I. مقدمه
در سیستم های کنترل اتوماسیون صنعتی مدرن، PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی)، DCS (سیستم کنترل توزیع شده) و FCS (سیستم کنترل فیلدباس) سه راه حل کنترل رایج را نشان می دهد. هر کدام دارای اصول عملیاتی متمایز، ویژگی های عملکردی و سناریوهای قابل اجرا هستند که راه حل های متنوعی برای اتوماسیون صنعتی ارائه می دهند. این مقاله تجزیه و تحلیل و مقایسه دقیق این سه سیستم کنترل را انجام می دهد تا خوانندگان را قادر سازد تا درک عمیق تری از تفاوت ها و ارتباطات آنها به دست آورند.
II. سیستم کنترل PLC
تعریف و اصل کار
سیستم کنترل PLC یک دستگاه کنترل قابل برنامهریزی است که دستورالعملهای از پیش برنامهریزیشده{0} را برای مدیریت وضعیت سیگنالهای ورودی/خروجی (I/O) اجرا میکند و در نتیجه به کنترل خودکار، نظارت و عملکرد تجهیزات میدانی دست مییابد. در اصل از یک ماژول CPU، ماژول های ورودی، ماژول های خروجی و یک دستگاه برنامه نویسی تشکیل شده است، عملکرد آن شامل سه مرحله است: دریافت سیگنال ورودی، اجرای برنامه و کنترل خروجی.
ویژگی های عملکردی
(1) عملکرد عالی{1}در زمان واقعی: سیستمهای کنترل PLC قابلیتهای{2}}زمان واقعی قوی را نشان میدهند که پاسخ سریع به تغییرات محیط میدان و اجرای سریع استراتژیهای کنترل از پیش تعریفشده را ممکن میسازد.
(2) پایداری بالا: الگوریتمهای کنترل PLC پایدار میمانند و تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی خارجی، نوسانات دما یا تغییرات منبع تغذیه قرار نمیگیرند و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین میکنند.
(3) انعطاف پذیری قوی: برنامه های سیستم کنترل PLC را می توان در هر زمان تغییر و به روز کرد و با شرایط و الزامات مختلف کنترل سازگار شد.
(4) برنامه نویسی آسان: سیستم های کنترل PLC از یادگیری زبان های برنامه نویسی ساده و آسان-برای-استفاده می کنند، که طراحی، اصلاح و اشکال زدایی سریع و راحت برنامه را تسهیل می کند.
(5) طراحی مقیاس پذیر: هم اجزای سخت افزاری و هم نرم افزاری سیستم های کنترل PLC از گسترش انعطاف پذیر پشتیبانی می کنند و امکان پیکربندی ماژول های ورودی/خروجی مختلف، ماژول های ارتباطی و موارد دیگر را در صورت نیاز فراهم می کنند.
III. سیستم های کنترل DCS
تعریف و اصل کار
سیستم های کنترل DCS که با نام سیستم های کنترل توزیع شده نیز شناخته می شوند، نشان دهنده نسل جدیدی از سیستم های کنترل ابزار دقیق بر اساس ریزپردازنده ها هستند. آنها اصول طراحی عملکردهای کنترل غیرمتمرکز، نمایش متمرکز و عملکرد، و استقلال متعادل با هماهنگی یکپارچه را اتخاذ می کنند. آنها عمدتاً از سطوح کنترل فرآیند و نظارت بر فرآیند تشکیل شدهاند و یک سیستم رایانهای چند لایه را تشکیل میدهند که از طریق شبکههای ارتباطی به هم متصل شدهاند و فناوریهای 4C را یکپارچه میکنند: رایانه، ارتباطات، CRT (نمایشگر) و کنترل.
ویژگی ها
(1) قابلیت اطمینان بالا: سیستم DCS از طراحی اضافی استفاده می کند و اطمینان می دهد که یک خرابی یک دستگاه کل سیستم را مختل نمی کند.
(2) باز بودن: با استفاده از یک پلت فرم باز سیستماتیک، مدولار و استاندارد، همه سیستم های کامپیوتری متصل به هم می توانند از طریق روش های ارتباطی مانند اترنت به اتصال و دسترسی متمرکز دست یابند.
(3) پیکربندی انعطافپذیر: سیستمهای DCS اضافهها یا حذفهای مدولار را بر اساس نیازهای عملیاتی امکانپذیر میسازند و تنظیمات قابل انطباق را ممکن میسازند.
(4) طراحی ماژولار: همه اجزای اصلی-از جمله پردازندهها، منابع تغذیه، ماژولهای ورودی/خروجی، ماژولهای ارتباطی و ماژولهای AI/AO{2}}از ساخت ماژولار استفاده میکنند که مقیاسپذیری و قابلیت نگهداری سیستم را افزایش میدهد.
IV. سیستم کنترل FCS
تعریف و اصل کار
سیستم کنترل FCS، مخفف Fieldbus Control System، نشان دهنده نسل جدیدی از سیستم های کنترلی است که از فناوری های DCS و PLC تکامل یافته اند. از فناوری فیلدباس برای اتصال دستگاههای میدانی هوشمند و سیستمهای اتوماسیون به یک شبکه ارتباطی کاملاً توزیعشده، دوطرفه و چند{1}شاخه استفاده میکند.
ویژگی ها
(1) شبکه ارتباط میدانی: FCS از فناوری فیلدباس برای فعال کردن ارتباط دیجیتال بین دستگاههای میدانی هوشمند و سیستمهای اتوماسیون استفاده میکند.
(2) اتصال و قابلیت همکاری دستگاه: FCS از اتصال و قابلیت همکاری بین دستگاههای تولیدکنندگان مختلف پشتیبانی میکند و هزینههای یکپارچهسازی سیستم را کاهش میدهد.
(3) بلوک های عملکردی توزیع شده: FCS عملکردهای کنترلی را در بین دستگاه های میدانی جداگانه توزیع می کند و قابلیت اطمینان و انعطاف سیستم را افزایش می دهد.
(4) برق از طریق خطوط ارتباطی: FCS از تغذیه دستگاه های میدانی از طریق خطوط ارتباطی پشتیبانی می کند و سیم کشی سیستم را ساده می کند.
V. مقایسه سیستم های کنترل PLC، DCS و FCS
ترکیب سازه
PLC ها عمدتاً از ماژول های CPU، ماژول های ورودی، ماژول های خروجی و دستگاه های برنامه نویسی تشکیل شده اند. DCSها سیستمهای رایانهای چند سطحی هستند که توسط شبکههای ارتباطی به هم مرتبط شدهاند و شامل سطوح کنترل فرآیند و نظارت بر فرآیند میشوند. FCS از DCS و PLC تکامل یافته و از فناوری فیلدباس برای اتصال دستگاههای میدانی هوشمند با سیستمهای اتوماسیون استفاده میکند.
ویژگی های عملکردی
PLCها دارای عملکرد{0}زمان واقعی، پایداری، انعطافپذیری، سهولت برنامهنویسی و مقیاسپذیری بالا هستند. سیستم های DCS قابلیت اطمینان بالا، باز بودن، پیکربندی انعطاف پذیر و طراحی مدولار را ارائه می دهند. سیستمهای FCS شامل شبکههای ارتباطی میدانی، اتصال و قابلیت همکاری دستگاهها، بلوکهای عملکردی توزیعشده و منبع تغذیه خط ارتباطی هستند.
سناریوهای کاربردی
PLCها برای کنترل خطوط و تجهیزات تولید خودکار-در مقیاس کوچک مناسب هستند. DCSها برای کنترل و مدیریت فرآیندهای صنعتی در مقیاس بزرگ-در بخشهایی مانند مواد شیمیایی، نیرو و متالورژی قابل استفاده هستند. FCSها برای سیستمهای اتوماسیون صنعتی پیچیدهای که نیاز به اتصال دستگاههای میدانی و قابلیت همکاری دارند مناسبتر هستند.
VI. خلاصه
سیستم های کنترل PLC، DCS و FCS هر کدام دارای ویژگی های متمایزی هستند و نقش های حیاتی در اتوماسیون صنعتی ایفا می کنند. با مقایسه ترکیب ساختاری، ویژگیهای عملکردی و سناریوهای قابل اجرا، میتوانیم مناسبترین راهحل کنترل را بر اساس نیازهای واقعی انتخاب کنیم. همانطور که اتوماسیون صنعتی به تکامل خود ادامه می دهد، این سه سیستم کنترل در ایفای نقش های مهم در حالی که تحت نوآوری و اصلاح مستمر قرار می گیرند، ادامه می دهند.