یکی از مباحث اصلی پیرامون سیستم های کنترل در شناورهای تندرو، استفاده از اتوماسیون صنعتی جهت کاهش پرسنل و در نتیجه کاهش هزینه­ های ذیربط آن و همچنین کاهش خطای عملیاتی سیستم­ ها می­باشد. امروزه با گسترش سریع و فوق العاده در زمینه­ های کامپیوتری اعم از سخت افزار و نرم افزار، مخابرات دیجیتال و علم کنترل، سیستم­ های اتوماسیون به درجه بالایی از تکامل رسیده‌اند و جایگاه کلیدی در صنایع دریایی پیدا نموده‌اند. اکنون عملکرد مطلوب یک شناور تندرو در زمان عملیات تا حد زیادی به میزان کاربرد اتوماسیون در آن بستگی دارد. این امر به واسطه دسترسی به اطلاعات در شکل مناسب، اندازه مناسب، مکان مناسب و زمان مناسب برای کلیه پرسنل ذیربط از سطوح فرماندهی تا تکنسین­ های بهره برداری و تعمیرات می­باشد که امکان اتخاذ تصمیمات و راهکارهای بهتر را فراهم می‌سازد.

امروزه با ادغام سیستم‌های اطلاعاتی و اتوماسیون شاهد سیستم­ های یکپارچه اتوماسیون و اطلاعات در یک روند رو به رشد در اکثر صنایع دریایی هستیم. در همین راستا برخی شرکت­ها با توجه به اهمیت موضوع و تاثیر فراوان سیستم­ های اتوماسیون بر عملکرد شناورها (سیستم های یکپارچه اتوماسیون که در کشتی­های امریکایی تحت عنوان سیستم کنترل تجهیزات[۱] و در سایر کشورها تحت عناوینی همچون سیستم اتوماسیون یکپارچه[۲] و یا پلت فرم سیستم مدیریت یکپارچه[۳] معروف میب­اشند) سیستم­ های یکپارچه اتوماسیون مختلفی را برای شناورهای نتدرو پیشرفته ارائه نموده­ اند.

این نوشتار از دو زیر فصل تشکیل شده است. در زیر فصل اول به بررسی سطوح اتوماسیون مدرن در کشورهای صنعتی و مفاهیم پای ه­ای و مبانی طراحی شبکه­ های داده در کل، شبکه‌های صنعتی و فیلد باس­ های رایج بطور اخص پرداخته می­شود. هدف از این امر ایجاد یک فضای واحد ادراکی و ادبیات مشترک می­باشد تا مفاهیم بشکل واحد منتقل گردیده و از تعدد برداشت­ ها پیشگیری شود.

[۱] Machinery Control System (MCS)

[۲] Integrated Automation System (IAS)

[۳] Integrated Platform Management System (IPMS)


  • سطوح اتوماسیون مدرن و مفاهیم پایه ای و مبانی طراحی شبکه­ های داده صنعتی

در این زیر فصل ابتدا، سطح اتوماسیون مدرن در کشورهای صنعتی از چند دیدگاه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس مبانی شبکه­های کامپیوتری از جوانب مختلف بررسی و ارائه می­شوند. در ادامه ابتدا یک ساختار کلان برای سیستم­های اتوماسیون ارائه می­شود و سپس سیستم­های فیلد باس در این چارچوب مورد بررسی قرار می­گیرند. بخش انتهایی این زیر فصل از گزارش، به بررسی پروتکل HART و فیلدباس­های مد باس، پروفیباس و Foundation Fieldbus اختصاص دارد که در جزئیات مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته­اند.

  1.  سطح اتوماسیون مدرن در کشورهای صنعتی

سطح اتوماسیون مدرن در کشورهای صنعتی را می توان از دیدگاه­های زیر مورد مطالعه قرار داد:

  1. از دیدگاه معماری یک سیستم اتوماسیون صنعتی
  2. از دیدگاه شبکه­های صنعتی در ساختار اتوماسیون صنعتی

معماری یک سیستم اتوماسیون صنعتی مدرن

در این قسمت ابتدا روند توسعه اتوماسیون در صنایع از سیستم­های قدیمی کنترلی تا سیستم­های کنترل تحت شبکه[۱] امروزی مورد بررسی قرار می­گیرند و در ادامه ساختار متداول معماری در سیستم­های اتوماسیون بیان می­گردد.

روند توسعه سیستم­های اتوماسیون را می توان به ۵ مرحله اساسی تقسیم کرد که عبارتند از:

الف- سیستم­های کنترل ابتدائی

ب- سیستم­های بر اساس اتاق کنترل پنوماتیکی/ الکترونیکی

ج- سیستم کنترل دیجیتال[۲] (DDC) (بر اساس main frame)

د- سیستم کنترل توزیع شده ((DCS

ه- سیستم کنترل تحت شبکه (FCS)

[۱] Fieldbus Control System

[۲] Direct Digital Control

 

picشکل ۱: روند تکاملی سیستم­های کنترل

در ادامه توضیح مختصری درباره هر یک از این روش­ها ارائه می­شود:

الف- سیستم­های کنترل ابتدایی

در اولین سیستم­های کنترل در صنایع مختلف، در هر قسمت از پروسه اپراتورهای جداگانه­ای عملیات مانیتورینگ و کنترل را انجام میدادند. در این گونه سیستم­های کنترلی، عملکرد و بازده فرآیند وابسته به تجربه و مهارت اپراتور بود. این نحوه کنترل در شناورهای اولیه کاربرد داشت که به دلیلی عدم اهمیت از توضیح بیشتر پیرامون آن خودداری می­شود.

ب- سیستم­های کنترل پنوماتیکی/ الکترونیکی

با پیشرفت تکنولوژی و توانایی ارسال اطلاعات بصورت پنوماتیکی، کنترل فرآیند به اتاق کنترل منتقل شد و دیگر نیازی به حضور اپراتور در محل پروسه و انجام اعمال کنترلی نبود.

بعد از جنگ جهانی دوم کنترلرهای الکترونیکی جایگزین کنترلرهای پنوماتیکی شدند. در این سیستم­ها به دلیل کاهش قیمت سنسورهای الکترونیکی، تعداد نقاط اندازه­گیری افزایش یافت و به دلیل کاهش اندازه کنترلرها تعداد زیادی از این کنترلرها روی یک صفحه کنترلی نصب و اعمال کنترلی از این طریق انجام می گرفت.

ج – سیستم کنترل دیجیتال (DDC)

به دنبال ظهور کامپیوترهای دیجیتال و توسعه تکنولوژی آن و همچنین کاهش قیمت آن، استفاده از کامپیوترها برای کنترل فرآیند بصورت وسیع آغاز شد که استفاده از این تکنولوژی منجر به اتاق کنترل­های متمرکز بر اساس کامپیوترهای main frame شد. در این سیستم یک کامپیوتر به عنوان مرکز کنترل وجود داشت و سیگنال­های ورودی و خروجی مستقیماً با کابل کشی از طریق کارت­های الکترونیکی به کامپیوتر متصل می­گردید.

این گونه سیستم­ها مشکلات زیادی مانند حجم و هزینه کابل کشی بالا، نیاز به طراحی مهندسی قوی و هزینه بالا جهت انجام تغییرات در ساختارهای کنترلی به همراه داشتند ولی مشکل اصلی در این گونه سیستم­ها این بود که وقوع هر مشکل و یا ایرادی در کامپیوتر مرکزی موجب قطع کل فرآیند می‌شد.

 

pic_2شکل ۲: نحوه عملکرد سیستم­های DDC

pic_3شکل ۳: سیستم­های DDC در شناور رزمی

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است استفاده از این روش کنترلی در ساختار کنترلی سیستم­های شناور سبب می­گردید که در صورت آسیب به سیستم اصلی کل فرآیند کنترل شناور مختل گردد. لذا این سیستم کنترل به هیچ عنوان برای یک شناور رزمی مناسب نمی­باشد.

 

pic_4

شکل ۴: مشکل اساسی سیستم­های DDC در شناور رزمی

د- سیستم کنترل توزیع شده (DCS)

به دنبال مشکلاتی که برای سیستم­های مبنی بر DDC ایجاد می­شد، ایده استفاده از کنترلرهای فرآیند بصورت گسترده (distributed) مطرح شد. در اینگونه سیستم­ها، کارهای کنترلی بین چند کامپیوتر بصورت گسترده انجام می­گیرد. یک نتیجه منطقی از ایجاد این سیستم این است که بروز ایراد در هر یک از کامپیوترهای کنترلرها، موجب انتشار خطا در کل فرآیند نخواهد شد.

pic_5

شکل ۵: نحوه عملکرد سیستم­های DCS

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است استفاده از این روش کنترلی در ساختار کنترلی سیستم­های شناور سبب می­گردید که در صورت آسیب به بخشی از تجهیزات یا سیستم کنترلی، سایر سیستم بتوانند فعالیت مورد نظر خود را انجام دهند.

pic_6شکل ۶: رفع مشکل سیستم­های DDC با ظهور سیستم­های DCS در شناور رزمی

ه- سیستم کنترل تحت شبکه (FCS)

FCS مخففControl System fieldbus است. با پیشرفت پردازشگرهای دیجیتال از سال ۱۹۸۰، سنسورهای هوشمند با قابلیت پردازش ارائه گردید و این اندیشه قوت گرفت که به جای اتصال ترانسمیترها و محرک­ها به Remote I/O آنها را مستقیماً به شبکه وصل کنند. بعلاوه وقتی وسایل فیلد دارای پردازشگر باشند میتوان برخی فانکشن­های ساده کنترلی را به آنها محول کرد و لزومی به اجرای این فانکشن­ها توسط کنترلر مرکزی نیست. این امر علاوه بر اینکه بار کنترلر اصلی را کاهش می­دهد، قابلیت اطمینان سیستم را به دلیل استفاده از وسایل هوشمند توزیع شده افزایش می­دهد. لذا این ساختار کنترلی به دلیل مزایای اشاره شده در بالا برای یک شناور رزمی ایده آل می­باشد. سیر تکاملی سیستم­های کنترلی از DDC تا FCS در شکل زیر نشان داده شده است.

pic_7

شکل ۷: سیر تکاملی تکنولوژی در سیستم­های کنترل

 

کلیدواژه ها : ,,

این خبر را به اشتراک بگذارید :