسبندگی قابل مشاهده است. تامین کنندگانی مانند گروه شیرآلات Vatten دریچه‌ها، محرک‌ها، موقعیت‌دهنده‌ها و فرستنده‌ها را در یک مجموعه فیلد جمع کنید، که زمانی اهمیت دارد که یک حلقه به جای چهار بار، یک بار تعمیر شود.

موقعیت یابی شیر هوشمند VATTEN برای کنترل دقیق سوپاپ یک پوزیشنر آنالوگ 4-20 میلی آمپر که فشار هوای محرک را تنظیم می کند و از موقعیت پایدار شیر در تنظیم جریان و فرآیند پشتیبانی می کند. مشاهده محصول →

عناصر کنترل نهایی: آنچه که یک DCS می تواند و نمی تواند برطرف کند

شیر کنترل یک وسیله مکانیکی با اصطکاک، باند مرده و هیسترزیس است و این ویژگی‌ها سقف هر تمرین تنظیمی را تعیین می‌کنند.

محرک‌های فنری برگشتی پنوماتیک پیش‌فرض برای کار ایمن باقی می‌مانند، زیرا برای رسیدن به موقعیت ایمن نیازی به برق ندارند. محرک‌های الکتریکی موقعیت‌یابی دقیق، بازخورد سفر و تشخیص را اضافه می‌کنند و هوای ابزار را به عنوان حالت خرابی حذف می‌کنند که مناسب آب، فاضلاب و مکان‌های دوردست است.

اندازه کمتر از آنچه که شایسته است مورد توجه قرار می گیرد. یک سوپاپ بزرگ در نزدیکی نشیمنگاه قرار دارد، جایی که مشخصه نصب شده شیب دار است و کنترل ضعیف است. یک شیر کم اندازه نمی تواند جریان طراحی را عبور دهد. هر دو اشتباه از راه اندازی باقی می مانند زیرا در نقطه طراحی قابل قبول به نظر می رسند.

شیر کنترل هوشمند الکتریکی VATTEN با محرک هوشمند یک شیر کنترل الکتریکی با کنترل آنالوگ 4-20 میلی آمپر و تنظیم خطی برای تنظیم دقیق در سرویس مایع و گاز. مشاهده محصول →

شیوه های راه اندازی که از مشکل حلقه جلوگیری می کند

اکثر خطاهای حلقه ای که در هفته اول تولید ظاهر می شوند در طول راه اندازی قابل مشاهده بودند و به هر حال از بین رفتند. راه اندازی یک DCS عمدتاً یک کار نرم افزاری نیست. این یک توافق بین میدان و اتاق کنترل در مورد آنچه به صورت فیزیکی نصب شده است است.

1. بررسی حلقه در کابینت مارشالینگ: سیگنال را در ترمینال میدانی تزریق کنید و مقدار را روی صفحه اپراتور تأیید کنید، نه برعکس.
2. در حالی که خط هنوز خالی است، هر شیر را با هوا و نیرو تست کنید و جهت ایمن خرابی را تأیید کنید.
3. بازخورد موقعیت‌ساز را تأیید کنید: بازه سفر، صفر و محدوده تقسیم باید با استروک ساخته شده مطابقت داشته باشد، نه با برگه داده.
4. بر خلاف فرآیند واقعی تنظیم کنید، زیرا تنظیمات موجود در آب به ندرت به یک دوغاب چسبناک منتقل می شود.
5. مستندات را ثابت کنید: برگه های حلقه به روز شده و لیست برچسب ها مانع از تکرار خطاهای مشابه در پروژه بعدی می شوند.

جایی که یک DCS بازپرداخت می کند

بازده یک DCS در فرآیندهای پیوسته با حلقه های تعاملی زیاد و خرابی های گران قیمت است.

• مواد شیمیایی و پتروشیمی، که در آن حلقه ها برهم کنش دارند و تغییرات درجه مکرر است
• تولید برق، که در آن کنترل بویلر و توربین در یک محیط اپراتور مشترک است
• آب و فاضلاب، جایی که سایت های توزیع شده به یک اتاق کنترل گزارش می دهند
• داروها، جایی که سوابق دسته ای به داده های ثابت بستگی دارد
• مواد باتری، که در آن دوغاب و حلال، سخت افزار میدان ضعیف را مجازات می کنند

این صنایع دو ویژگی مشترک دارند: فرآیند به طور مداوم اجرا می شود و هزینه خاموش شدن بیشتر از سیستم کنترل است. سخت‌افزار میدانی باید در شرایط یکسان دوام بیاورد، بنابراین مواد، کلاس آب‌بندی و حفاظت محرک مدت‌ها قبل از اتمام گرافیک مشخص می‌شوند. اخیر مطالعه موردی در مورد همگام سازی تامین شیر با گسترش کارخانه نشان می دهد که چقدر ریسک برنامه در بسته های میدانی به جای نرم افزار اتاق کنترل وجود دارد.

سوالات متداول

آیا DCS همان SCADA است؟

خیر. SCADA داده ها را در مناطق وسیع جمع آوری و نمایش می دهد، اغلب از سایت های راه دور و بدون سرنشین، و معمولاً برای کنترل به PLC یا RTU محلی بستگی دارد. یک DCS خودش کنترل حلقه بسته را با رابط اپراتور به عنوان بخشی از همان سیستم یکپارچه انجام می دهد.

چند نقطه I/O یک DCS را به جای PLC توجیه می کند؟

هیچ آستانه ثابتی وجود ندارد، اما زمانی که یک سایت واحد دارای چندین صد حلقه آنالوگ پیوسته باشد، زمانی که افزونگی اجباری است، یا زمانی که چندین واحد باید یک فلسفه هشدار و یک پایگاه داده تاریخی را به اشتراک بگذارند، اقتصاد تغییر می کند. در زیر این مقیاس، یک ترکیب PLC و SCADA که به خوبی مهندسی شده‌اند، معمولاً ارزان‌تر هستند.

آیا DCS می تواند مستقیماً شیرها را کنترل کند؟

یک فرمان 4-20 میلی آمپری یا دیجیتالی را به محرک یا پوزیشنر ارسال می کند و موقعیت و وضعیت برگشت را می خواند. کار فیزیکی جابجایی دوشاخه یا دیسک مکانیکی است، بنابراین اندازه سوپاپ، کیفیت هوا و گشتاور محرک نتیجه را تعیین می کند، نه کنترل کننده.

مهاجرت DCS یک تعهد ده ساله است. بیشتر بودجه صرف کابینت‌ها، مجوزها و ساعات مهندسی می‌شود، اما بیشتر دردهای عملیاتی از میدان بازمی‌گردند: یک فرستنده دریفت، یک شیر چسبنده، هوای ابزار در نقطه شبنم اشتباه. سیستم کنترل را طوری طراحی کنید که انگار کامل است، سپس بودجه میدانی را طوری خرج کنید که انگار نه انگار.