مقاله کنترلرهای صنعتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله کنترلرهای صنعتی دارای ۲۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله کنترلرهای صنعتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله کنترلرهای صنعتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله کنترلرهای صنعتی :

کنترلرهای صنعتی

مقدمه:
در اوایل دهه ۱۹۶۰ ادوات وکنترلر های الکترونیکی جایگزین کنترلرهای نیوماتیکی شدند که از مزایای این کنترلر هامی توان سرعت و دقت زیاد و کم حجم بودن آنها را نام برد. طولی نکشید که کامپیوترهای دیجیتال که قابلیت پردازش لوپها ی کنترلی را داشتند، جایگزین کنترلرهای الکترونیکی شدند. کامپیوتر مرکزی پس از دریافت تمام متغیر های پروسسی از طریق ورودیها و

دستورات صادره توسط اپراتور از طریق صفحه کلید ، آنها را طبق برنامه کنترلی از قبل نوشته شده پردازش و نتایج این پردازش را از طریق خروجیها به محرکهای نهایی کنترل اعمال می کنند. این نوع کنترل اصطلاحا DDC (Direct Digital Control) نامیده می شود و در آن اپراتور توسط یک صفحه کلید و یک نمایشگر VDU(Visual Display Unit) با سیستم ارتباط بر قرار می

کند. کامپیوتر مرکزی قابلیت پردازش حجم زیادی از متغیر های زمانی وپروسسی را دارد ولی با افزایش بیش از حد این اطلاعات، سرعت و کارایی کامپیوتر پایین آمده و به کامپیوتری با ظرفیت و سرعت زیاد نیاز می شد و اگر کامپیوتر مرکزی از کار می افتاد باعث از کار افتادن کل سیستم کنترلی و پروسس می شد.

کنترل و اتوماسیون یکی از مهمترین مباحث نیروگاهها می‌باشد. بطور کلی سه عضو اصلی هر سیستم کنترلی، واحد اندازه‌گیری و واحد تغییردهنده کمیت(Actuator) و کنترلر می‌باشند. دو عضو اول در فیلد (جایی که سیستم اصلی وجود دارد) و عضو سوم معمولا” در اتاق کنترل می‌باشد.مساله مهم در روند کنترل به شکل فوق، موضوع سیگنالها می‌باشد؛ سیگنالهایی که بین دستگاه کنترل‌کننده و دستگاههای نصب شده در فیلد، رد و بدل می‌شوند. به منظور سهولت استفاده از کنترل‌کننده‌ها در صنایع مختلف، لزوم وجود یک استاندارد برای تعریف ماهیت سیگنالهای مزبور، از مدتها قبل حس شده بود. ابتدا در سالهای دهه ۵۰ ، بصورت استاندارد ، از سیگنالهای بادی با فشار بین ۳-۱۵ psi برای این منظور استفاده می‌شد. با گسترش الکترونیک و با توجه به مشکلات روش قبلی، در دهه هفتاد میلادی، استفاده از سیگنالهای جریانی ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر برای کار سیگنالینگ ، معرفی گردیدند. گرچه در این سالها از سطوح ولتاژ و جریانهای دیگری نیز، خارج از استاندارد فوق استفاده می شد، اما رفته رفته، با توجه به مزایای این روش، سایر روشها کنار گذاشته شد. یکی از مهمترین مزایای کاربرد حلقه جریانی ۲۰- ۴ میلی‌آمپر، مصونیت بالای آن نسبت به نویز بود.
در دهه ۹۰ سنسورهای هوشمند (smart) پدید آمدند که علاوه بر عملکرد یک ترانسمیتر و یک ترانسدیوسر، با بهره‌گیری از تکنولوژی میکروپروسسور، در خود عملیات دیگری همچون کالیبراسیون، عیب‌یابی، تبدیل واحد اندازه‌گیری و نیز بعضی از عملیات کنترلی را می‌توانستند انجام دهند.

با توسعه شبکه‌های کامپیوتری و مفاهیم آن، ایده استفاده از این تکنولوژی در پروسه کنترل صنعتی بوجود آمد و فیلدباس (Field bus) به این صورت، شکل گرفت. فیلدباس یک پروتکل ارتباطی بین سنسورهای هوشمند است که توسط آن، سنسورها و سایر اجزای کنترلی در فیلد، یک شبکه محلی LAN را تشکیل داده‌اند. مشخصات اصلی فیلدباس بصورت زیر بیان می‌شود:

جایگزین دیجیتالی روش سنتی انتقال اطلاعات حلقه جریانی ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر است.
کنترل، آلارم ، منحنیهای عملکردی (Trend) و سایر عملیات، توسط فیلدباس، بین اجزای کنترلی ، توزیع می‌شود.
دستگاههای ساخته شده توسط هر کمپانی، با رعایت استاندارد فیلدباس، قابلیت کار با هم و در کنار هم را داشته باشند.

Open system است، به این معنی که بدون هیچگونه لیسانسی، کلیه اطلاعات و جزییات آن برا همگان در دسترس است.

دستگاهها و سنسورهای مورد استفاده در فیلدباس از نوع smart هستند. اما کلیه سنسورهای smart موجود ، قابل استفاده در فیلدباس نیستند. فیلدباس یک سیستم کامل است که عملیات کنترل را بین دستگاههای نصب شده در فیلد، توزیع می‌کند و همزمان امکان تنظیمات و تغییرات و نظارت را در اتاق کنترل، توسط خطوط ارتباطی شبکه‌ای، فراهم می‌سازد. فیلدباس بعبارت کوتاهتر، جایگزین روش سنتی ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر و کنترل DCS که در آن پروسه کنترل، به عهده یک یا چند کنترلر بصورت متمرکز قرار دارد، شده است.

در شکل زیر به صورت گرافیکی تفاوت بین مفهوم DCS و Fieldbus را می‌توان مشاهده نمود. شکل سمت راست مربوط به فیلدباس و شکل سمت چپ ، مفهوم DCS را نشان می‌دهد.

سیر تکامل سیستمهای کنترلی:
در اوایل دهه ۱۹۶۰ ادوات وکنترلر های الکترونیکی جایگزین کنترلرهای نیوماتیکی شدند که از مزایای این کنترلر هامی توان سرعت و دقت زیاد و کم حجم بودن آنها را نام برد. طولی نکشید که کامپیوترهای دیجیتال که قابلیت پردازش لوپها ی کنترلی را داشتند، جایگزین کنترلرهای الکترونیکی شدند. کامپیوتر مرکزی پس از دریافت تمام متغیر های پروسسی از طریق ورودیها و دستورات صادره توسط اپراتور از طریق صفحه کلید ، آنها را طبق برنامه کنترلی از قبل نوشته شده پردازش و نتایج این پردازش را از طریق خروجیها به محرکهای نهایی کنترل اعمال می کنند. این نوع کنترل اصطلاحا DDC (Direct Digital Control) نامیده می شود و در آن اپراتور توسط یک صفحه کلید و یک نمایشگر VDU(Visual Display Unit) با سیستم ارتباط بر قرار می کند. کامپیوتر مرکزی قابلیت پردازش حجم زیادی از متغیر های زمانی وپروسسی را دارد ولی با افزایش بیش از حد این اطلاعات، سرعت و کارایی کامپیوتر پایین آمده و به کامپیوتری با ظرفیت و سرعت زیاد نیاز می شد و اگر کامپیوتر مرکزی از کار می افتاد باعث از کار افتادن کل سیستم کنترلی و پروسس می شد.

DCS در واقع تکمیل شده و توسعه یافته سیستم کنترل مرکزی یا همان DDC می باشد، که سطوح مختلف کنترلی در آن بیشتر و تکمیل تر می باشد. در این سیستم متغیر های اندازه گیری شده توسط سیگنالهای آنالوگ (ولتاژ،جریان و;) به کارتهای ورودی DCS منتقل و این سیگنالها پس از تبدیل به معادل دیجیتال جهت پردازش وارد سیستم مرکزی کنترل می شوند و در رابطه با سیگنالهای خروجی نیز نتایج پردازنده مرکزی کنترل بصورت دیجیتال به کارتهای خروجی ارسال و در آنجا

پس از تبدیل این سیگنالها به آنالوگ،به محرک ها اعمال می شوند. در پایین ترین سطح این سیستم (Process Controller) کار اندازه گیری متغیر های پروسسی، کنترل لوپها توسط کنترلر های میکروپروسسوری، اجرای Logic ها ، جمع آوری اطلاعات و آنالیز آنها ، محاسبات و ارتباط با وسایل و ادوات دیگر انجام می شود .

کارهای انجام شده در پایین ترین سطح توسط اپراتورها قابل کنترل بوده و توسط یک Supervisor مشاهده و قابل ثبت می باشد. در سیستم DCS از کار افتادن هریک از قسمتهای کنترلی تاثیر آنچنانی بر پروسه کنترلی نداشته است و حتی با از کار افتادن سطوح بالا، سطوح پایین که شامل Process Controller ها می باشد، می تواند کار کنترلی را ادامه دهد. در DCS سیگنال راه اندازه گیری شده و سیگنال ارسالی به ادوات توسط یک جفت سیم به ورودی و خروجیهای Process Controller وصل می شوند و ارتباط این سطح باسطوح دیگر از طریق بزرگراههای اطلاعاتی و شبکه خاص خود سیستم (Data Highway & Plant Network)

صورت می گیرد و باعث کاهش هزینه سیم کشی و امکان اضافه نمودن ادوات بیشتر و ارتباط ادوات اضافه شده با ادوات موجود از طریق این بزرگراههای ارتباطی را می دهد و بدین ترتیب توسعه سیستم آسانترو با کمترین هزینه صورت می گیرد.

اساس کار کنترلرهای PLC میکروپروسسوری بوده و شبیه سیستمهای کنترل مرکزی و DCS عمل می کنند ولی با قابلیت های محدودتر و کمتر. این نوع کنترلر ها جهت کنترل قسمتی از پروسس واحد که می تواند مستقل از کل واحد کار کرده و پروسه پیچیده ای ندارد، بکار رفته و جایگزین رله ها و تایمرهای الکترومکانیکی شده و جهت اجرای برنامه های ترتیبی(Sequential) و گسسته (Discrete System) استفاده می شوند. با وجود پیشرفتهای زیادی که تا کنون در زمینه ساخت و بکارگیری سیستم های کنترلی صورت گرفته ولی کنترلرهای PLC هنوز کاربرد داشته و همراه سیستمهای جدید بخشی از واحد پروسسی را کنترل می کنند.

معرفی سیستم کنترل Fieldbus:
جدیدترین تکنولوژی سیستم کنترل دردنیا می باشد ، که بعد از DCS به بازار آمده است. استاندارهایی در ارتباط آنالوگ(۴-۲۰mA و یا ۱-۵V ، برای سیگنال الکترونیکی و ۳-۱۵psi برای سیگنال نیوماتیکی) جهت انتقال سیگنال کنترل و ابزارهای اندازه گیری ، از ادوات فیلد به اتاق کنترل وجود دارد. اما Fieldbus یک ارتباط دیجیتال با پروتکل خاص خود می باشد. این پروتکل متفاوت با سایر پروتکل ها می باشد، زیرا در پروتکل های دیگر هدف فقط انتقال اطلاعات بوده ولی در طراحی پروتکل FCS اهداف کنترلی و کاربرد فرایند های فرایندی منظور شده و هدف صرف ارتباط دیجیتال نمی باشد.بحث ارتباط هوشمند در اواسط دهه ۸۰ ، تحول مهمی در زمینه ارتباط دیجیتال ایجاد کرد. به بیان ساده ، Fieldbus یک شبکه ارتباطی دو طرفه سریال و تمام دیجیتال با پروتکل Multi-drop ما بین ادوات و وسائل ابزار دقیقی هوشمند فیلد
(Intelligent Field Device)همچون سنسورها (Sensors) ، عملگرها (Actuators) ، ترانسمیترها (Transmitters) و; با کنترلر و کنترل مرکزی می باشد و هدف در این سیستم توزیع کار کنترلی و استراتژی کنترل در کل ادوات فیلد می باشد.
IEC(International Electrotechnical Commission) پروتکل های زیر را برای فیلد باس معرفی کرده است:
Foundation Fieldbus and HSE
Controlnet
Profibus and Profinet
P-NET
WordFIP

INTERBUS
SwiftNet
Foundation Fieldbus) FF) ))از استاندارهای معروف فیلد باس است که در سال ۱۹۹۴ جهت اهداف زیر معرفی شدو این بخش به تو ضیح در مورد این استاندارد اختصاص دارد:

۱ ترقی دادن فیلد باس و گسترش آن هم برای راحتی مصرف کننده و هم برای تولید کننده
۲ رسیدن به یک استاندارد مناسب و هماهنگ

به دلیل سرعت تحولات و پیشرفت صنعت، بخصوص صنعت کنترل، سریع بوده و روز به روز سیستمهای پیشرفته تری تولید می شود و سیستم های قبلی و قدیمی (Pneumatic&DCS) از رده خارج می شوند، لذا از نظر آینده نگری و خصوصا از نظر اقتصادی طبیعی. منطقی به نظر می رسد که بجای انتخاب سیستمی که در حال از رده خارج شدن می باشد و در سه یا چهار سال آینده مشکل قطعه یدکی و سرویس دهی از طرف سازندگان را خواهد داشت، سیستمی را انتخاب کرد که حداقل با این سرعت پیشرفت تا دو دهه دیگر نگرانی مشکلات تعویض و از رده خارج شدن را نداشته باشد.شبکهFieldbus شبیه LAN بوده و ترکیبی از سگمنتها می باشد و هر سگمنت به یک کارت کنترلی به نام H1 متصل می باشد و قابلیت اتصال چند وسیله ابزار دقیقی را فقط با یک جفت سیم فراهم می کند وجایگزین سیستم

Tranditional point-to- point) 4-20mA)شده است که برای هر تجهیز فیلد یک جفت سیم بکار می رود.سیگنال Fieldbus به وسیله سوار شدن بر روی یک ولتاژ مستقیم که وظیفه تغذیه ادوات Fieldbus را دارد، منتقل می شود. انجام این کار بوسیله دستگاهی به نام Power Conditionکه مابین منبع تغذیه و شبکه Fieldbus قرار دارد، صورت می گیرد و کنترل این تبدیل از طریق سیستم برنامه ریز گذرگاه به نام

LAS(Link Active Scheduler)انجام می شود. سیگنالهای FCS با استفاده از یک تکنیک خاص، تبدیل به کد می شود. این سیگنال “ سیگنال سنکرون “ نامیده می شود.
معرفی دو استراتژی Field bus و DCS:
فیلدباس یک پروتکل ارتباطی است که باید استاندارد گردد تا بصورت جهانی، مورد قبول و استفاده در آید. فیلدباس همانگونه که گفته شد یک سیستم ارتباطی دیجیتالی دو طرفه را جایگزین روش سنتی ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر می‌کند. مزایای استفاده از این سیستم ارتباطی جدید را می‌توان بصورت زیر درنظر گرفت:

دقت و اقابلیت اطمینان بیشتر اطلاعات رد و بدل شده
امکان دسترسی متنوع‌تر به یک سنسور
امکان عیب‌یابی و پیکربندی از راه دور
کاهش حجم سیم‌کشی
امکان استفاده از سیم‌کشی فعلی

قابلیت اطمینان و دقت این سیستم از آنجا ناشی می‌شود که سنسورها مجهز به میکروپروسسور هستند و مثلا” در یک حلقه کنترلی، میکروپروسسورهای موجود در سنسور و شیرهای کنترلی، مستقیما” با یکدیگر اطلاعات را بصورت دیجیتالی رد و بدل می‌کنند و نه به کمک مبدلهای A/D و D/A که خود منجر به بروز خطا می‌شود. مزیت انتقال دیجیتالی در آن است که نویزهای موجود، به هیچ وجه نمی‌توانند کمیت منتقله را دچار تغییر نمایند.

امکان دسترسی متنوع به یک سنسور هم به این معنی است که مثلا” سنسور فشار که وظیفه اصلی آن اندازه‌گیری فشار است، همزمان می‌تواند دمای پروسه را هم اندازه‌گیری کرده و انتقال دهد.
تنظیمات و پیکربندی(Configuration) دستگاهها و همچنین کالیبره کردن آنها براحتی و از اتاق کنترل میسر است.کاهش حجم سیم‌کشی نیز با توجه به آنکه، همگی یا گروهی از سنسورها بر روی فقط یک کابل دو رشته نصب شده‌اند و نیازی به سیم‌کشی مجزا برای هر سنسور تا اتاق کنترل نیست، مشهود می‌باشد.

بسیاری از پروتکلهای فعلی سنسورهای هوشمند (smart) غیر فیلدباس، مختص فقط کمپانی سازنده خود است. استفاده از این محصولات، باعث وابسته شدن مصرف‌کننده به یک شرکت خاص است و اگر در طرح توسعه، نیاز به سنسوری خاص باشد که آن شرکت نداشته باشد، مصرف‌کننده مجبور است به ۴ تا ۲۰ میلی آمپر برگردد. اما یک سیستم باز (Open system) ، چیزی دقیقا” مخالف مورد بالاست. در یک سیستم باز، آخرین استانداردها براحتی در دسترس همگان است و

شرکتهای متعدد می‌توانند سنسورها و تجهیزات خود را مطابق آن ساخته و به دست مصرف‌کننده برسانند. مطابق این استاندارد و وجود استاندار ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر باعث شده است که سنسورها و تجهیزات مطابق این استاندارد، بتوانند بدون هیچگونه مشکلی کار کنند. این موضوع را انطباق و یا توانایی کار با هم گویند (Interoperability) . فیلدباس این موضوع را نیز پشتیبانی می‌کند.سیستمهای فیلدباس برای ایجاد ارتباط بهتر بین وسایل سطح field و واحد کنترل، درصنعت بوجود آمدند.

نگاهی به روش قدیمی‌تر انتقال اطلاعات، ما را با ضرورت استفاده از باس آشنا می سازد. پس از کنترلرهای پنیوماتیکی و همزمان با استفاده از کنترلرهای الکتریکی، مقدار استاندارد جریان ۴ تا ۲۰ میلی آمپر برای انتقال اطلاعات آنالوگ بصورت استاندارد پذیرفته شد. در این کنترل کننده ها برای هر کدام از وسایل سطح فیلد، باید یک جفت سیم از اتاق کنترل کشیده می شد و ارتباط از طریق این سیمها فقط در یک جهت انجام می شد. با پیشرفت تکنولوژی از شبکه های باس برای انتقال اطلاعات کنترل کننده های دیجیتالی جدید و ابزار دقیق هوشمند استفاده می شد.