امروز: سه شنبه 20 آذر 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

گزارش کارآموزی ابزار دقیق و کنترل سیستمهای الکترونیک و سنسورها

گزارش کارآموزی ابزار دقیق و کنترل سیستمهای الکترونیک و سنسورها دسته: الکترونیک و مخابرات
بازدید: 9 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 804 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 103

محصولات این شرکت نخ نایلون 6 و مواد اولیه پلمیری جهت استفاده در شرکت های تولید مواد پلاستیکی می باشد در این شرکت قسمت های مختلفی وجود دارند که طبقه بندی شده اند

قیمت فایل فقط 17,600 تومان

خرید

عنوان پروژه : ابزار دقیق و کنترل الکترونیکی

مشخصات و محل کارآموزی :

شرکت الیاف سهامی عام، جاده قدیم کرج، سه راه شهریار، روبروی دپوی ارتش این شرکت در سال 1346 تأسیس گردیده و محصولات این شرکت نخ نایلون 6 و مواد اولیه پلمیری جهت استفاده در شرکت های تولید مواد پلاستیکی می باشد. در این شرکت قسمت های مختلفی وجود دارند که طبقه بندی شده اند که عبارتند از :

1 ) امور اداری؛ 2 ) قسمت تولید؛ 3 ) قسمت مهندسی؛ 4 ) ایمنی و آتش نشانی؛ 5 ) درمانگاه؛ 6 ) نیروگاه.

قسمت مهندسی شامل زیر شاخه های تعمیرات نیروگاه، تعمیرات تولید، تعمیرات ریسندگی، تعمیرات پلیمر، تراشکاری، قسمت برق فشار قوی، برق فشار ضعیف، ابزار دقیق و الکترونیک و قسمت های PM و ... می باشد.

اینجانب در قسمت ابزار دقیق مشغول به انجام دوذه کارآموزی شدن و کار این قسمت در زمینه سیستم های کنترل از جمله سیستم های کنترل دما، فشار، سطح، رطوبت، چگالی، Ph، دور موتورها و ... می باشد.

در این دوره سعی شد که با تمامی این موضوعات که جزء درس کنترل صنعتی می باشد، آشنا شده و به صورت عملی بر روی این سیستم ها کار شد.

گزارش ارائه شده در مورد سیستم های ابزار دقیق، پروتکلهای ارتباطی، سیستم های کنترل، سنسورها و موارد مرتبط به آنها می باشد، که طی 440 ساعت کارآموزی در این شرکت تهیه و ارائه شده است.

این دوره از تاریخ مهر 88  تا تاریخ بهمن 88  تهیه و تنظیم گردیده است.

میان سیستم مدیریت و سیستم کنترل کارخانه، معمول می گردد که سیستم خای کنترل قدیمی تر

(نیوماتیکی یا 4 – 20 mA) و حتی سیستم های DCS نسلهای قبل که برای انتقال اطلاعات آنها به سیستم های بالاتر که اکنون همگی بر مبنای تکنولوژی های Interanet/ Internet و WEB قرار گرفته اند، دیگر از حیث کارایی و قیمت، نیازهای مشتریان را برآورده نمی کنند و لازم است با توجه به تحولات ذکر شده، متحول گردند و شکل جدید پذیرند، شکلی که با نیازهای روز منطبق باشد.

در این پایان نامه سعی ما برای است که بر سیستم های اتوماسیون و ابزار دقیق که رکن اساسی صنعت امروز می باشد و تکنولوژی پیچیده امروز جز با وجود آنها میسر نمی گردد، مرور مختصری داشته باشیم.

بدنی منظور به توضیح جزء به جزء لایه های مختلف یک سیستم اتوماسیون می پردازیم.

مقدمه :

شاید منظور قرآن از آیات فوق این باشد که انسان یک پدیده مافوق است اما بالفعل یم پدیده مادی، پدیده مافوق بودن انسان او را از خاک به افلاک می رساند و در این مسیر تکامل است که رسالت انسان مشخص می گردد و با خودسازی جهت خویش را پیدا می کند.

لذا از آنجاییکه هدف از خلقت بشر تعالی او به سوی کمالات معنوی و رسیدن به ذات اقدس خداوندی است و این کمالات جز با فکر و اندیشه و پا گذاشتن در عرصه علم حاصل نمی گردد لذا برماست که فراگیری علوم را بر خود واجب شماریم و لحظه ای از تحصیل علم غافل نباشیم.

کاروان علم بشریت با سرعتی غیر قابل مهار به پیش می رود و دستاوردهای علمی و تکنولوژیک مبین این پیشرفت می باشد. ما نیز که جزیی از کل هستی هستیم باید سهمی هر چند کوچک در این راه ایفا کنیم و گامی در جهت خودکفایی کشور برداریم و در کنار فراگیری علوم تجربی، علوم معنوی خویش را توسعه دهیم و این دو بال را هماهنگ به پرواز درآوریم. در غیر اینصورت تصاد حاصل باعث بی هدف بودن فعالیتها و تلاشها می شود.

امروزه وقتی از سیستم کنترل گسترده سخن می گوییم معنایی بس وسیعتر از آنچه در دهه گذشته مدنظر بود، توصیف می شود. اگر نظری آینده نگرانه به آن داشته باشیم، سیستم ها را در گسترده ای می یابیم که از یکسو سنسورها و محرکها و از سوی دیگر سیستمهای فروش، مالی و مدیریتی را برمی گیرند. منطق و نیاز بسیار ساده ای چنین سیستمی را توصیه می کند : جریان وسیع و بدون مانع اطلاعات در سرتاسر یک مجتمع صنعتی یا کارخانه و یا حتی یک مجموعه گسترده از واحدها، با توجه به شرایط رقابت روزافزون حاکم بر بازار، عامل مهمی در موفقیت ارائه محصولات با کیفیت و بها مناسب می باشد.

از طرفی بهینه سازی و ارتقاء کیفیت تولید با تکیه بر روشهای پیشرفته کنترل، کاهش هزینه نگهداری در دراز مدت، امکان توسعه و گسترش ساده و سریه وجود فیدبک های مدیریتی قوی و دقیق در قالب گزارش های گوناگون و در زمان و بسیاری مزایای دیگر به وضوح نیاز به چنین سیستم های در قالب کنترل تولید، بالا می برد.

با روشن شدن اهمیت استفاده از سیستم های کنترل پیشرفته در تولید و مهمتر از آن ارتباط.

PART 1

PROTOCOLS

1 ) پروتکلها

برای انتقال اطلاعات در سیستم های کنترل از استانداردهای متفاوتی استفاده می شود که در این بخش به توضیح برخی از آنها می پردازیم.

این استانداردها عبارتند از :

  • RS – 232
  • RS – 422
  • RS – 485
  • 20Ma Current Loop
  • CAN
  • LAN

لازم بذکر است که هر یک از این استانداردها دارای خواص مخصوص به خود می باشند و بسته به نوع و کاربرد سیستم کنترل از استاندارد خاصی استفاده می شود.

بعنوان مثال می توان یک سیستم DCS را با هر یک از استانداردهای RS – 422 ، RS – 485، حلقه جریان 20 میلی آمپر، CAN و ... اجرا نمود.

* استاندارد RS – 232 :

امروزه یکی از پر استفاده ترین رابط های سریال در جهان می باشد و بیشتر کانکتورها 25 پین و به فرم حرف D هستند.

هر پین یا خط Data، برای منظور خاصی درنظر گرقفته شده است. در این استانارد ولتاژ بین، 3+ تا 12+ ولت 1 فرض می شود و ولتاژ 3- تا 15- ولت صفر در نظر گرفته می شود. بیشترین سرعت این استاندارد 115 bps و حداکثر فاصله ارتباطی 15 متر می باشد. در ابن نوع ارتباط حداکثر یک نقطه انشعاب (Drop) وجود دارد.

* استاندارد RS – 422 :

این استاندارد از RS – 232 سریعتر می باشد و می تواند تا 10 Mbaud سرعتش بالا برود و تا Drop 32 در شبکه می توان وجود داشته باشد. حداکثر فاصله ارتباطی در این نوع ارتباط 1200 متر می باشد.

استاندارد RS – 485 :

این استاندارد می تواند در فواصل حتی بیشتر از 1200 متر کار کند و تا 32 Drop داشته باشد. سیم کشی تحت این استاندارد باید بسیار دقیق باشد که چند نکته درباره آن عبارتند از :

*  تمام سیمها باید در یک فاصله مطمئن از سیمهای قدرت قرار گیرند.

* در صورت عبور از سیمهای قدرت باید زاویه عبوری 90 درجه باشد.

* تمام اتصالات به ابزارها (Devices) باید یکسان باشند.

بطور کلی استانداردهای انتقال اطلاعات به دو دسته متعادل و غیرمتعادل تبدیل می شوند. استاندارد RS – 232 غیرمتعائل و استانداردهای SR-422 & 485 از گروه متعائلا می باشند.

درایورهای غیرمتعادل :

در استاندارد غیرمتعادل تمام سیگنالها در اتصالات واسطه بصورت ولتاژهایی که با زمین مقایسه می شوند، ظاهر می شوند. بعنوان مثال اطلاعات ارسالی از یک ابزار DTE در پایه 2 ظاهر می شوند که در کانکتور 25 پین نسبت به پایه 7 که زمین است اندازه گیری می شوند.

در صورت رها بودن خط این ولتاز منفی خواهد بود و در صورت وصل بودن خط این ولتاژ بین 5- و 5+ و بین 15- و 15+ متغیر خواهد بود.

درایوهای متعادل :

در سیستم متعادل تفاضلی ولتاژ تولید شده در درایور توسط خطی متشکل از یک جفت سیم که تنها یک سیگنال را شامل می باشند، ایجاد می شود.

در شکل صفحه قبل چگونگی این انتقال نشان داده شده است. درایور متعادل خط ولتاژی بین 2 تا 6 ولت بین دو سیم انتقال خود ایجاد می کند.

یک درایور متعادل خط همچنین یک سیگنال ورودی دریافت می کند که به آن سیگنال Enable می گویند. هدف این سیگنال اتصال دادن درایور به ترمینالهای خروجی سیگنال اطلاعات می باشد. بدین صورت که اگر سیگنال Enable خاموش باشد به این مفهوم است که خطوط سیگنال قطع شده اند.

یک درایور RS – 485 همیشه به این سیگنال نیازی دارد ولی در درایور RS – 422همیشه به این سیگنال نیازی نیست.

گیرنده های متعادل :

گیرنده های خط تفاضلی متعادل، وضعیت ولتاژ خطوط انتقال را در دو پایه ورودی سیگنال خود حس می کنند و همچنین یک سیگنال زمین دارند که برای اتصال صحیح خط سیگنال لازم می باشد.

شکل بالا نمایی از یک دریافت کننده متعادل را نشان می دهد. در این شکل ولتاژهایی که برای یک گیرنده متعادل مهم است نیز نشان داده شده است.

اگر ولتاژ تفاضلی ورودی بزرگتر از 200+ میلی ولت باشد، گیرنده یک سطح منطقی را تشخیص خواهد داد و اگر کوچکتر از 200- میلی ولت باشد سطح منطقی مخالف آن را تشخیص خواهد داد.

استاندارد 20Ma Current Loop :

استاندارد حلقه جریان 20 میلی آمپر در صنعت کنترل دارای کاربرد زیادی می باشد. جریان در خط ارتباط سریال در مقدار 20mAثابت نگه داشته می شود. منطق 1و منطق 0 بوسیله بازکردن و بستن حلقه جریان معلوم می شود.

از آنجایی که جهت ارسال سیگنال منطق 1 فرستنده جریان 20mAرا بصورت ثابت نگه می دارد مقاومت خط و در نتیجه طول خط اثری بر سیگنال اطلاعات ندارد. حداکثر فاصله ارتباطی در این استاندارد 1000 متر می باشد.

CAN (Contoller Area Network) :

مزایای استفاده از CAN :

شبکه CAN را می توان بعنوان یک شبکه ارتباطی سریال مناسب بین سنسورها و Actuator و میکروکنترلرها و ادوات هوشمند بکار برد. شبکه CAN در ابتدا به منظور استفاده در خودروها طراحی و پیاده سازی شد.

زمینه کاربرد CAN از عرصه خودرو فراتر رفته در صنایعی چون اتوماسیون، مدیریت ساختمان و صنایع پزشکی نیز مطرح شده است. مزایای عمده ناشی از کاربرد این شبکه به قرار زیر است :

  • کاهش هزینه ها
  • توانایی کار در محیط های سخت کاری از نظر اغتشاشات الکتریکی
  • توانایی کار در سرعت های بالا و در نتیجه توانایی پاسخ به رویدادها به صورت بلادرنگ (Real time)
  • سهولت استفاده از CAN

معماری CAN :

همانطور که بحث شد شبکه صنعتی CAN یک شبکه ارتباطی سریال منطبق بر استاندارد ISO 11898 (استاندار باس های بلادرنگ) می باشد که برای تبادل اطلاعات بکار می رود. در این بخش به توضیح پیرامون ساختار CAN در مقایسه با مدل مرجع OSI خوایم پرداخت.

اولین نسخه CAN که در سال 1980 توسط شرکت Bosch طراحی و پیاده سازی شد شامل دو لایه پایین این مدل است :

در لایه فیزیکی مسایلی چون وسعت انتقال داده ها، سطوح ولتاژی سیگنالهای انتقال، محیط انتقال و غیره بررسی می شوند. لایه ارتباط داده به دو زیر لایه تقسیم می شود. زیر لایه انتقال که عملیاتی چون کنترل ارسال صحیح پیام ها، انجام داوری، آشکار سازی خط و ارسال پیغام خطا، تشخیص و حذف واحد های دچار خطا از شبکه در آن انجام می گیرد. زیر لایه دوم اطلاعاتی را که برای این گروه اهمیت دارد، به لایه بالاتر می فرستد.

پیاده سازی موفق CAN در خودرو طراحان شبکه های صنعتی را تشویق به استفاده از این شبکه در فرآیندهای صنعتی نمود. در فعالیت لازم است که ناظر (Supervisor) همواره بر عملکرد سیستم نظارت کافی داشته باشد. بعلاوه مهندسان هم باید بتوانند پارامترهای مختلف سیستم های فرآیند را براحتی تنظیم و هماهنگ کنند.

اما در اولین نسخه CAN هیچ قابلیتی برای پاسخگویی به این نیاز وجود نداشت. به بیان دیگر مهندسان و ناظران هیچ امکانی برای مشاهده و تنظیم عملکرد شبکه نداشتند. همین امر سبب گردید که در نسخه های صنعتی CAN لایه ای برای برقراری ارتباط بین ناظران و مهندس شبکه از یکسو و لایه فیزیکی از سوی دیگر در نظر گرفته شود که این لایه همان لایه کاربردی (Aplication layer) است. بنابراین نسخه صنعتی CAN سه لایه دارد.

لایه فیزیکی :

شکل زیر نحوه ارتباط گره ها در CAN را نشان می دهد :

ارتباط سیم ها با استفاده از زوج سیمهای بهم تابیده برقرار می شود و بمنظور جلوگیری از وقوع پدیده Reflection دو باس توسط مقاومت های 124 اهم بسته شده اند.

اگر اختلاف ولتاژ بین دو پایه L – CAN و H – CAN کمتر از 5/0 ولت باشد باس حاوی بیت صفر است. اما اگر ولتاژ پایه H – CAN حداقل 9/0 ولت از ولتاژ پایه L – CAN بزرگتر باشد باس حاوی بیت یک است. در هنگامی که یک گره در حال ارسال اطلاعات است واحد Transceiver سیگنالهای دریافتی از پایه TXD را به قالب L – CAN و H – CAN تبدیل کرده و روی باس می فرستد.

در مرحله دریافت هم سیگنال دریافتی از باس را بفرم استاندارد 0 – 5 ولت تبدیل کرده و به پایه RXD میکرو کنترلر می دهد. جدول زیر حداکثر طول ممکن برای باس را برحسب نرخ بیت ارتباطی آن مشخص می کند.

برای اتصال هر یک از گره ها به باس CAN استاندارد DS – 102 CIA برای کانکتورهای 9 پین بصورت زیر تعریف شده است.

LAN (Local Area Network) :

LAN  شبکه اطلاعاتی سرعت بالایی است که محدوده جغرافیایی نسبتاً کوچکی را پوشش میدهد. بطور نوعی LAN  ایستگاههای شبکه، کامپیوترهای شخصی، پرینترها، Server ها و ابزار دیگر را بهم متصل می کند.

استفاده کنندگان LAN از مزایای زیادی برخوردارند از قبیل :

  • دستیابی مشترک بر کاربردها و ابزارهای شبکه
  • تبادل مشترک بر کاربردها و ابزارهای شبکه
  • تبادل فایل بین استفاده کنندگانی که به شیکه وصل باشند
  • ارتباط بین استفاده کنندگان از طریق پست الکترونیکی و دیگر امکانات

ابزارهای LAN :

ابزارهای متداول که در شبکه LAN  مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

  • تکرارکننده ها
  • Hub  و گسترش دهنده های LAN

تکرارکننده ها ابزارهایی از لایه فیزیکی هستند که بخش های Media ی یک شبکه گسترده را بهم مرتبط می کنند.

تکرارکننده در حقیقت باعث می شود مجموعه ای از سیمها تبدیل به یک رشته سیم اطلاعاتی شوند. تکرار کننده سیگنال اطلاعات را از شبکه دریافت کرده و آنرا تقویت کرده و بازسازی زمانی انجام می دهد و دوباره آن سیگنالها را به یک شبکه دیگر می فرستد.

این کارها از خرابی سیگنال ها بدلیل بلندتر شدن طول سیم ها و زیادی ابزارهای متصل جلوگیری می کنند. تکرارکننده ها از اجرای فیلتر کردن های پیچیده و بقیه مشکلات پردازشی ناتوان هستند.

بهمین سبب تمام سیگنال های الکتریکی خروجی آنها شامل اختلالات الکتریکی و خطاهای دیگر تکرار شده و تقویت شده هستند.

مجموع تعداد تکرارکننده ها و تقسیم کننده های شبکه ای که می توانند متصل شوند به زمان بندی و موضوعات دیگر محدود شده اند.

شکل زیر یک اتصال وصل شده به دو تقسیم شبکه ای را نشان می دهد.

یک Hup یک وسیله لایه فیزیکی است که چندین ایستگاه استفاده کننده را (از طریق سیم مربوطه) بهم وصل می کند. اتصالهای داخلی الکتریکی داخل ابزارهای Hup ثابت هستند. Hup ها زمان تعمیرات یک باس منطقی یا برنامه ریزی حلقه ای یک LAN برای ایجاد یک شبکه ستاره ای استفاده می شوند. در بعضی مواقع یک Hup بعنوان یک تکرار کننده چند مسیره عمل می کند.

یک توسعه دهنده LAN یک سوییچ چند لایه ای قابل دسترسی از راه دور است که به یک دسته Hup وصل می شود. توسعه دهنده های LAN در مقابل ترافیک لایه های شبکه ای استاندارد پروتکلها (مثل Apple talk , ip - ipx) و فیلترهای ترافیک که اساس آنها آدرس mac یا از نوع پروتکل لایه های شبکه است به مقابله می ایستند ولی به هر حال قابلیت تقسیم کردن میزان ترافیک یا ایجاد سد امنیتی را ندارند.

شکل زیر چند گسترش دهنده LAN را که از طریق WAN به یک HOST متصل شده اند، نشان می دهد.

روش انتقال اطلاعات در LAN :

انتقال اطلاعات در LAN به سه کلاس مجزا طبقه بندی می شود :

  • UNICAST
  • MULTICADT
  • BROADCAST

در هر نوع از انتقال یک بسته اطلاعاتی به یک یا تعداد بیشتری نقطه منتقل می شود.

UNICAST :

در انتقال UNICAST در شبکه یک بسته اطلاعاتی از منبع به مقصد فرستاده می شود. ابتدا نقطه مبدأ بسته اطلاعاتی را با آدرس نقطه مقصد آدرس دهی می کند سپس بسته به شبکه فرستاده می شود و سپس شبکه آن را به مقصد می دهد.

MULTICAST  :

در انتقال MULTICAST یک بسته اطلاعاتی از منبع به شبکه فرستاده می شود. ابتدا نقطه مبدا بسته اطلاعاتی را با استفاده از سیستم آدرس دهی سیستم MULTICAST آدرس دهی می کند و سپس آنرا به شبکه می فرستد. شبکه اطلاعات را دریافت کرده و چند نسخه از کپی آنرا به مقاصد موجود در شبکه ارسال می کند.

BSROADCAST :

در انتقال BSROADCAST یک بسته اطلاعاتی از منبع به شبکه فرستاده می شود. ابتدا مبدأ بسته اطلاعاتی را با استفاده از سیستم آدرس دهی مخصوص سیستم BSROADCAST آدرس دهی می کند و سپس آنرا به شبکه می فرستد. شبکه اطلاعات دریافتی را گرفته و چند نسخه از کپی آن را به مقصدهای موجود در شبکه ارسال می کند.

پروتکل LAN و مدل مبنای OSI :

LAN در دو لایه پایینی مدل OSI توابع خود را اجرا می کند. شکل و مدل زیر این موضوع را به روشنی بیان می کنند.

PART2

Control Systems

3 ) سیستمهای کنترل :

بطور کلی تقسیم بندی سیستمهای کنترل بصورت زیر می باشد :

  • (Direct Digital Control)DDC
  • (Distributed Control Systems)DCS
  • (Programmable Lofic Controllers)PLC
  • (Fieldus Control Systems)FCS

در این میان DDC که بصورت کنترل مستقیم هر ورودی یا خروجی از طریق کامپیوتر بود، بطور کلی منسوخ شده است. PLC ها نیز در بخش های بعدی توضیح داده خواهند شد. بنابراین در این بخش فق به توضیح FCS , DCS می پردازیم.

1 . 3 ) سیستم کنترل DCS

مقدمه :

تاریخچه کنترل کامپیوتری گسترده به اواخر سال 1950 میلادی برمی گردد، هنگامیکه شرکت TEXA Co America Oil آنرا در کنترل پروسه های شیمیایی خود بکار گرفت و بدین طریق اول کنترل نا متمرکز را رقم زد. در این روش ابتدایی از یک ماشین IBM1700 بعنوان سوپروایزر استفاده می شد که یک سری ماشینهای کوچکتر را در زمینه اندازه گیری داده هایی که به وسیله سنسورها دریافت می گردید، کنترل و هدایت می کرد.

در آن زمان داده های دریافت شده بصورت آنالوگ بوده و فقط برای انجام یک سری از محاسبات بکار برده می شدند. در نسل های بعدی DCS طبیعت کنترلی غیرمتمرکز آن بیشتر نمود پیدا کرد، اما بدلیل قیمت بالای کامپیوتر و بازدهی کم آن، پیشرفت نسبی در این زمینه حاصل نگردید.

تا آنکه در سال های اخیر بدلیل پیشرفت فوق العاده CPU ها و کاهش قیمت آنها، روش کنترلی فوق از معتبرترین روش های کنترلی مدرن بحساب آمد و از آنجایی که سیستم مزبور از لحاظ گستردگی وسیع دارای استانداردهای خاص خود می باشد و همچنین با سیستم مدیریت اطلاعاتی ادغام گردیده، استفاده از آن در سیستمهای بزرگ، امنیت در تولید، تولید انبوه، سوددهی بیشتر و کاهش قیمت ضایعات ساخت را به همراه مدیریتی کارآمد تضمین می کند.

تعریف DCS :

همانطور که از اسم آن مشخص است، یک سیستم کنترل توزیع شده سیستمی است که عملکرد آن بجای اینکه در یک نقطه متمرکز باشد، پراکنده است.

یک سیستم کنترل توزیع شده از تعدادی ماجولهای میکروپروسسوری تشکیل شده که با همکاری یکدیگر عملکرد یک سیستم را کنترل و مانیتور می کند. کامپیوترها با توجه به جغرافیای محل پخش می شوند، بنابراین این مسئله باعث کاهش هزینه نصب و سیم کشی می گردد.

DCS یک شبکه کامپیوتری است اما با شبکه های خانگی و یا اداری موجود تفاوت دارد، چرا که در DCS مسئله پردازش Real Time مطرح می باشد. مخالف آنچه در پردازشهای دسته ای در کامپیوترهای اداری یا خانگی دیده می شود.

تفاوت این دو روش پردازش در نحوه اجرای برنامه های آنها است. در کامپیوترهای معمول نحوه پردازش بدینگونه می باشد که در یک زمان تنها یک برنامه منفرد اجرا می گردد، بطوریکه این برنامه با یک سری داده های ثابت و مشخص شروع به محاسبات پیچیده نموده و در نهایت به نتایج مطلوب ختم می گردد و هنگامی که پردازش تمام شد برنامه متوقف شده تا برای اجرای مجدد با یک سری داده جدید فرمان بگیرد. در روش پردازش Real Time  نیز پردازش با یک سری داده ثابت شروع می شود با این تفاوت که اجرای همان برنامه بطور مداوم تکرار شده و داده ها را با توجه به داده های مرحله قبل تازه می گرداند.

بعنوان مثالی از یک عملکرد Real Time می توان از همان کنترل اتوماتیک سرعت ماشین نام برد. کنترل با داده ثابت سرعت شروع و در هر مرحله سرعت ماشین نمونه برداری می شود و با توجه به اختلاف آن با سرعت مطلوب، سیگنال های کنترلی مبنی بر باز و بسته شدن دریچه بنزین اعمال می گردد.

یک کنترلر DCS نیز بدین طریق عمل می کند، یعنی بطور مداوم از صدها یا هزاران سیستم تحت کنترل نمونه برداری کرده و محاسباتی را بر مبنای یک سرح مشخص برای سیستم های مربوطه تکرار می کند. داده هایی که از محیط دریافت می شود را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد :

الف ) داده های آنالوگ : که بطور پیوسته تغییر می کنند. این داده ها از طریق حلقه های کنترلی نرم افزاری که برحسب نیاز ممکن است شامل کنترلرهای نسبی، Lead Lag یا PID باشد آنالیز شده و سیگنال های خروجی مناسب صادر می شود.

ب ) داده های گسسته : که کارکردن یا آنها ساده بوده و با توجه به سیگنالهای دریافتی و روابط منطقی عاملی را قطع یا وصل می کند. برای دریافت داده ها از محیط DCS نیز مانند تمام کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی به یک سری آلمانهایی مانند دماسنج، فشارسنج، آمپرمتر و غیره احتیاج دارد.

مقادیر آلمانها به سیگنالهای الکتریکی تبدیل شده و DCS آنها را خوانده و به دیجیتال تبدیل می کند. داده های بدست آمده در موارد زیر استفاده می شوند.

  • حلقه های کنترلی (فیدبکها) جهت کنترل آنالوگ؛
  • اجرای برنامه های منطقی جهت صدور دستورالعملهای قطع و وصل؛
  • نمایش مقادیر روی صفحه مانیتور؛
  • تهیه گزارش از وضعیت سیستم؛
  • اعلام خطر در وضعیت نامناسب سیستم تحت کنترل و عملیاتهای دیگری که متناظر با نوع سیستم قابل تعریف است.

مزایای DCS نسبت به سیستمهای قدیمی :

* پروژه های بزرگ را می توان به پرسوه های کوچکتر تقسیم کرد و کنترل هر قسمت آنرا به یک ماجول DCS سپرد.

* روش کنترل مرکزی تمام پروسه به وسیله یک کامپیوتر مرکزی انجام می شود، مستلزم داشتن کامپیوتری بزرگ و تجهیزات پیشرفته می باشد که قیمت این سیستمها بسیار زیاد است. اما در کنترل DCS سخت افزار ماجولها از همان میکروپروسسور معمولی تشکیل شده است.

* نرم افزارهای DCS بخاطر استفاده از میکروپروسسورها و تقسیم بندی کنترل، از نرم افزارهای یک کامپیوتر بزرگ در کنترل بسیار ارزانتر تمام می شوند.

* برخلاف سیستم متمرکز در DCS به علت تقسیم بندی کنترل اگر یکی از ماجولها خراب شود کنترل بر روی قسمتهای دیگر به قوت خود باقی می ماند. (Fault Isolation)

* سیستمهای DCS دارای قابلیت گسترش هستند. در سیستم کنترل مرکزی گسترش سیستم مستلزم تعویض پردازنده مرکزی و خرید یک سیستم پیشرفته تر است اما در DCS می توان با اضافه کردن ماحول های کنترلی بیشتر، کنترل را گسترش داد.

* برنامه نویسی DCS در محیط های سطح بالا انجام می شود. این برخلاف کنترلرهای PLC می باشد که نوشتن برنامه آنها نیازمند آشنایی با سیستمهای میکروپروسسوری می باشد.

همانطور که پیشتر آمد، DCS می تواند از ماجولهای کنترلی بسیاری تشکیل شده باشد که می توانند بطور مستقل و همزمان عمل کنند. بعلاوه دارای قابلیت ارتباط سریع بیین ماجول های خویش است که از طریق خطوط ارتباطی با نام بزرگراههای داده های Real Time امکان پذیر می گردد. (ماجولهای ارتباطی در بخش بعد توضیح داده می شوند.)

سخت افزار DCS :

سخت افزار هر سیستم DCS را می توان به اجزاء کلی ذیل تقسیم نمود :

الف ) واحد کنترلر و پردازنده

ب ) مدارات واسط ورودی/ خروجی

ج ) مجاری و مدارات واسط ارتباطی

د ) REDUNDANCY

ه ) DIAGNOSTICS

الف ) واحد کنترلر و پردازنده

این بخش بمنظور پیاده سازی الگوریتمهای کنترلی روی ورودیها و خروجی های مناسب جهت راهبری فرآیند مربوطه بکار گرفته می شود. با توجه به نیاز به اجرای الگوریتمهای پیچیده و مفصل در یک واحد زمانی کوچک، ضرورت استفاده از یک پردارنده پرقدرت در این بخش کاملاً محسوس می باشد.

پیاده سازی این الگوریتمها نیاز به تجهیزات شبیه سازی و تست خاص، تسلط کافی به زبان ماشین و یا زبانهای کاربردی پردازنده مورد استفاده دارد که همه این موارد، استفاده از واحدهای مبتنی بر پردازنده های سری اینتل و کارتهای مبتنی بر ساختار PC جهت پیاده سازی آن را بیش از پیش توجیه پذیر می سازد.

ب ) مدارات واسط ورودی/ خروجی :

این واحدها وظیفه دریافت اطلاعات از ترانسدیوسرها و سسنورها و یا اعمال نتایج حاصل از منطق کنترلی به اجزا دیگر سیستم کنترل از قبیل actuator ها شیرها و ... را دارا می باشند. در یک سیستم کنترل گسترده این واحدها باید حداقل دارای امکانات زیر باشند :

1 ) ایزولاسیون کامل

2 ) حداقل نیاز به تنظیم

3 ) امکان عیب یابی داخلی و اطمینان از صحت عملکرد توسط خود واحد

4 ) امکان برقراری ارتباط با پردازنده اصلی

5 ) امکان پیاده سازی برخی پیش پردازشها

6 ) امکان جایگزینی و عیب یابی بصورت ONLNE

7 ) امکان عملکرد بصورت REDUDANT

8 ) امکان عملکرد FAULT TOLERANT

9 ) سرعت نمونه برداری قابل قبول

10 ) تفکیک پذیری قابل قبول در مبدلهای آنالوگ به دیجتال

با توجه به این نیازها، استفاده از مدارات میتنی بر پردازنده در اینگونه واحدها نیز اجتناب ناپذیر می باشد. لکن بدلیل محدود بودن حوزه عملکرد هر واحد امکان بکارگیری پردازنده های با قدرت کمتر و یا خاص در آنها مهیا می باشد. یکی ازز مسائل عمده در این واحدها پیاده سازی ایزولاسیون کامل می باشد. در انواع دیجیتال این ایزولاسیون با استفاده از یکی از ساده ترین روش ها یعنی OPTO ISOLATION امکان پذیر می باشد ولی در انواع آنالوگ با توجه به تنوع این انواع و دقت مورد انتظار از اینگونه سیستمها و همچنین قابلیت خود تنظیمی این اجزاء بحث کمی پیچیده تر و مشکلتر می گردد.

ج ) مجاری و مدارات واسط ارتباطی :

یکی از مهمترین و در عین حال پیچیده ترین بخشهای سیستم DCS مجاری و مدارات واسط ارتباطی و یا در یک کلام شبکه های ارتباطی آنها می باشند. این شبکه ها به بخشهای مختلف تقسیم می گردند. از جمله این بخشها می توان موارد ذیل را نام برد :

1 ) شبکه ارتباطی بین کارتهای ورودی/ خروجی و واحدهای پردازنده و کنترلر

2 ) شبکه ارتباطی بین واحدهای پردازنده و کنترلرهای مختلف

3 ) شبکه ارتباطی بین تجهیزات MMI و کنترلرها

4 ) شبکه ارتباطی بین سیستم DCS و اجزاء ساخت سایر کارخانجات

د ) REDUNDANCY :

یکی از مباحث مهم در سیستمهای کنترل، امنیت عملیاتی و در دسترس بودن سیستم در طول زمان می باشد. به این منظور از سیستمهای REDUNDANT استفاده می گردد. این REDUNDANCY  در کلیه سطوح سخت افزار سیستم از قبیل واحدهای I/O، شبکه های ارتباطی، منابع تغذیه و ... بسته به ماهیت فرآیند و درجه امنیت آن پیاده سازی می گردد.

پیاده سازی عملی واحدهای REDUNDANCY   یکی دیگر از مشکلات اساسی سیستمهای گسترده می باشد چرا که با توجه به REAL TIME بودن بخشها، اجزاء باید به گونه ای عمل کنند تا حین تعویض اتوماتیک و یا غیر اتوماتیک هیچگونه شوک به سیستم وارد نشود و این تعویض بصورت HOT در سرویس باشند و در لحظه  کلیه اطلاعات و عملکرد جزء دیگر را در اختیار داشته باشند. همانطور که مشاهده می گردد این امر نیازمند به یک ارتباطی اطلاعاتی کامل بین این اجزا می باشد ضمن اینکه شرایط مختلف تعویض حالت نیز باید برای سیستم به صورت دقیق تعریف گردد.

ه ) DIAGNOSTICS :

یکی دیگر از مواردیکه در ساخت و پیاده سازی یک سیستم DCS باید مورد نظر قرار بگیرد، مسئله عیب یابی اتوماتیک و SELF DIAGNOSTICS در اینگونه سیستمها می باشد. این عیب یابی باید شامل کلیه بخشهای سخت افزار از قبیل واحدهای کنترلر؛ کارتهای I/O، شبکه های ارتباطی، تجهیزات MMIو ... باشد که به این منظور با استفاده از الگوریتم های خاص و بکارگیری تمهیدات مختلف در طراحی سخت افزار سیستم می توان به این مهم دسترسی پیدا کرد. معمولاً محدوده Diagnostic هر بخش باید حداقل شامل تشخیص خطا و اعلام خطا به اپراتور و یا مهندسی سیستم جهت رفع آن باشد.

پایانه های کاربر

* پایانه های اپراتوری :

این قسمت در واقع رابط بین اپراتور و DCS است. داده های روی صفحه نمایش مرور می شوند و اپراتور با توجه به این اطلاعات دستورالعملهای لازمه را به سیستم اعلام می کند.

اطلاعات از طریق ماوس، صفحه کلید، تراک بال، مانیتورهای لمسی و صفحه کلید اپراتوری که در سیستمهای معمولی دیده نمی شود، صفحه کلیدی است که بوسیله فشار هر دکمه خاص آن که مربوط به یک عمل خاص سیستم کنترل است، ماکرو تعریف شده خاصی را در کامپیوتر شده خاصی را در کامپیوتر فعال می کند و بدین ترتیب عمل مربوطه انجام می پذیرد.

هر کلید آن برای کار خاصی بوده و عملکرد آن مشابه کلیدهای Hot key در صفحه کلیدهای معمولی است.

* پایانه مهندسی :

از نظر ظاهر مانند پایانه های اپراتوری می باشند و فقط از نظر نرم افزاری تفاوت دارند. ولی در صورت لزوم می توانند بجای آن هم استفاده شوند. اما معمولاً برای مقاصد زیر توسط مهندسین بکار می روند :

الف ) تنظیمات مربوط به کنسولها و اطلاعات پایه

ب ) تغییر دادن اطلاعات اصلی و اولیه

ج ) نصب نرم افزارهای کاربردی سیستم کنترل گسسته

معمولاً پایانه های مهندسی برخلاف پایانه های اپراتوری بصورت off line بکار می روند.

نرم افزارها و استانداردها :

طی دو دهه اخیر فعالیت های اساسی پیرامونن استاندارد کردن پروتکل های ارتباطی در سطح جهانی شروع شده است که مؤسسه استاندارد بین المللی ISO با طرح مدل ISO در سال 1978 آغازگر این حرکت بود.

در زیر یک مدل ISO برای فیلدباس آمده است.

امروزه پروتکلهای ارتباطی استاندارد نظیر MAP ver 3.0 تحت ISA SP72 در دسترس طراحان قرار دارد.

در حالت کلی نرم افزارهایی که باید روی DCS نصب شوند را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد :

  • ·  نرم افزار اجرایی : همان سیستم عامل می باشد و وظایف اجرای برنامه ها، زمان بندی، مدیریت حافظه، ضبط اطلاعات و نظارت بر I/O را برعهده دارد.
  • نرم افزارهای کاربردی : توسط این نرم افزارها نحوه کنترل برنامه ریزی می شود و وظیفه محاسبه، دریافت و ارسال اطلاعات آنالوگ و دیجیتال و تجزیه و تحلیل داده ها برعهده این برنامه ها است.
  • · نرم افزارهای ارتباطی : ارتباط بین کل پروسه و سخت افزارها را برقرار می کند.

اتصال DCS به سیستمهای دیگر :

در خیلی از کاربردها باید DCS با کامپیوترها و سیستمهای میکروپروسسوری از انواع دیگر ارتباطی برقرار کند. مانند :

  • هنگام اتصال و تبادل اطلاعات با کامپیوترهای سیستم اطلاعات مدیریت
  • اتصال و تبادل اطلاعات با کامپیوترهای مدل کننده
  • هنگام اتصال با PLC ها

در حالت کلی ارتباط با کامپیوترهایی که دارای سیستم عاملی از نوع دیگر هستند.

بنابراین لازم است که اطلاعات ارسالی ابتدا ترجمه شوند. بدین منظور از سخت افزاری بنام Translator Box یا Host Gate Way استفاده می شود. این سخت افزار بمنظور ترجمه باید برنامه نویسی گردد. بنابراین این سخت افزارها با توجه به نوع ترجمه دارای درایورهای مختلفی هستند که بین خود و DCS رابطه ای از نوع Master/ Slave برقرار می کنند. مثلاً هنگام اتصال DCS با PLC، DCS بعنوان Master از طریق سخت افزار توسط درایو خاصی با PLC تبادل اطلاعات می کند.

مسئله فوق از لحاظ هماهنگی (Compatibility) هنگام ارتقاء نوع کنترل یک پروسه بزرگ به DCS بسیار مهم می باشد.

2 . 3 ) سیستم کنترل FCS

تاریخچه :

در سال 1985 انجمن ابزار دقیق امریکا که بعدها کمیسیون بین المللی الکتروشیمی نیز به آن پیوست، شروع به بنیان گذاری یک استاندارد برای ارتباطات دیجیتال دو طرفه و Multi Drop بین ابزارهای دقیق و سیستمهای کنترل برای مقاصد کنترل پروسس نمود که تا امروز، تنها یکی از هشت قسمت طراحی شده از این استاندارد تحت عنوان IEC 1158 – Part2 کامل شده است که عبارت است از :

«استاندارد لایه فیزیمی فیلد باس» که از سال 1993 در دسترس می باشد. تولیدکنندگان و مصرف کنندگان نهائی در صنعت کنترل شاهد تاثیر گذاری گسترده انقلاب مخابرات دیجیتال بر زندگی تمام افراد هستند و البته فرصتها، فواید و صرفه جویی هایی را که در صورت تطبیق این تکنولوژی در مخاسبات پروسس و مقاصد کنترلی پیش می آید را درک می کنند و علیرغم اینکه IEC مدت زیادی بطول خواهد انجامید، گروههای تولیدی زیادی شروع به پیش قدمی در شروع استفاده از المانهای آماده IEC، با فرض اینکه بخشهای ناقص در آینده نزدیک مطمئناً آماده خواهد شد، کرده اند.

امروزه ابزار دقیق فیلدباس نظیر ترانسمیترهای فشار، جریان، سطح و حرارت توسط تعداد کثیری از سازندگان تولید می گردد. همچنین با ابزار واسطه مبدل فیلدباس به فشار (3 to Psi) و یا به جریان (4 to 20 mA) امکان مدرنیزه نمودن با تکنولوژی فیلدباس و حفظ قطعات سنتی (در عین حال گران قیمت) مجموعه های صنعتی در آن واحد میسر می باشد. همچنین مبدل های تبدیل جریان به فیلدباس امکان استفاده از ابزار دقیق سنتی را ممکن می سازد.

با توجه به امکان تعویض تدریجی ابزار دقیق و قطعات ایستگاه از این ابزار واسطه صرفه جویی های قابل توجهی در مدرنیزه نمودن مجموعه حاصل می گردد.

تعریف Fiwldbus :

فیلدباس نام عمومی پروتکل هایی است که براساس استاندارد IEC 1158 پایه ریزی شده اند و نیاز صنعت کنترل را برداشتن استانداردهای سیم کشی، امنیت ذاتی (Intrinsic Safety) سیگنالهای دو سیم و قدرت رسانی به وسائلی که حداقل 1500 متر دورتر هستند را بوسیله عملیات Multi Drop، تا تاخیر زمانی قابل قبول و انتقال داده مطمئن برآورده می سازند. اهم مشخصات فیلدباس عبارتند از :

* هم عملیاتی (Interoperability) : قابلیت کار با تجهیزات کارخانه های مختلف به دلیل داشتن استانداردهای ارتباطی باز یکسان؛

* فانکشهای کنترل (آلارم و محاسبات)، بصورت توزیع شده به هرDivice در Field؛

* جایگزینی سیگنالهای  4 – 20 mAبا سیگنال دیجیتال و در عین حال از دست ندادن ویژگیهای دلخواهی مثل اتصال فیزیکی به سیم؛

* قابلیت اتصال Divice ها بهBus وIntrisitic safty داشتن در نواحیhazardous؛

تحولات ایجاد شده بوسیله  Fieldbus:

امروزه سیستم فیلدباس در حال ایجاد انقلاب در صنایع می باشد و در ضمن این سیستم به عنوان نسخه بعدی و پیشرفته تری DCS از شناخته می شود. البته این سیستم فرق های اساسی زیر را با DCS دارد :

  • DCS یک سیستم نیمه توزیع یافته است در حالیکه Fieldbusکاملاً توزیع یافته است.
  • DCS یک سیستم نیمه دیجیتال است در حالیکه Fieldbusکاملاً دیجیتال است.
  • Fieldbusیک معماری کامل برای کنترل پروسس بوده و نسبت DCS به از پیچیدگی کمتری برخوردار است.
  • Fieldbus به کارتهای D/A و Interface احتیاجی ندارد زیرا ارتباطات اساساً دیجیتال است.
  • Fieldbusبه کارت های کنترلر (CPU) احتیاجی ندارد زیرا کنترل ها در Field Deviceها انجام می گیرند.
  • Fieldbus به Data Highway احتیاجی ندارد.

بنابراین با وجود فیلدباس اکثر Devvice  های Field می توانند بیشتر کنترل روی Time - Criticalفانکشن های مربوط به خود را خودشان انجام دهند و لذا احتیاجی نیست که dataابتدا به اتاق کنترل برود.

ضمناً Manipulation و Signal Conditioning & Processingکه بنوبه خود وقت گیر هستند حذف می شوند. فایده Fieldbus در این زمینه کاهش تجهیزات اتاق کنترل مثل Rackهای ورودی و خروجی و نیز کارتهای Conditioning می باشد لازم بذکر است که هایبرید Fieldbus - DCSگران بهاتر از یک سیستم فیلدباس Stand –  aloneمی باشد.

مزایایFCS :

یک سیستم  FCSقیمت اولیه کمتری نسبت به DCS مشابه دارد.

حذف سیمکشی ها و cable trayهای کمکی، Ceviceهای موجود در  Fieldو تجهیزات اتاق کنترل که بطور معمول در DCS کاربرد داشته در این کاهش قیمت مؤإثرند. به علاوه افزایش Flowی اطلاعات مثل اطلاعات مربوط بهDiagnostic، و دقت بالاتر به مدد ارتباطات دیجیتال را نیز به همراه خواهد داشت.

قیمت فایل فقط 17,600 تومان

خرید

برچسب ها : مزایای FCS , ابزار دقیق و کنترل سیستمهای الکترونیک و سنسورها , تحولات ایجاد شده بوسیله Fieldbus

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر