معرفی معماری سامانه‌های کنترل DCS مطرح دنیا

7- سامانه­ مهندسی ES680

سامانه­ مهندسی ES680، سامانه­ طراحی و پیکربندی مرکزی TXP می‌باشد. به عبارت دیگر سامانه­ مهندسی ES680 یک سامانه­ کامل برای پیکربندی زیرسامانه‌‌های اصلی می‌باشد. این سامانه برای پیکربندی سامانه­ اتوماسیون AS620، سامانه­ اطلاعات و کنترل فرآیند OM650، شبکه­ SINEC H1 FO و هر سخت­ افزار دیگر در سامانه­ کنترل TXP استفاده می‌شود.

سامانه­ مهندسی ES680 به صورت مرکزی اداره­ همه­ اطلاعات پیکربندی مانند طراحی صفحات HMI، برنامه­ نویسی منطق DCS، ایجاد محدودیت‌ها، اعمال مقادیر مطلوب [1] و غیره را برعهده دارد. اجرای این سامانه­ مهندسی که در محیط سامانه­ عامل Unix می‌باشد، شامل یک سامانه­ گرافیکی، برنامه‌های استاندارد و اطلاعات کلی است. به طور خلاصه از این سامانه­ مهندسی جهت پشتیبانی از کلیه­ کارهای مهندسی زیر استفاده شده است :

1- Clarification Task

2- Device Layout

3- Device Planning

4- Function Engineering of the Automation

5- Process Control and Process Information Engineering

6- Commissioning

7- Plant service

در سامانه­ نیروگاهی نیز این قابلیت‌ها به صورت کامل جهت ابزارهای مورد استفاده در طراحی‌های پایه‌ای و راه‌اندازی سامانه­ I&C استفاده می­ شود. به طور خلاصه قابلیت‌های سامانه مهندسی ES680 به شرح زیر می‌باشد :

• طراحی و پیاده‌سازی برنامه­ منطق برای کارت‌های FUM و AP
• رسم توپولوژی، کابینت‌ها، رک‌های کابینت و ارتباط آنها با هم
• رسم نمودار گرافیکی و اتصال به آنها
• قابلیت دینامیک شدن سیگنال‌ها و دیدن مقادیر ورودی و خروجی به صورت آنلاین
• قابلیت دنبال کردن سیگنال‌ها
• قابلیت پرونده ­سازی از کلیه­ طرح‌های منطقی و گرافیکی سامانه مهندسی ES680
• پیکربندی توابع یا نقش‌ها در سامانه‌‌های اتوماسیون AS620 و توابع پردازشی در OM مبتنی بر نمودار‌های جریان سامانه­ کنترل و دستورالعمل‌های VGB
• به کارگیری فناوری TEC4TXP در فراهم کردن امکان بصری ­سازی عملیات اتوماسیون به کاربر

وظایف اصلی سامانه مهندسی ES680 عبارتند از:

   1 – در فاز مهندسی [2]: اجرای کارهای مهندسی و طراحی توابع [3]

   2 – در فاز راه ­اندازی [4]: در این فاز کل کار راه ­اندازی سامانه و آماده سازی پروژه انجام می‌شود

   3 – در فاز بعد از راه ­اندازی: جهت تهیه­ مدارک جدید از سامانه TXP در خصوص سخت‌افزار و نرم ­افزار.

در این مرحله از پروژه بیشتر تهیه­ مستندات و مدارک لازم کاربردی از سامانه TXP در بخش‌های مختلف سخت‌افزاری و نرم‌افزاری سامانه جهت ارایه به کارفرما و اسناد مکتوب پروژه در دست اقدام مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1-7- ابزارهای کاربردی سامانه مهندسی­ ES680

        الف-       FUP Editor

محیط طراحی و پیاده‌سازی منطق برنامه­ کنترل، ابزاری به نام FUP Editor می‌باشد. که وظیفه آن ایجاد، اصلاح و مستندسازی بخش‌های زیر را بر عهده دارد:

• ساختار هرمی ES680 برای Hardware Arrangement Diagram

YDH –> Topology

YDM –> AS620 Cabinet

YDR –> AS620 Sub

• ساختار هرمی ES680 جهت Software Logic Diagram

YFH –> OVER VIEW (DOCUMENTATION)

YFM –> AREA (DOCUMENTATION)

YFR –> Individual (Logic Diagram)

سامانه مهندسی ES680

         ب-       MMI Editor

این ویرایشگر برای ایجاد صفحات OM بکار می‌رود. صفحات مذکور برای نمایش در OTها به کار می‌روند. با استفاده از این صفحات که به صورت گرافیکی هستند، اپراتور می‌تواند وضعیت موجود در نیروگاه را به صورت بصری مشاهده کند و در صورت وقوع خطا یا اشکال، محل و نوع آن را تشخیص داده و نسبت به رفع آن اقدام کند. نام صفحات OM با YO شروع می‌شوند و شامل YOV و YOA هستند.

صفحات YOA تصویر مربوط به کل نیروگاه بوده و در آن سلسله مراتب نمایش داده می‌شود. در این سلسله مراتب، FCها در بالاترین قسمت قرار دارند. در صفحات OM ،FGCها لحاظ نمی‌شوند و فقط FCها مورد توجه قرار می­ گیرند. در YOV تصاویر مربوط به فرآیند نمایش داده می‌شود. اغلب این صفحات شبیه به دیاگرام­ های P&ID می‌باشند. البته انواعی از این صفحات موجود می‌باشند که در آنها منحنی ­های مربوط به اجزای مختلف فرآیند، ترسیم می‌شوند.

برای ترسیم اشکال مورد نیاز در این صفحات، از فایل­ های کتابخانه‌ای موجود می‌توان استفاده کرد. تعداد این فایل‌ها زیاد بوده و هر یک از آنها شامل مجموعه­ ای از اشکال هستند که اغلب در طراحی صفحات OM بکار می‌روند. اطلاعات مربوط به صفحات OM در پایگاه داده ­ای که DYNAVIS نام دارد، ذخیره می‌شود. 

8- سامانه­ تشخیص DS670

سامانه­ تشخیص DS670 ابزاری است که امکان سنجش و تحلیل وضعیت یک سامانه­ اتوماسیون چند بخشی را برای سامانه­ کنترل و ابزاردقیق I&C فراهم می‌کند. به عبارت دیگر سامانه­ تشخیص DS670 ابزاری است که برای نظارت و تشخیص سوء عمل‌ها [5] در مؤلفه‌های کنترل و ابزاردقیق (I&C) به کار گرفته می‌شود. در صورت وقوع یک نقص یا سوء عمل، سامانه­ تشخیص به سرعت کاربر را از منبع خطا آگاه و در مورد علت وقوع و حذف احتمالی آن نقص راهنمایی می‌کند. این عمل با تهیه­ اطلاعات و عملیات تشخیص انجام می‌شود. واحد تشخیص، آلارم‌ها و نقایص I&C و همچنین اطلاعات مربوط به قسمت‌های معیوب را نشان می‌دهد. در این میان ساختار شبکه‌ای گذرگاه SINEC H1 امکان ارتباط اختصاصی بین زیرسامانه‌های کنترل فرآیند را فراهم می‌کند. سامانه­ گذرگاه، سازگار با استانداردهای بین‌المللی بوده و در نتیجه پیش‌نیاز‌های ارتباطات باز را ارایه می‌دهد.

ویرایش یک صفحه از پایش

گزینه­ web4txp این سامانه قابلیت‌های فناوری وب را برای TXP به کار می­اندازد. این امکان مدل دسترسی به کاربردهای TXP ازطریق اینترنت / اترنت است. به طوری که بصری‌سازی کاربردهای TXP فقط به نصب مرورگر وب استاندارد بر روی وسایل ورودی / خروجی نیاز دارد. این عمل با استفاده از رایانه‌های شخصی (PC) استاندارد با سامانه­ عامل Windows انجام می‌پذیرد

• FUM Card (Function Module)
• SIM Card (Signal Module)

برای ارتباط این کارت‌ها با لایه‌های دیگر از سامانه­ گذرگاه استفاده می‌شود. کارت‌های FUM از طریق گذرگاه Cabinet Bus و کارت‌های SIM از طریق ProfiBus با AP ارتباط برقرار می‌کنند. پردازنده­ اتوماسیون AP نیز از طریق شبکه SINEC H1 با سطوح بالاتر ارتباط برقرار می‌کند. ارتباط سامانه با شبکه از طریق ماژول‌های شبکه به نام ماژول‌های IM [6] صورت می‌گیرد. این سامانه دارای پشتیبان سخت‌افزاری [7] (به صورت دوتایی) می‌باشد، تا در صورت از کار افتادن یکی از ماژول‌ها، دیگری وارد عمل گردد. همچنین هر دو نوع آرایش سامانه‌‌های کنترل یعنی ساختار «کنترل مرکزی» و آرایش توزیع شده یعنی DCS با استفاده از گذرگاه‌ها امکان­ پذیر می‌باشد.

9-شبکه ارتباطی سامانه­ کنترل TXP

این شبکه که تحت عنوان سامانه­ گذرگاه / ارتباط [8] شناخته می‌شود، ارتباط بین زیرسامانه‌ها یا بخش‌های مختلف سامانه TXP را بر عهده داشته و شامل دو نوع گذرگاه کلی می‌باشد. هر دو گذرگاه دارای یک سخت­ افزار مشترک بوده و از قطعات مربوط به شبکه­ SIMATIC استفاده می‌کنند. به طوری که ماهیت شبکه بکار گرفته شده از نوع Industrial Ethernt می‌باشد. دو گذرگاه یاد شده عبارتند از:

• Plant Bus

ارتباط بین زیرسامانه‌های اتوماسیون AS را با سامانه‌های ES، DS، و واحد‌های PU و SU برقرار می‌کند.

• Terminal Bus

که ارتباط بین سامانه‌های ES، DS، و واحد‌های PU و SU را با لایه‌های بالاتر از جمله OTهای موجود در اتاق کنترل و غیره برقرار می کند.

شبکه­ SIMATIC NET به کار رفته در TXP یک اترنت سریع و پرقدرت است که استانداردهای بین ­المللی را پشتیبانی می‌کند.

در صورتی که در یک نیروگاه شش واحد گازی داشته باشیم، در کل به یک گذرگاه پایانه، یک پل و سه عدد گذرگاه پلنت نیاز داریم. گذرگاه پایانه برای کل سایت یکی بوده و همچنین پل نیز برای کل سایت یکی است اما به ازای هر دو واحد گازی یک گذرگاه پلنت داریم.

با توجه به تجهیزات و قطعاتی که درگیر کار هستند، گذرگاه پایانه و پلنت متفاوتی به کار گرفته می‌شود. در واقع ساختمان این گذرگاه‌ها با توجه به تجهیزات به کار گرفته شده تغییر می‌کند.

10-سامانه­ نام‌گذاری تجهیزات نیروگاهی (KKS)

برای نام­ گذاری قطعات، سیگنال‌ها و تمام اجزای یک سامانه­ نیروگاهی نیازمند به یک روش نام­گذاری پیشرفته هستیم. یکی از متداول‌ترین سامانه‌های نام‌گذاری، KKS می‌باشد. این سامانه توسط شرکت زیمنس ابداع گردیده و نام آن برگرفته از کلمات Kraftwerk Kennzeichen System است. که در واقع معادل آلمانی عبارت Identificotion System for Power Plants می‌باشد. کمیته­ استاندارد KKS همه ساله تشکیل جلسه داده و تصحیحات لازم و تغییرات مورد نظر را در این زمینه اعمال می‌کنند.

راهبرد پایش و تشخیص

از دیدگاه سامانه­ KKS، هر سامانه به سه دسته Equipment ,Function و Component تقسیم‌بندی می‌شوند. در واقع سلسله مراتب از Function به Equipment و از آن به Component می‌باشد. هر Function می‌تواند شامل چند Equipment باشد.

سامانه­ KKS سه نوع کد مختلف را در بر می‌گیرد. این سه نوع کد عبارتند از:

   1ـ کدهای مبتنی بر فرآیندها و سامانه‌های مرتبط با فرآیندهای نیروگاهی

   2ـ کدهای مشخص کننده موقعیت قرارگیری قطعات و ادوات الکتریکی

   3ـ کدهای مشخص کننده­ محل قرارگیری ادوات در یک ساختمان

کدهای شناسایی مربوط به طراحی سامانه نمی‌باشد بلکه به منظور نشان دادن محل قرارگیری قطعه در یک سامانه می‌باشد.

سامانه­ شناسایی KKS مشتمل بر حروف و اعداد می‌باشد. مثال:

MBN13AA001-S01

در کدهای نوع اول، می‌توان یک فرآیند و یا یک عملکرد را با ادوات و قطعات الکتریکی یا مکانیکی یا I&C و غیره نام گذاری کرد.

کدهای نوع دوم، برای مشخص کردن موقعیت قرارگیری قطعات و تجهیزات الکتریکی و I&C در داخل پانل، کنسول و کابینت‌ها به کار برده می‌شوند.

هر کد KKS حداکثر از چهار بخش تشکیل شده است:

بخش اول مشخص کننده­ کل سامانه است که این نام‌گذاری برای آن انجام می‌شود. این بخش می‌تواند کاراکترهای لاتین A تا Z و یا اعداد دو رقمی باشد.

بخش دوم مربوط به Function است. به عنوان مثال C معرف تجهیزات کنترل و ابزاردقیق می‌باشد و حرف دوم نیز نشان دهنده­ زیر گروه مربوطه می‌باشد. این بخش از دو حرف تشکیل شده است. به عنوان مثال CF نشان‌گر ادوات اندازه‌گیری و ضبط تجهیزات I&C می‌باشد.

بخش سوم نیز از دو حرف تشکیل شده و معرف Equipment مربوطه است. به عنوان مثال G مربوط به ادوات الکتریکی است و GA جعبه تقسیم مربوط به داده‌های اندازه‌گیری آنالوگ می‌باشد. بخش چهارم نیز مربوط به Component است. این بخش حداکثر 5 کاراکتر است که کاراکتر اول و دوم مربوط به Component بوده و کاراکتر بعدی شماره‌های ترتیبی می‌باشند. در مورد کابینت و محل فیزیکی قطعات، معمولاً یک نقطه بین قسمت سوم و چهارم استفاده می‌شود مثلاً ACJJ0CL301

مثال : یک اندازه گیر سطح مایع را در بخش Equipment می‌توان با CL001 نشان داد.

مثال : FRC02DP001 مربوط به صفحه‌ای از نقشه­ منطق داخلی سامانه است که مربوط به حلقه‌های بسته­ کنترل فشار می­ باشد.

شایان ذکر است که نام‌گذاری با KKS تنها یک روش مشخص کردن قطعات، سیگنال‌ها و … می‌باشد و می‌توان به راحتی با استناد به یک استاندارد داخلی، این نام‌گذاری را انجام داد. شرکت زیمنس در طراحی‌های خود یک استاندارد داخلی را در مورد نام‌گذاری سیگنال‌ها رعایت می‌کند که کمک زیادی به شناسایی آنها می‌کند.

11- سخن پایانی

سامانه­ کنترل فرآیند TXP یک سامانه­ جامع کنترل و ابزاردقیق می‌باشد که می‌تواند نیازهای متنوعی را در زمینه­ کنترل نیروگاه برآورده سازد. این سامانه یک سامانه­ پایدار و با ثبات بوده و در بسیاری از نیروگاه‌های کشورهای مختلف جهان از جمله کشور ما، به کار گرفته می‌شود. سامانه­ TXP بر پایه­ ارتباط شبکه‌ای بنا نهاده شده و قسمت‌های مختلف آن از طریق دو شبکه­ مجزا به نام‌های «گذرگاه پلنت» و «گذرگاه پایانه» با همدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این سامانه، سازماندهی زیرسامانه‌‌های اتوماسیون را جهت هماهنگی با ساختار فرآیند و همچنین سازماندهی سامانه­ I&C را در ضمیمه­ همکاری دستگاه‌ها و سامانه‌‌ها با همدیگر فراهم می‌کند. به طوری که‌ از زیر سامانه‌‌های مختلفی چون AS620 ،OM650 ،ES680 و DS670 تشکیل شده است.

پیکربندی نمونه از ساختار شبکه  TXP با قابلیت افزونگی در سطح مؤلفه‌ های شبکه مانند سوییچ

لازم به ذکر است که در این مقالات تا به این جای کار سعی شد که به طور خلاصه دید کلی نسبت به سامانه‌های کنترل DCS پیدا کرده و شناخت دقیقی نسبت به مجموعه سامانه­ کنترل TXP کسب نماییم. امید هست که مطالب ارایه شده در اتقای دانش خوانندگان در خصوص سامانه‌های کنترل، مفید واقع شده باشد.

«ادامه دارد»

جهت مطالعه قسمت قبلی اینجا کلیک کنید

[1] SetPoints

[2] Design Engineering Phase

[3] Function

[4] Design of Commissioning Phase

[5] Malfunction

[6] Interface Module

[7] Redundant

[8] BUS System

12- منابع و مراجع

[1] SCADA vs DCS, http://members.iinet.net.au

[2] DCS or PLC? Seven Questions to Help You Select the Best Solution, http://www.sea.siemens.com/

[3] DCS, PLC, PC, or PAS, What it is? Or what it does?, Control Magazine, JULY 2001

[4] When to Consider DCS vs a PLC, Invensys Foxboro Foxboro, 2003

[5] DCS or PLC? What is the difference?, Internet Rsources

[6] SPPA-T2000 User Documentation, Version 8.5

[7] SPPA-T2000 User Documentation, Version 7.4

[8] TELEPERM XP System Overview, Siemens Power Generation, http://www.pg.siemens.com/en, 2002