سیستم کنترل FCS

انجمن ابزار دقیق آمریکا در سال 1985 استانداردی را در خصوص ارتباط دیجیتال دو طرفه مابین سیستم‌های کنترل و ابزار دقیق پایه‌گذاری نمود که از آن به عنوان استاندارد لایه فیزیکی فیلد باس نام برده می‌شود.
پس از اینکه سیستم فیلد باس و استانداردهای مربوط به آن پا به عرصه وجود نهادند، سیستم‌های کنترلی به صورت کاملا توزیع شده مدیریت می‌شوند.
فیلدباس، یک پروتکل مخابراتی استاندارد، که موجب ارتباط مابین تجهیزات اتاق کنترل و سایت گردیده و با توجه به یکسان بودن پروتکل در این شبکه موجب اتصال محصولات شرکت‌های گوناگون در شبکه فیلدباس و عملکرد آنها می‌شود. علاوه بر قابلیت ارتباط سیگنال‌ها بین تجهیزات ابزار دقیق و کنترلی در اتاق کنترل و سایت همچنین فیلدباس منابع تغذیه مورد نیاز تجهیزات را از طریق یک جفت سیم مهیا می‌نماید که این مورد سبب صرفه‌جویی زیادی در هزینه‌های سیم کشی و سینی‌های نگهدارنده کابل می‌شود.

تحولاتی که سیستم Fieldbus موجب آن‌ها شده است

سیستم فیلدباس به عنوان نسخه جدید و پیشرفته‌تر DCS، انقلابی را در صنایع مختلف بر پا کرده است. ولی این دو سیستم تفاوت‌های اساسی با هم دارند که در زیر به مهمترین آنها اشاره می‌کنیم.

تفاوت سیستم کنترل FCS و DCS

سیستم DCS یک سیستم نیمه توزیع یافته به حساب می آید و FIELD BUS یک سیستم کاملا توزیع یافته.
DCS یک سیستم نیمه دیجیتال و FIELD BUS یک سیستم تمام دیجیتال است.
سیستم FIELD BUS یک ساختار کامل برای کنترل فرآیند به حساب می آید و در مقایسه با سیستم DCS پیچیدگی کمتری دارد. سیستم‌های FIELD BUS با توجه به اینکه اساسا دیجیتال می‌باشند نیازی به INTER FACE و کارت‌های D/A ندارند.
با توجه به اینکه کنترل‌ها در تجهیزات فیلد FIELD DEVICE انجام می‌پذیرد سیستم FIELD BUS دیگر به کارت‌های کنترلر CPU نیازی ندارد.
سیستم FIELD BUS به DATA GATE WAY یا دروازه داده نیازی ندارد.

یکی از مهم‌ترین مزیت‌های سیستم Field bus کاهش تجهیزات اتاق کنترل همچون Rackهای ورودی و خروجی و همچنین کارت‌های شرطی (Conditioning) می‌باشد. شایان ذکر است که یک سیستم Field bus DCS از یک سیستم فیلدباس تنها یا (Stand- Alone) می‌باشد.

مزایای سیستم کنترل FCS

مزایای سیستم کنترل FCS عبارت است از:

هزینه پایین‌تر
ابزارهای کمتر
توانایی خطایابی (Diagnostics)
دیجیتال بودن
کاربرد ساده‌تر و آسان‌تر
نرخ سرعت انتقال داده‌ها (Data Rate)

در ادامه هر یک از موارد موارد فوق را بررسی خواهیم کرد.

1. هزینه پایین‌تر

راه اندازی یک سیستم FCS به مراتب هزینه بسیار پایین تری نسبت به یک سیستم کنترل DCS مشابه دارد. حذف وایرینگ و ابزارهایی که در FIELD موجودند و همچنین تجهیزات اتاق کنترل که معمولا در یک سیستم DCS مورد استفاده قرار می‌گیرند در این امر موثرند. همچنین افزایش اطلاعاتی مانند اطلاعات مربوط به DIAGNOSTIC را به همراه خواهد داشت و به دلیل کمک گرفتن از ارتباطات دیجیتال دقت بالاتری نیز خواهد داشت.

2. ابزارهای کمتر

با توجه به اینکه اکثر ترانسمیترهای فیلدباس چند متغیره یا MULTI VARIABLE می‌باشند در نتیجه از ابزار کمتری در این سیستم‌ها استفاده می‌گردد. مانند ترانسمیترهای دو کاناله که توانایی محاسبه دو دما و ارسال آ‌ن‌ها به صورت REAL TIME را دارا هستند.

3. توانایی خطایابی (Diagnostics)

دستیابی به اطلاعات ساختاری و اطلاعات ارسال شده توسط ابزارهایی که درFIELD وجود دارند و همچنین جزئیات خطاها از طریق ارتباطات دیجیتال و از اتاق کنترل میسر می‌شود.
خودکار بودن عیب یابی‌ها برای هر کدام از ابزارهای FIELD و گزارش سریع مشکلات و خطاهای پیش آمده، مشاهده و مونیتور سریع خطاهای DEVICEهای گوناگون را قبل از بوجود آمدن هر گونه آسیبی ممکن می‌سازد. مشکلات و خطاهای نرم افزاری مانند خطای پیکربندی یا CONFIGURATION و همچنین مشکلات و خطاهای سخت افزاری مانند خطاهای سنسورها SENSORS و یا عملگرها ACTUATORS بدون اینکه احتیاجی به عیب یابی دستی سیستم باشد قابل گزارش دهی و بر طرف نمودن می‌باشند.
در نتیجه بدون اینکه اپراتورها به FIELD مراجعه نمایند می‌توانند تشخیص دهند که مشکل بوجود آمده به بخش‌های FIELD مرتبط است یا خیر.

4. دیجیتال بودن

با توجه به اینکه سیگنال‌ها در سیستم FCS دیجیتال می‌باشند، ضریب دقت عیب یابی سیستم نیز بالا می‌رود.
بر خلاف سیستم‌های DCS تمامی اجزای سیستم FIELD BUS از ترانسمیتر و سنسور ورودی تا شیرهای کنترلی همگی کاملا دیجیتال می‌باشند. ارسال اطلاعات و داده‌ها به فرآیند بسیار پیچیده و دقیق به واسطه سیگنال‌های دیجیتال در انتهای حلقه کنترل، ممکن می‌شود.
کابل‌های ارتباطی که برای ارتباط تجهیزات FIELD BUS استفاده می‌شوند قابلیت این را دارند که تا صد‌ها متر امتداد داشته باشند بدون آن که مشکلات معمول ارتباطات آنالوگ مانند نویز و اعوجاج در آن‌ها رخ دهد. همچنین متغیر‌های کنترلی و محاسباتی رد و بدل شده بین فانکشن بلوک‌ها هم مقدار داشته و هم حالتی را که حاوی اطلاعات مرتبط با کیفیت و حد سیگنال می‌باشد در بر می‌گیرند.

5. کاربرد ساده‌تر و آسان‌تر

تمامی بخش‌ها و اجزا در فانکشن بلوک‌ها به یک شیوه پیکربندی می‌گردند و نیازی به آموزش زبان‌های برنامه نویسی و یا برنامه ریزی‌های مختلف بخش‌ها و اجزا نمی‌باشد چرا که تمامی تولیدکنندگان فارغ از اینکه چه وسیله‌ای را مورد استفاده قرار داده باشند، فانکشن بلوک FUNCTION BLOCK مشابهی را به کار می‌برند. به عنوان مثال شرکت‌های مختلف تولید کننده ترانسمیتر‌های دما و فشار از روش مشابهی استفاده می‌نمایند که سبب کاهش پیچیدگی و همچنین آموزش به اپراتور می‌گردد.
در این سیستم‌ها تمامی ابزارها به وسیله یک زوج سیم که وظیفه تغذیه الکتریکی ابزار را بر عهده دارد به یکدیگر متصل و مرتبط می‌باشند و انتقال داده‌ها و اطلاعات موردنیاز به این صورت امکان پذیر می‌گردد.

6. نرخ سرعت انتقال داده‌ها (Data Rate)

در این سیستم‌ها نرخ سرعت انتقال داده‌ها و اطلاعات ۳۱ ۲۵Kbit / Sec می‌باشد که سرعت خیلی بالایی به حساب نمی‌آید اما در پروسه کنترل فرایند‌های شیمیایی سرعت قابل قبولی محسوب می‌گردد. شایان ذکر است که در بیشتر سیستم‌ها حتی سیستم DCS برای سیستم‌های توقف اضطراری EMERGENCY SHUTDOWN از سیستم‌هایی که از سرعت بالاتری برخوردار هستند مانند زیمنس plc استفاده می‌نمایند.

ارتباط تجهیزات یک سیستم Fieldbus

در یک سیستم FIELD BUS، ارتباط اجزا بسیار ساده بوده و معمولا هر قطعه قابلیت اتصال و سیم بندی با دوازده قطعه دیگر را به صورت موازی بر روی یک باس داراست. هم چنین افزودن تجهیزاتی که موجب مقیاس پذیری سیستم نیز می‌شوند SCALABLE آسان می‌گردد. همچنین امکان گسترش سیستم به منظور پاسخگویی به نیازهای جدید نیز امکان پذیر می‌گردد. در اکثر موارد نیز امکان ارتباط قطعات بدون نیاز به کابل یا INTERFACE دیگر مهیا می‌گردد. همچنین با توجه به اینکه این نوع سیستم از نوع باز یا OPEN می‌باشد امکان اتصال محصولات سایر تولیدکنندگان با قابلیت اتصال به شبکه نیز میسر می‌شود.