I. مقدمه
سیستمهای کنترل صنعتی (ICS)، به عنوان یکی از اجزای اصلی تولید صنعتی مدرن، با پیشرفت اتوماسیون صنعتی ارتباط نزدیکی دارند. با پیشرفت مداوم فناوری رایانه، فناوری ارتباطات و فناوری کنترل، سیستمهای کنترل صنعتی دستخوش تحول بیسابقهای میشوند و کارایی بیشتر، هزینههای کمتر و ایمنی را برای تولید صنعتی به ارمغان میآورند. این مقاله توضیح مفصلی از تعریف و ویژگیهای سیستمهای کنترل صنعتی را ارائه میکند که توسط دادهها و اطلاعات مربوطه پشتیبانی میشود.
II. تعریف سیستم های کنترل صنعتی
سیستم کنترل صنعتی یک سیستم مدیریت فرآیند کسب و کار است که از اجزای مختلف کنترل اتوماسیون و اجزای کنترل فرآیند تشکیل شده است که دادههای{0}زمان واقعی را جمعآوری و نظارت میکند و از عملکرد خودکار، کنترل فرآیند و نظارت بر زیرساختهای صنعتی اطمینان میدهد. اجزای اصلی آن شامل سیستمهای کنترل نظارت و جمعآوری داده (SCADA)، سیستمهای کنترل توزیعشده (DCS)، کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی (PLC)، واحدهای پایانه راه دور (RTU)، دستگاههای انسانی-واسط ماشین (HMI) و فناوریهای رابطی است که ارتباط بین این اجزا را تضمین میکند.
III. ویژگی های سیستم های کنترل صنعتی
قابلیت اطمینان بالا
سیستم های کنترل صنعتی به سطوح بسیار بالایی از ثبات و قابلیت اطمینان در فرآیندهای تولید نیاز دارند. طراحی، ساخت، راه اندازی و نگهداری سیستم باید به شدت کنترل شود تا از درجه بالایی از قابلیت اطمینان و پایداری اطمینان حاصل شود. در کاربردهای عملی، سیستمهای کنترل صنعتی معمولاً از طرحهای اضافی، فنآوریهای{2}}تحملکننده خطا، و عملکردهای تشخیصی خود- برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم استفاده میکنند. به عنوان مثال، در صنایعی مانند نفت و مواد شیمیایی، سیستم های کنترل صنعتی باید برای مدت طولانی به طور پایدار کار کنند، زیرا هر گونه خرابی می تواند منجر به عواقب شدید شود. بنابراین، قابلیت اطمینان بالا یکی از اساسی ترین ویژگی های سیستم های کنترل صنعتی است.
قابلیتهای{0}زمان واقعی
سیستم های کنترل صنعتی باید داده های میدانی را به سرعت بدست آورند و به موقع پاسخ دهند. برای رسیدگی به تغییرات مختلف در فرآیند تولید، سیستم باید عملکرد{1}}زمان واقعی و سرعت پاسخگویی بالایی داشته باشد. در طول فرآیند کنترل، هرگونه تاخیر ممکن است منجر به عواقب غیر قابل پیش بینی شود. به عنوان مثال، در سیستم های قدرت، هنگامی که یک خرابی شبکه رخ می دهد، سیستم کنترل صنعتی باید به سرعت نقطه خطا را جدا کرده و عملکرد عادی شبکه را بازیابی کند. بنابراین، قابلیتهای{5}زمان واقعی یکی از عناصر کلیدی سیستمهای کنترل صنعتی هستند.
پیچیدگی تجهیزات و اتصال قوی قطعات
خط تولید صنعتی یک شبکه پیچیده و گسترده است که شامل طیف گسترده ای از حسگرهای نوری، الکترومغناطیسی، دما و رطوبت و همچنین دستگاه های مکانیکی، تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی، دستگاه های کنترل، تجهیزات نظارتی و تجهیزات اضطراری است. این دستگاه ها به شدت به هم متصل هستند، با جفت شدن قابل توجهی بین ماژول ها. برای کاربران تجهیزات صنعتی خرید جداگانه این قطعات و مونتاژ آنها به تنهایی غیرعملی است. در عوض، آنها معمولاً به عنوان یک بسته یکپارچه توسط یک سازنده تجهیزات ارائه می شوند. این راه حل یکپارچه و کلید در دست، درجه بالایی از یکپارچگی و ثبات سیستم را تضمین می کند.
تغییرات در صنعت{0}فرایندهای خاص
با توجه به موانع فناوری و عدم وجود فناوری های استاندارد تولید در بین تولیدکنندگان عمده تجهیزات صنعتی، تفاوت های قابل توجهی بین دستگاه های تولید شده توسط فروشندگان مختلف وجود دارد. این امر مستلزم آن است که سیستمهای کنترل صنعتی به طور کامل تفاوتها و ویژگیهای منحصربهفرد فرآیندهای خاص صنعت را در طول طراحی و اجرا در نظر بگیرند. در نتیجه، سیستم های کنترل صنعتی باید دارای درجه بالایی از انعطاف پذیری و قابلیت سفارشی سازی برای رفع نیازهای صنایع مختلف باشند.
تنوع پروتکل های شبکه
برخلاف سیستمهای فناوری اطلاعات سنتی که از پروتکلهای شبکه استاندارد شده (مانند TCP/IP) استفاده میکنند، سیستمهای کنترل صنعتی از پروتکلهای مخصوص کنترل صنعتی از جمله MODBUS، DNP3، PROFINET، ControlNet و غیره استفاده میکنند. این پروتکلها با در نظر گرفتن کامل ویژگیها و الزامات منحصربهفرد محیطهای صنعتی، مانند عملکرد زمان واقعی، قابلیت اطمینان، و مصونیت از تداخل طراحی و اجرا میشوند. در نتیجه، سیستم های کنترل صنعتی باید با پروتکل های مختلف شبکه سازگار و قادر به پشتیبانی باشند.
تداوم تولید صنعتی
از آنجایی که تولید صنعتی شامل بخش های زیرساخت ملی مانند نفت، ذوب فلزات، تولید برق، حفاظت از آب، هوانوردی و حمل و نقل ریلی است، مستقیماً بر معیشت مردم تأثیر می گذارد. در نتیجه، هنگامی که یک سیستم کنترل صنعتی فعال می شود، نمی توان به راحتی آن را قطع کرد. در غیر این صورت، منجر به انباشت مواد خام، کمبود محصول و اختلال در خدمات عمومی میشود که باعث وحشت عمومی میشود. این امر مستلزم آن است که سیستمهای کنترل صنعتی دارای درجه بالایی از پایداری و قابلیت اطمینان و همچنین بازیابی خطا و قابلیتهای تحمل{3} عیب قوی باشند.
IV. نتیجه گیری
به عنوان یکی از اجزای اصلی تولید صنعتی مدرن، سیستمهای کنترل صنعتی به دلیل قابلیت اطمینان بالا،{0}قابلیتهای زمان واقعی، پیچیدگی تجهیزات، جفت شدن قوی اجزای محصول، تنوع فرآیندهای خاص صنعت{{1}، تنوع پروتکلهای شبکه و نیاز به تداوم تولید صنعتی، نقش غیر قابل جایگزینی در فرآیند تولید دارند. با پیشرفت مداوم فناوری رایانه، فناوری ارتباطات و فناوری کنترل، سیستمهای کنترل صنعتی به مراحل بالاتر تکامل خواهند یافت و راحتی و مزایای بیشتری را برای تولید صنعتی به ارمغان میآورند.