ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ - DCS (DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS)

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ - DCS (DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS)

2 ΕΜΠΟΡΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ (DCS) Οι καθημερινά αυξανόμενες απαιτήσεις στον τομέα του αυτοματισμού, έχουν προκαλέσει την τελευταία δεκαετία ριζική αναμόρφωση τόσο στον εξοπλισμό όσο και στις τεχνικές αυτομάτου ελέγχου. Η γνωστή και συμβατική τεχνική ελέγχου που βασίζεται στο μοντέλο ενός κλειστού βρόγχου (closed control loop), αντικαθίσταται πλέον από την τεχνική των συνθέτων βρόγχων (composite control loop) εξασφαλίζοντας έτσι: Μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στον αυτοματισμό. Ορθολογική συγκρότηση ενός έργου. Μείωση κόπου και βελτίωση συνθηκών εργασίας. Βελτίωση της ποιότητας παραγωγής και προϊόντων. Ταχύτατη απόσβεση επενδυτικών δαπανών.

3 Η παραπάνω εξέλιξη απαιτεί τον σχεδιασμό οργάνων και συστημάτων ελέγχου εφοδιασμένων με αλγόριθμους ικανούς για την: Αυτοματοποίηση ομαδικών διεργασιών (batch processing). Υποστήριξη του ήδη εγκατεστημένου περιφερειακού εξοπλισμού στο πεδίο. Διασφάληση των απαιτούμενων προστατευτικών μέτρων λειτουργίας (interlocks). Ικανοποίηση προτύπων διαδικασιών σχεδιασμένων από τον χρήστη. Τα πρώτα συστήματα παραγωγικού ελέγχου (process control systems) που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία λειτουργούν σαν εξειδικευμένες μονάδες κεντρικού ελέγχου DDC (direct digital control) που διαθέτουν την κύρια υπολογιστική μονάδα και έναν αριθμό από ακροδέκτες λήψεως και εκπομπής σημάτων από και προς το πεδίο

4 Τα συστήματα αυτά προβαίνουν σε περιοδική σάρωση (scanning) όλων των εισερχόμενων μετρήσεων και καταστάσεων, στη συνέχεια επεξεργάζονται αυτές τις πληροφορίες με τη βοήθεια του software και του λεοτουργικού (firmware) που διαθέτουν και τέλος ενεργούν διορθωτικά, όπου χρειάζεται στο πεδίο. Αποτέλεσμα μιας τέτοιας ακολουθίας, είναι ένας μεγάλος και κυμαινόμενος χρόνος απόκρισης από 5-10 δευτερόλεπτα και άνω, εξαρτώμενος από δύο βασικούς παράγοντες: α. Την ταχύτητα σάρωσης του συστήματος. β. Το πλήθος των εισερχόμενων παραμέτρων. Το σύστημα DCS εισάγει μια νέα αντίληψη αρχιτεκτονικής ελέγχου, καταργώντας την ύπαρξη μιας μοναδικής κεντρικής υπολογιστικής μονάδας. Βασικό του χαρακτηριστικό είναι ο καταμερισμός του "νοήματος" μέρους του συστήματος σε αυτόνομους σταθμούς ελέγχου.

5 Με τη διάταξη αυτή επιτυγχάνονται τρία μεγάλα πλεονεκτήματα: 1. Αυτοτέλεια του κάθε σταθμού του DCS, ο οποίος μπορεί να λειτουργεί on-line ή off-line προς τις υπόλοιπες, ενεργώντας σαν αυτοδύναμη υπολογιστική μονάδα. 2. Αποδέσμευση του χρόνου απόκρισης του συστήματος από το πλήθος όχι μόνο των εισερχόμενων μεταβλητών, αλλά και από το πλήθος των μονάδων που προσθαφαιρούνται πάνω στην κεντρική αρτηρία (bus) του συστήματος, αφού δεν γίνεται πια σάρωση των ακροδεκτών από τον κεντρικό σταθμό. 3. Όλες οι μονάδες που συγκροτούν το DCS, κατέχουν το ίδιο επίπεδο προτεραιότητας, αφού όλες οι κρίσιμες λειτουργίες περατώνονται επί τόπου στους αυτόνομους σταθμούς ελέγχου.

6 Ένα τρίτο χαρακτηριστικό είναι η ευκολία με την οποία ο χρήστης μπορεί να έχει προσπέλαση στις εποπτικές λειτουργίες του συστήματος. Αυτό μεταφράζεται σε μια αλληλουχία ενεργειών (πληκτρολογήσεις, επιλογή απεικονίσεων στη οθόνη, ανάκληση πληροφοριών) που κανονικά δεν πρέπει να υπερβαίνει τις τρεις κινήσεις. Το 1975 εμφανίζονται στη διεθνή αγορά τα πρώτα εμπορικά συστήματα DCS που απλά ονομάζονται Συστήματα Κατανεμημένου Ελέγχου. Οι πρώτες εταιρείες που παρουσίασαν τέτοια συστήματα είναι η HONEYWELL και η YOKOGAWA και κατάφεραν να καθιερώσουν μία νέα αντίληψη στον αυτοματισμό και σύντομα υποχρέωσαν και άλλες εταιρείες να κατασκευάσουν αντίστοιχα συστήματα όπως η FOXBORO, η Siemens κ.α. Στο κεφάλαιο αυτό θα παρουσιαστούν μερικές εφαρμογές αυτών των συστημάτων προκειμένου οι αναγνώστες να αποκτήσουν μια γενική εικόνα.

7 Το σύστημα TDC-3000 της Honeywell

8 Bασικός ελεγκτής (Basic Controller - BC): Περιέχει 16 bit μικροεπεξεργαστή της General Instruments CP1600, για αναλογικό έλεγχο βρόγχων με ανάδραση. Ο ελεγκτής δέχεται μέχρι 16 αναλογικά σήματα, επεξεργάζεται τα σήματα με έναν από τους 28 αλγόριθμους (ready-made), αποθηκευμένους στην PROM και παράγει 8 αναλογικές εξόδους. Ελεγκτής επέκτασης (Extended Controller): Xρησιμοποιεί αναλογικά και ψηφιακά σήματα στην είσοδο/έξοδο και χρησιμοποιείται όπως ο βασικός. Ελεγκτής πολλαπλών λειτουργιών (Multifunction Conroller): Ονομάζεται και ελεγκτής παρτίδας (Batch controller). Χρησιμοποιείται για έλεγχο ασυνεχών ή μηκανονικών διεργασιών. Περιέχει hardware για την επεξεργασία των αναλογικών-ψηφιακών σημάτων εισόδου από τις συσκευές με αλγόριθμους και για την αποστολή τους πίσω στις συσκευές ελέγχου.

9 Ο ελεγκτής παρτίδας έχει τη δυνατότητα να χειρίζεται 32 αναλογικές εισόδους, 72 αναλογικές εξόδους και 64 εισόδους μετρητών. Υπάρχει PROM με διαγνωστικά προγράμματα. Γίνεται έλεγχος των λειτουργιών του ελεγκτή και διαβιβάζονται στον χειριστή του αντίστοιχου τοπικού σταθμού. Επίσης τα αποτελέσματα εμφανίζονται σε LED's στον ελεγκτή Universal Station Ηistory module Application module Computing modules Gateways Reserve Controller Director (RCD): Process Interface Units (PIU) Data Highway (DH)

10 Highway Traffic Director (HTD) Data Highway Port to Programmable Controllers Βαsic operator Station (ΒΟS) Σταθμός αναβάθμισης λειτουργιών (Enchanced Operator Station - EOS) Σε σύγκριση με το βασικό σταθμό λειτουργίας το enchanced operator station προσφέρεται για : Παρακολουθηση μέχρι 1500 μεταβλητών από ένα σταθμό λειτουργίας Γραφικές απεικονίσεις, συμπεριλαμβανομένων απεικονήσεων παλαιών αποδόσεων. Τάσεις απεικονίσεων σε πραγματικό χρόνο για προσαρμογή σε βέλτιστο απόδοση. Αυτόματη αναφορά σε τυπωμένο αντίγραφο (free format).

11 Απλοποιημένη σε βάθος διαδοχικές οδηγίες και παρακολούθησης batch συνταγών. Ευέλικτο υπολογισμό. Εποπτικό Σύστημα Λειτουργίας (The Supervisory Operating Center - SOC)

12 Σύστημα DCS για Batch Control και Ανάμειξης Υγρών Διάγραμμα Θερμικής Αντίδρασης Παχύρευστων Υγρών

13 Διάγραμμα με Συσκευές Ελέγχου για Batch Control

14 ΣΕΙΡΑ ΦΑΣΕΙΣ ΣΤΑΔΙΑ Μ Ο Ν Α Δ Α Προετοιμασία μονομερούς Batch αντίδραση Μηδενισμός Προθέρμανση Φόρτωση Μαγείρεμα Εκφόρτωση Αναφορά Εισροή μονομερούς Εισροή καταλύτη Εισροή νερού Διαίρεση της διεργασίας

15 Ο TDC batch Controller ελέγχει την εκτέλεση της σειράς της διεργασίας ακολουθώντας τις εντολές του προγράμματος. Ελέγχει και παρακολουθεί τις παραμέτρους (θερμοκρασία, ροή, πίεση, στάθμη κλπ), μεταφέρει τις πληροφορίες στην διεργασία και παρακολουθεί υπερβάσεις από τα alarms. Ο batch ελεγκτής επίσης, συντονίζει ολόκληρη την λειτουργία του εργοστασίου. Οι batch ελεγκτές παρακολουθούνται και επανεπεξεργάζονται από τον χειριστή με την βοήθεια γραφικής οθόνης και πληκτρολόγιο από το σταθμό ελέγχου στα TDC Βus (δίκτυο μεταφοράς). Το ΤDC 3000 batch controll είναι μέλος της ολοκληρωμένης σειράς του TDC 3000 process management systems.

16 Πλεονεκτήματα αξιόπιστου BATCH CONTROL H ακριβής όπως και ο έλεγχος θερμοκρασων, πιέσεων ελαχιστοποιεί την παραγωγή υλικών εκτός προδιαγραφών και γενικά διατηρεί την σταθερότητα batch-to-batch διεργασιών. Προσφέρει καλύτερο τρόπο αντίδρασης σε έκτακτες περιπτώσεις και συνολική πληροφόρηση του management. Επίσης μπορεί να συνδεθεί με τον υπολογιστή απλής διεργασίας για συνολικό εποπτικό έλεγχο.

17 Συνοπτικός πίνακας προδιαγραφών του ΤDC DC 3000 Είσοδοι (Inputs) 32 αναλογικές (analogue) 256 ψηφιακές (digital) 64 από απαριθμητές (from counters) Έξοδοι (Outputs) 72 αναλογικές (analogue) 128 ψηφιακές (digital) Διαγνωστικά Στο PROM, προγράμματα ενημερώνουν τον χειριστή και επίσης απεικονίζονται σε LEDs. Τα διαγνωστικά εκτελούνται είτε κάθε δευτερόλεπτο ή σύμφωνα λογικές εντολές. Προαιρετική σύνδεση με Διάδρομο Πληροφοριών (data highway) CPU 16-bit NMOS συσκευή RAM 8K words + 8K σε εφεδρική θέση PROM 36K words A/D conversion 12-bit D/A conversion 10-bit μετατροπή σε 4-10 ma ρεύμα πηγής Τοπικός σταθμός χειρισμού (Local batch operator station) 23cm (14 inch) έγχρωμη οθόνη. Τύπος καλωδίου: τυλιγμένο ζεύγος καλωδίου με οπτικό απομονωτή στα άκρα.