فصل اول

معرفي سيستم PROCONTROL

 

معرفي سيستم PROCONTROL P

سيستمPROCONTROL P ساخت شركت[1]ABB يكي از سيستم ها كنترل گسترده است كه براي كنترل نيروگاه ها استفاده مي شود. در اين سيستم با استفاده از حافظه در ريزپردازنده سعي شده است كه تا حد ممكن از نرم افزار به جاي سخت افزار استفاده گردد. همچنين به جاي استفاده از روش سيم كشي معمول از سيستم باس[2] استفاده شده است. باس حاوي تمامي سيگنال ها و اطلاعات كامل سيستم است. اين سيستم به گونه اي طراحي شده است كه تمام وظايف كنترل ‏فرآيند و نمايش آن را انجام دهد. اين وظايف عبارتند از:

تبديلات سيگنالها[3]

انتقال اطلاعات

نظارت

كنترل ديجيتال

كنترل آنالوگ

حفاظت

مديريت فرآيند

بهره برداري و مراقبت فرآيند

PROCONTROL P داراي يك شاهراه ارتباطي[4] است كه انتقال اطلاعات با اين وسايل و اجزاي كنترلي را برقرار مي سازد.

انتقال اطلاعات به صورت سريال و پيوسته براي كنترل سيستم از طريق يك شاهراه ارتباطي صورت مي گيرد. اين شاهراه غالباً داراي يك ساختار دو كاناله و به خاطر افزونگي است. ايستگاهها[5] به شاهراه ارتباطي متصل مي شوند. از اين ايتسگاه ها به منظور انجام اعمال تبديل سيگنال ها و كنترل ديجيتال و آنالوگ استفاده مي شود.

 

 

 

 

شكل 1- عملكرد اپراتور- نظارت- ثبت

كنترل و نظارت اپراتور بر فرآيند به وسيله دستگاه ارتباط با اپراتور[6]POS انجام مي‌پذيرد. Pos براي اين نمايش فرايند از تصويرهاي رنگي و براي دريافت پيام از صفحه كليدها و يا Mouse استفادهمي كند. به وسيله سيستم عيب ياب[7]CDS علاوه بر عيب يابي خودكار سيستم و تجهيزات، قابليت مشاهده و دسترسي به تمامي اطلاعات سيستم فراهم گشته است.

رابطهاي استاندارد امكان ارتباط ببين Procontrol P و كامپيوتر و يا ساير سيستم هاي كنترل را برقرار مي سازند. Procontrol P وظايف كنترل و حفاظت قسمت هاي مهم و حساس مثل كنترل و حفاظت توربين و يا حفاظت ديگ بخار را نيز به عهده مي گيرد.

سيستم ها و اجزاء منحصر به فرد و غير متمركز با تركيب شدن با يكديگر گروه هاي پردازشي جامع و كاملي را در سطوح مختلف سيستم كنترلي، به صورت سلسله مراتبي به وجود مي آورند.

 

 

 

 

شكل 2- ساختار عملياتي سيستم كنترل

يك مدول الكترونيك عمل كنترل يك يا چندمحرك وابسته به هم را انجام مي دهد. اين كار در سطح كنترل محرك صورت مي گيرد. در سطح بالون كنترل محرك، چندين مدول كنترل محرك كه مربوط به يك قسمت از فرآيند هستند، با استفاده از يك مدول در سطح كنترل گروهي، هدايت و هماهنگ مي شوند.

در سيستم هاي پيشرفته كنترل خودكار، كنترل تمام سيستم توسط يك واحد كنترل، از سطح واحد صورت مي گيرد. به خاطر ساختار غير متمركز و قابليت پيشتيباني، سيستم POS مي تواند تمام نيازها براي دسترسي به سيستم را پاسخ دهد. سطح مديريت، وظيفه مديريت و نظارت روي چندين واحد مختلف، براي انجام عملياتي معين (از قبيل بهينه كردن قيمت و …) را بر عهده دارد.

نيازها و ملزومات مختلف قابل دسترسي و يا پشتيباني براي سيستم هاي نيروگاهي عبارتند از:

- دسترسي سريع براي سيستم هايي كه تاثير مستقيم بر روي توليد دارند.

- دسترسي متوسط به قسمت هايي كه يك اشكال يا خطاي كوتاه مدت در آنها باعث تاثير بر روي توليد نشود.

- امكان دسترسي به قسمت هايي كه تاثيرات اندكي روي توليد دارند.

نيازهاي دسترسي در هر يك از موارد بالا به وسيله يك طراحي مناسب با ايجاد سيستم پشتيباني صورت مي گيرد.

خصوصيات اين سيتسم در ضميمه الف ارائه شده است.

1. سيستم عيب ياب

سيتسم كنترل Procontrol P به طور خودكار اشكالات سيستم را نشان مي دهد. مبدلها، اندازه گيرها، مدولها سيستم انتقال و كنترل كننده ها به طور كامل بررسي و كنترل مي شوند. تمام مدولها داراي قابليت خود عيب يابي هستند.

تجهيزات عيب يابي كاملا از وسايل و تجهيزات عملياتي مستقل هستند. علائم هشدار دهنده، علاوه بر اينكه بر روي مدولهاي مختلف مشخص هستند، همراه با جزئيات در قسمت اطاق كنترل نيز نمايش داده مي شوند. عملكرد خودكار تشخيص عيب براي تجهيزات كنترلي، عيب يابي سريع كاهش زمان تعميرات و در نتيجه، بالارفتن قابليت اعتماد را در خواهد داشت.

2.دستگاه POS

اين قسمت با بهره گيري از واحد نمايش رنگي ويديوئي VDU[8] و صفحه كليد ها، Mouse امكان نمايش و زمان در تنظيم و هدايت فرآيند را مهيا مي سازد. سيستم ارتباط با اپراتور طراحي شده براي اتاق كنترل، pos 20 و يا pos 25 است، كه هر كدام داراي خصوصياتي مي باشند. Pos 20 نسخه قديمي تر اين سيستم است كه بر مبناي كامپيوترهاي VAX كار مي كند و از نظر عملياتي از pos 25 (كه جديدتر است) ضعيفتر مي باشد. Pos 25 براساس كامپيوتر هاي شخصي كار مي كند. اين كامپيوتر ها بايد داراي قابليت هايي همچون حافظه زياد و پردازشگر قوي باشند. در هر حال، هر دو سيستم با توجه به تفاوت هايي كه دارند قابليت ارتباط وسيعي را مابين اپراتور و فرايند فراهم مي كنند.

مشتركات اين دو سيستم در اينجا بحث مي شود و خصوصيات آنها در ضمايم ب و ج در آخر گزارش ارائه شده است.

با توجه به خصوصيات سيستم سلسله مراتبي،در اتاق فرمان نيز براي نمايش اطلاعات از اين روش استفاده شده است. دستگاه pos داراي ساختار غير متمركز است كه در شكل 3 نشان داده شده است.

 

 

 

 

شكل 3- ساختار غير متمركز Pos

دستگاه pos برتري هاي زير را نسبت به اتاق فرمان هاي معمولي دارد.

- بنا به نياز اپراتور، اطلاعات را روي صفحه تصوير، نمايش مي دهد. نمايش اطلاعات در هر تصوير به اندازه كافي و لازم با درج جزئيات در هر زمان مي باشد.

- هماهنگي بهتر با ساختار غير متمركز براي هدايت فرايند، نسبت به كنترل فرايند از اتاق فرمان هاي معمولي با حجم اطلاعات زياد احتياج به فضاي كمتري دارد.

- قابليت تطبيق ساده و انعطاف پذير نسبت به وظايف متغير

- قابل برنامه ريزي

- نمايش با كيفيت عالي

- نگاهداري ساده

- قابل توسعه (سادگي)

مشخصه ويژه دستگاه POS امكان نمايش گرافيكي و چند جانبه در سطوح مختلف است. اين نمايش ها عبارتند از:

1-نمايش كل فرايند: نمايش بخش هاي مختلف فرايند و اعلام اشكالات آنها

2-نمايش ناحيه: نمايش جامع گروه هاي عملياتي بخشي از فرايند (ناحيه) و اعلام اشكالات انها

3-نمايش گروه: نمايش جامع عمليات حلقه هاي كنترل يك گروه مشخص يا مقادير اندازه گيري شده

4-نمايش حلقه: مسير كامل عمليات يك حلقه كنترل و مقادير اندازه گيري شده را نمايش مي دهد.

5-تصور Mimic: نمايش عمومي و شبيه سازي شده فرايند و نمايش اطلاعات جاري فرايند

6-نمايش منحني: نمايش كميت ها نسبت به زمان «امكان ثبت و نمايش 6 محني روي صفحه تصوير با دقت و درجه بالاي گرافيكي وجود دارد.»

7-تصوير مشخصه[9]: نمايش منحني مشخصه د رمحورهاي X – Y كه نشان دهنده نقاط كار جاري اجزا مهم فرايند

8-نمايش نمودار[10]: نمايش گروهي از كميت ها، (مثل درجه حرارت) كه داراي يك واحد يكسان مي باشند.

9-نمايش اخطار يا هشدار: تمام اشكالات و هشدارهاي سيستم نمايش داده مي شود و در صورت بروز اشكال با فشردن يك كليد بدون توجه به هر سطح مي توان به نمايش هشدار رجوع كرد.

يكي از قابليت هاي پيشرفته اين سيتسم استفاده از چند VDU براي نمايش اطلاعات فرايند و صفحه كليدهايشان براي انتخاب نوع تصوير مي باشد. اين وسايل مي توانند باكامپيوترهاي موجود در شبكه ارتباط داشته باشند. كامپيوترها به يك باس مركزي متصل هستند و از طريق اطلاعات كل فرايند رامنتقل مي كند. يك قابليت مهم ديگر اين سيستم طراحي اتاق كنترل بدون در نظر گرفتن اندازه كل فرايند است. اين مسئله در جايي اهميت خود را نشان مي دهدكه فرايند به تدريج و به مرور زمان تكميل گردد. چرا كه مقدار اطلاعات كه نمايش داده مي شود، فقط به تعداد كامپيوترهاي غير متمركز كه مورد استفاده قرار مي گيرند، بستگي دارد. بنابراين احتياج به تغيير سيستم نداريم. براي هر كدام از كامپيوترهاي موجود مي توان يك كامپيوتر به عنوان افزونه در نظر گرفت تا قابليت اطمينان افزايش يابد.

اجزا سخت افزار سيستم POS عبارتند از:

·رابط براي اتصال به شاهراه ارتباطي دوگانه (دوبل)

·سرويس دهنده[11] و وسايل جانبي (چاپگر، صفحه كليد، كامپيوتر و ….)

·شبكه استفاده شده در اين سيستم Ethernet مي باشد. اين شبكه معمولا داراي افزونگي است.

به وسيله شبكه LAN چندين واحد پردازشگر با صفحه كليدها، چاپگرها، و … مي توانند با هم در ارتباط باشند. ارتباط با شاهراه ارتباطي دوگانه به وسيله مدولهاي رابط كه هوشمند هستند انجام مي گيرد. بدين وسيله انتقال اطلاعات در مسير سيستم كنترل به pos و بالعكس، از مسير pos به سيستم كنترل جريان مي يابد. واحد پردازنده مركزي يك كامپيوتر پر قدرت 32 پيتي با حافظه زياد است.

تجهيزات كنترل و ابزار دقيق[12]

ايستگاه ها از مجموعه مدولهايي كه وظيفه ارتباط سيگنالها، كنترل ديجيتال و آنالوگ و همچنين نظارت بر ارتباطات بين مدولها و تشخيص عيب را بر عهده دارند، تشكيل شده اند.

 

 

 

شكل 4- ساختار يك ايستگاه با مدلهاي مختلف

شاهراه ارتباطي به طريق دو خط مجزا و ايزوله وارد ايستگاه مي شود. يك مدول تزويج[13] رابطه مخابراتي بين شاهراه ارتباطي و باس ايستگاه[14] را فراهم مي سازد. خطوط ارتباطي براي قابليت اطمينان بيشتر داراي ساختار دوتايي (دوكاناله) هستند. جريان اطلاعات در داخل ايستگاه به وسيله كنترل كننده باس ايستگاه كه كاملا خودكار و مجزا از شاهراه كار مي كند، تنظيم و كنترل مي شود. بنابراين عملكرد مستقل يك ايستگاه نيز امكان پذير است. ايستگاه ها داراي خواص زير هستند:

·ساختار مدولور

·در جاهايي كه سيستم كنترل بايد از لحاظ حجم كار محدود باشد، توابع كنترلي در يك ايستگاه قرار مي گيرند.

·امكان ارتباط هر نقطه اطلاعاتي را هر نقطه ديگر در سيستم از طريق شاهراه ارتباطي وجود دارد.

·برحسب كاربرد (اندازه گيري آنالوگ يا ديجيتال) مي توان مدول ها را در ايستگاه هاي مختلف توزيع نمود.

رابطهاي سيگنال هاي ورودي به سيستم كه كار اتصال فرآيند به باس سيستم و همچنين تبديل سيگنال ها را به عهده دارند. همانند مدولهاي ورودي سيگنال، مدولهائي براي خروج سيگنال‌ها نيز موجود مي باشد كه سيگنال روي باس را به سيگنال ولتاژ يا شدت جريان تبديل مي كند.

الف- مدول ورودي آنالوگ

اين مدول ها براي سيگنال هاي آنالوگ با جريان صفر يا 4 تا mA20، ولتاژ 0 تا 10 ولت، ترمومترهاي مقاومتي و ترموكوپل ها مورد استفاده قرار مي گيرند.

مدولهاي ورودي آنالوگ داراي قابليت هاي زير هستند:

1-منبع تغذيه براي ترانسمتيوها

2-ايزوله بودن ونداشتن تداخل با سيستم

3-آزمايش سيگنال براي بررسي خارج از محدوده بودن[15]

4-دامنه عملكرد از %50 تا %150 دامنه اندازه گيري

5-خطي كردن منحني مشخصه RTD و ترموكوپلها

6-نظارت و اعلام حدود مقدار فرايند تا 4 حد، روي يك مقدار اندازه گيري (خيلي كم، كم، زياد، خيلي زياد)[16]

7-تصحيح اندازه گيري وبي سيالوت[17] و سطح[18] (مانند جذرگيري…)

8-فيلتر كردن مقدرا اندازه گيري با خاصيت حذف اغتشاش ولتاژ براي فركانس 50Hz و هارمونيكهاي آن.

9-به عنوان يك انتخاب، مدول هاي ورودي مي توانند با فيلتر غير خطي تطبيقي مجهز شوند كه براي سيگنال هاي فرايند با اغتشاشات زياد، بهبودي عالي در كيفيت تنظيم كننده ها بوجود آورد.

10- فيلتر كردن به وسيله فيلتر درجه 1 (تمامي اين فيلترها به صورت نرم افزاراي روي مدولها نصب مي شوند)

 

 

 

شكل 5- ساختار عملياتي

ب: مدول ورودي ديجيتال

مدول هاي ورودي ديجيتال براي سوئيچ هاي ديجيتال با اتصال دو سيمه و براي سيگنال 24 ولت مستقيم در دسترس هستند. اين مدول ها داراي قابليت ها و خواص زير هستند:

- منبع تغذيه براي اتصال كنتاكتها[19]

- فيلتر كردن ارتعاشات قطع و وصل شدن كنتاكت

- نظارت بر قطع سيم ارتباط با كنتاكت

- نظارت بر قطع شدن تغذيه

- نظارت بر اتصال كوتاه به بدنه

- صفر شدن خروجي وقتي ورودي ديجيتال اشكال داشته باشد.

- نظارت بر علامت انتقال وقتي كه ورودي ديجيتال اشكال داشته باشد.

 

 

 

شكل 6- ساختار و عملكرد مدول ورودي باتري

ج- مدول خروجي سيگنال آنالوگ

اين مدول سيگنال موجود بر روي باس ايستگاه را به سيگنال لازم براي عملكرد روي رله ها و لامپها توليد مي كند و خروجي آن 48- يا 24+ است.

د- مدول خروجي ديجيتال

اين مد.ل سيگنال موجود بر روي باس ايستگاه را به سيگنال لازم براي عملكرد روي رله ها و لامپها توليد مي كند. و خروجي آن –48 يا +24 ولت است.

هـ- مدول كنترل آنالوگ و ديجيتال

كنترل ديجيتال و آنالوگ مي تواند در هر كدام از سطوح سيستم (كنترل گروهي- كنترل محرك و سطح كنترل واحد) استفاده شود. به خاطر استفاده از طراحي براساس ريزپردازنده تعداد مدول هاي مورد استفاده به طور قابل توجهي كاهش يافته و تنها يك مدول پايه نياز است. هر مدول به يك ريزپردازنده و سه حافظه مجهز است.

 

 

 

 

 

 

 

شكل 7- ساختار كلي مدول كنترل گروهي

1-حافظه براي مقادير ورودي و خروجي

2-حافظه براي بلوك هاي عملياتي

3-حافظه براي برنامه كاربر

برنامه كاربر با استفاده از بلوك هاي عملياتي (FB[20]) از مقادير ورودي استفاده كرده و مقادير خروجي را تهيه مي كند. مقادير ورودي/ خروجي از طريق حافظه ورودي و خروجي با سيستم انتقال اطلاعات در ارتباط است. بر روي هر سلول كنترل قابل برنامه‌ريزي يك برنامه تشخيص عيب اتوماتيكي فعال وجود دارد. كه به عنوان يك برنامه پشتيبان، صحت كار ريزپردازنده و محتويات حافظه را نظارت مي نمايد. حافظه ها معمولا EEPROM هستند كه در صورت قطع برق نيز محتوايشان ثابت مي ماند.

 

 

 

[1]- ASEA BROWN BOVERT

[2]- BUS

[3]- Signal condilioning

[4]- Remote BUS

[5]- Stations

[6]- Process operator station

[7]- Control Dignosis system

[8]- Video Diplay Unit

[9]- charactristic

[10]- Profile

[11]- Server

[12]- IPC Componets

[13]- Remote Bus coupler

[14]- Station BUS

[15]- Over large

[16]- Low- uery low- High- uery ligh

[17]- Flow

[18]- level

[19]- contaets

[20]- Funetional Block