معرفی معماری سامانه‌های كنترل 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 كنترل فرآیند OM650، شبكه­ SINEC H1 FO و هر سخت­ افزار دیگر در سامانه­ كنترل 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 كه در محیط سامانه­ عامل Unix می‌باشد، شامل یك سامانه­ گرافیكی، برنامه‌های استاندارد و اطلاعات كلی است. به طور خلاصه از این سامانه­ مهندسی جهت پشتیبانی از كلیه­ كارهای 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 كامل 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 كارت‌های FUM و AP
• رسم توپولوژی، كابینت‌ها، رك‌های كابینت و ارتباط آنها با هم
• رسم نمودار گرافیكی و اتصال به آنها
• قابلیت دینامیك شدن سیگنال‌ها و دیدن مقادیر ورودی و خروجی به صورت آنلاین
• قابلیت دنبال كردن سیگنال‌ها
• قابلیت پرونده ­سازی از كلیه­ طرح‌های منطقی و گرافیكی 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 كردن امکان بصری ­سازی عملیات اتوماسیون به كاربر

وظایف اصلی سامانه مهندسی ES680 عبارتند از:

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

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

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

در این مرحله از پروژه بیشتر تهیه­ مستندات و مدارك لازم كاربردی از سامانه TXP در بخش‌های مختلف سخت‌افزاری و نرم‌افزاری سامانه جهت ارایه به كارفرما و اسناد مكتوب پروژه در دست اقدام مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1-7- ابزارهای كاربردی سامانه مهندسی­ ES680

        الف-       FUP Editor

محیط طراحی و پیاده‌سازی منطق برنامه­ كنترل، ابزاری به نام FUP Editor می‌باشد. كه 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 بكار می‌رود. صفحات مذكور برای نمایش در OTها به كار می‌روند. با استفاده از این صفحات كه به صورت گرافیكی هستند، اپراتور می‌تواند وضعیت موجود در نیروگاه را به صورت بصری مشاهده كند و در صورت وقوع خطا یا اشكال، محل و نوع آن را تشخیص داده و نسبت به رفع آن اقدام كند. نام صفحات OM با YO شروع می‌شوند و شامل YOV و YOA هستند.

صفحات YOA تصویر مربوط به كل 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 كه در آنها منحنی ­های مربوط به اجزای مختلف فرآیند، ترسیم می‌شوند.

برای ترسیم اشكال مورد نیاز در این صفحات، از فایل­ های كتابخانه‌ای موجود می‌توان استفاده كرد. تعداد این فایل‌ها زیاد بوده و هر یك از آنها شامل مجموعه­ ای از اشكال هستند كه اغلب در طراحی صفحات OM بكار می‌روند. اطلاعات مربوط به صفحات OM در پایگاه داده ­ای كه DYNAVIS نام دارد، ذخیره می‌شود. 

8- سامانه­ تشخیص DS670

سامانه­ تشخیص DS670 ابزاری است که امكان سنجش و تحلیل وضعیت یک سامانه­ اتوماسیون چند بخشی را برای سامانه­ كنترل و ابزاردقیق I&C فراهم می‌کند. به عبارت دیگر سامانه­ تشخیص DS670 ابزاری است که برای نظارت و تشخیص سوء عمل‌ها [5] در مؤلفه‌های كنترل و ابزاردقیق (I&C) به كار گرفته می‌شود. در صورت وقوع یك 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 می‌كند. 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 می‌كند. سامانه­ گذرگاه، سازگار با استانداردهای بین‌المللی بوده و در نتیجه پیش‌نیاز‌های ارتباطات باز را ارایه می‌دهد.

ويرايش يك صفحه از پايش

گزینه­ web4txp این سامانه قابلیت‌های فناوری وب را برای TXP به کار می­اندازد. این امكان مدل دسترسی به کاربردهای TXP ازطریق اینترنت / اترنت است. به طوری كه 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 كارت‌ها با لایه‌های دیگر از سامانه­ گذرگاه استفاده می‌شود. كارت‌های FUM از طریق گذرگاه Cabinet Bus و كارت‌های SIM از طریق ProfiBus با AP ارتباط برقرار می‌كنند. پردازنده­ اتوماسیون AP نیز از طریق شبكه SINEC H1 با سطوح بالاتر ارتباط برقرار می‌كند. ارتباط سامانه با شبكه از طریق ماژول‌های شبكه به نام ماژول‌های IM [6] صورت می‌گیرد. این سامانه دارای پشتیبان سخت‌افزاری [7] (به صورت دوتایی) می‌باشد، تا در صورت از كار افتادن یكی از ماژول‌ها، دیگری وارد عمل گردد. همچنین هر دو نوع آرایش سامانه‌‌های كنترل یعنی ساختار «كنترل مرکزی» و آرایش توزیع شده یعنی DCS با استفاده از گذرگاه‌ها امکان­ پذیر می‌باشد.

9-شبكه ارتباطی سامانه­ كنترل TXP

این شبكه كه 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 كلی می‌باشد. هر دو گذرگاه دارای یك سخت­ افزار مشترك بوده و از قطعات مربوط به شبكه­ SIMATIC استفاده می‌كنند. به طوری كه ماهیت شبكه بكار 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 می‌كند.

• Terminal Bus

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

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

در صورتی كه در یك نیروگاه شش واحد گازی داشته باشیم، در كل به یك گذرگاه پایانه، یك پل و سه عدد گذرگاه پلنت نیاز داریم. گذرگاه پایانه برای كل سایت یكی بوده و همچنین پل نیز برای كل سایت یكی است اما به ازای هر دو واحد گازی یك گذرگاه پلنت داریم.

با توجه به تجهیزات و قطعاتی كه درگیر كار هستند، گذرگاه پایانه و پلنت متفاوتی به كار گرفته می‌شود. در واقع ساختمان این گذرگاه‌ها با توجه به تجهیزات به كار گرفته شده تغییر می‌كند.

10-سامانه­ نام‌گذاری تجهیزات نیروگاهی (KKS)

برای نام­ گذاری قطعات، سیگنال‌ها و تمام اجزای یك سامانه­ نیروگاهی نیازمند به یك روش نام­گذاری پیشرفته هستیم. یكی از متداول‌ترین سامانه‌های نام‌گذاری، KKS می‌باشد. این سامانه توسط شركت زیمنس ابداع گردیده و نام آن برگرفته از كلمات Kraftwerk Kennzeichen System است. كه در واقع معادل آلمانی عبارت Identificotion System for Power Plants می‌باشد. كمیته­ استاندارد KKS همه ساله تشكیل جلسه داده و تصحیحات لازم و تغییرات مورد نظر را در این زمینه اعمال می‌كنند.

راهبرد پايش و تشخيص

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 كد مختلف را در بر می‌گیرد. این سه نوع كد عبارتند از:

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

   2ـ كدهای مشخص كننده موقعیت قرارگیری قطعات و ادوات الكتریكی

   3ـ كدهای مشخص كننده­ محل قرارگیری ادوات در یك ساختمان

كدهای شناسایی مربوط به طراحی سامانه نمی‌باشد بلكه به منظور نشان دادن محل قرارگیری قطعه در یك سامانه می‌باشد.

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

MBN13AA001-S01

در كدهای نوع اول، می‌توان یك فرآیند و یا یك عملكرد را با ادوات و قطعات الكتریكی یا مكانیكی یا I&C و غیره نام گذاری كرد.

كدهای نوع دوم، برای مشخص كردن موقعیت قرارگیری قطعات و تجهیزات الكتریكی و I&C در داخل پانل، كنسول و كابینت‌ها به كار برده می‌شوند.

هر كد KKS حداكثر از چهار بخش تشكیل شده است:

بخش اول مشخص كننده­ كل سامانه است كه این نام‌گذاری برای آن انجام می‌شود. این بخش می‌تواند كاراكترهای لاتین A تا Z و یا اعداد دو رقمی باشد.

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

بخش سوم نیز از دو حرف تشكیل شده و معرف Equipment مربوطه است. به عنوان مثال G مربوط به ادوات الكتریكی است و GA جعبه تقسیم مربوط به داده‌های اندازه‌گیری آنالوگ می‌باشد. بخش چهارم نیز مربوط به Component است. این بخش حداكثر 5 كاراكتر است كه كاراكتر اول و دوم مربوط به Component بوده و كاراكتر بعدی شماره‌های ترتیبی می‌باشند. در مورد كابینت و محل فیزیكی قطعات، معمولاً یك نقطه بین قسمت سوم و چهارم استفاده می‌شود مثلاً ACJJ0CL301

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

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

شایان ذكر است كه نام‌گذاری با KKS تنها یک روش مشخص كردن قطعات، سیگنال‌ها و … می‌باشد و می‌توان به راحتی با استناد به یک استاندارد داخلی، این نام‌گذاری را انجام داد. شركت زیمنس در طراحی‌های خود یك استاندارد داخلی را در مورد نام‌گذاری سیگنال‌ها رعایت می‌كند كه كمك زیادی به شناسایی آنها می‌كند.

11- سخن پایانی

سامانه­ كنترل فرآیند TXP یك سامانه­ جامع كنترل و ابزاردقیق می‌باشد كه می‌تواند نیازهای متنوعی را در زمینه­ كنترل نیروگاه برآورده سازد. این سامانه یك سامانه­ پایدار و با ثبات بوده و در بسیاری از نیروگاه‌های كشورهای مختلف جهان از جمله كشور ما، به كار گرفته می‌شود. سامانه­ TXP بر پایه­ ارتباط شبكه‌ای بنا نهاده شده و قسمت‌های مختلف آن از طریق دو شبكه­ مجزا به نام‌های «گذرگاه پلنت» و «گذرگاه پایانه» با همدیگر ارتباط برقرار می‌كنند. این سامانه، سازماندهی زیرسامانه‌‌های اتوماسیون را جهت هماهنگی با ساختار فرآیند و همچنین سازماندهی سامانه­ I&C را در ضمیمه­ همكاری دستگاه‌ها و سامانه‌‌ها با همدیگر فراهم می‌كند. به طوری كه‌ از زیر سامانه‌‌های مختلفی چون AS620 ،OM650 ،ES680 و DS670 تشكیل شده است.

پيكربندی نمونه از ساختار شبكه  TXP با قابلیت افزونگی در سطح مؤلفه‌ های شبكه مانند سويیچ

لازم به ذكر است كه در این مقالات تا به این جای كار سعی شد كه به طور خلاصه دید كلی نسبت به سامانه‌های كنترل DCS پیدا كرده و شناخت دقیقی نسبت به مجموعه سامانه­ كنترل TXP كسب نماییم. امید هست كه مطالب ارایه شده در اتقای دانش خوانندگان در خصوص سامانه‌های كنترل، 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