تفاوت PLC و DCS چیست؟

در حالی که بین یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (Programmable Logic Controller :PLC) و یک سیستم کنترل غیرمتمرکز (Distributed Control System :DCS) تفاوت وجود دارد(تفاوت PLC و DCS)، اما همیشه این دو فناوری، به سوی هم گرایی بیش تر، نیز در حرکت بوده اند. در آغاز عصر اتوماسیون صنعتی، PLC ها بر سیستم های کنترل دستگاه ها برتری داشتند. PLC ها مکانیسم هایی بودند که کنترل فرایند دستگاه هایی را بر عهده داشتند که به صورت ON/OFF (خاموش / روشن) یا به عبارت دیگر با منطق صفر و یک هدایت می شدند.

 

 

در همین حال، سیستم های (Distributed Control System :DCS) نیز فعال بودند و گزینه اصلی برای کنترل فرآیندها در پروژه هایی مانند کارخانه های نفت، گاز و پتروشیمی به شمار می آمدند. از گذشته تاکنون نیز این الگوی تاریخی (PLC/DCS) هم چنان در صنایع، رعایت می شود. از PLC ها نیز هنوز برای کنترل ماشین های منفرد استفاده می شود، در حالی که DCS می تواند تعداد بیش تری از ماشین آلات یا فرایندها را در داخل کارخانه یا دستگاه، کنترل کند. با این حال، با وجود (Programmable Logic Controller :PLC) PLC های قدرتمندتر و PAC یا به اصطلاح، کنترل کننده های اتوماسیون قابل برنامه ریزی که امروزه در دسترس است، تفاوت PLC و DCS به طرز محسوسی در حال ناپدید شدن می باشد.

 

 

 

 

سیستم DCS چیست؟

سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS) یک سیستم کنترل صنعتی خودکار دیجیتال (ICS) است که از حلقه‌های کنترل توزیع‌شده در سراسر یک کارخانه، ماشین یا منطقه کنترل استفاده می‌کند. هدف یک DCS کنترل فرآیندهای صنعتی برای افزایش ایمنی، اقتصادی بودن و قابلیت اطمینان آن‌ها است.

سیستم کنترل مجموعه‌ای از دستگاه‌های مکانیکی یا الکترونیکی است که با استفاده از حلقه‌های کنترل، دستگاه‌ها یا سیستم‌های دیگر را تنظیم می‌کند. حلقه‌های کنترل سیستم‌هایی هستند که از تمام سخت‌افزار و نرم‌افزار کنترل لازم برای اندازه‌گیری و تنظیم در یک فرآیند خاص تشکیل شده‌اند. سیستم‌های کنترل بخش مرکزی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی و فرآیند هستند.

چگونه یک سیستم DCS کار می‌کند؟

DCSها از عناصر کنترلی تشکیل شده‌اند که در سراسر یک کارخانه یا کارخانه توزیع شده‌اند. این عناصر کنترل شامل رایانه‌ها، سنسورها و کنترلرها هستند. هر عنصر برای یک هدف خاص مانند جمع‌آوری داده، ذخیره‌سازی داده یا کنترل فرآیند عمل می‌کند. بر خلاف یک سیستم کنترل متمرکز که تمام ماشین‌ها را کنترل می‌کند، یک سیستم DCS به هر قسمت از یک ماشین امکان می‌دهد کنترلر اختصاصی خود را داشته باشد که عملیات را اجرا می‌کند.

یک سیستم DCS دارای چندین کنترلر محلی در سراسر کارخانه است. یک شبکه ارتباطی پرسرعت کنترلرهای محلی را به هم متصل می‌کند. در حالی که هر کنترلر به طور مستقل کار می‌کند، کنترل نظارتی مرکزی توسط یک اپراتور انجام می‌شود.

داشتن معماری سیستم کنترل توزیع‌شده در اطراف کارخانه یا تاسیسات، یک استراتژی موثر برای کنترل، بهره‌وری و کیفیت فرآیند را فراهم می‌کند. علاوه بر این، در صورت خرابی بخشی از معماری DCS، کارخانه می‌تواند به کار خود ادامه دهد. به همین دلایل، DCSها معمولاً در زمینه‌های صنعتی و کارخانه‌های فرآوری یا تولیدی یافت می‌شوند. طبق تحقیقات MarketsandMarkets، انتظار می‌رود بازار DCSها تا سال 2026 به 23.2 میلیارد دلار از 17.5 میلیارد دلار در سال 2021 برسد.

یک DCS از نظر عملکردی شبیه به سیستم اسکادا (SCADA) است. سیستم‌های SCADA در نیروگاه‌ها، پالایش نفت و گاز، مخابرات، حمل و نقل و کنترل آب و فاضلاب استفاده می‌شوند. آن‌ها معمولاً در مواردی استفاده می‌شوند که مرکز کنترل در یک مکان دورتر قرار دارد.

کاربردهای رایج سیستم DCS

سیستم‌های DCS در صنایع فرایند صنعتی زیر به طور گسترده استفاده می‌شوند:

• کشاورزی
• کارخانه‌های شیمیایی
• پتروشیمی و پالایشگاه‌ها
• نیروگاه‌های هسته‌ای
• تصفیه آب و فاضلاب
• فرآوری مواد غذایی
• تولید خودرو
• تولید داروسازی

ساختار یک سیستم DCS

یک سیستم کنترل توزیع‌شده شامل عناصر نرم‌افزاری و سخت‌افزاری است. نصب اکثر کنترلرها به صورت محلی هزینه‌ها را پایین نگه می‌دارد. کنترل خودکار در محل، قابلیت اطمینان این سیستم‌ها را بهبود می‌بخشد و نظارت انسانی برای عملکردهای کنترل مرکزی و گزینه‌های کنترل از راه دور امکان‌پذیر است. فرآیندهای فردی کنترلرهای خود را با واحدهای پردازش مرکزی (CPU) جداگانه دارند، بنابراین در صورت خرابی یک سیستم فردی، سایر فرآیندها می‌توانند ادامه دهند.

طراحی معماری یک DCS شامل موارد زیر است:

• ایستگاه مهندسی: این یک کنترلر نظارتی برای کل سیستم DCS است. این ایستگاه معمولاً شامل ابزارهای پیکربندی است که به کاربر اجازه می‌دهد عملکردهایی مانند ایجاد حلقه‌های جدید و نقاط ورودی و خروجی (I/O) و همچنین پیکربندی دستگاه‌های توزیع‌شده را انجام دهد.
• ایستگاه عملیاتی: این ایستگاه برای کنترل، عملیات و نظارت استفاده می‌شود.
• واحد کنترل فرآیند: این کنترلر مبتنی بر میکروپردازنده برای کنترل حلقه‌های خودکار و مرکب طراحی شده است.
• سیستم ارتباطی: این سیستم داده‌ها را از ایستگاهی به ایستگاه دیگر منتقل می‌کند و در سیستم‌های کنترل توزیع‌شده مهم است. پروتکل‌های شبکه معمول مورد استفاده شامل Ethernet، Profibus و DeviceNet هستند.
• دستگاه‌های هوشمند: این‌ها هر دستگاه هوشمند یا فناوری باس هستند که برای جایگزینی I/O قدیمی‌تر استفاده می‌شوند.

در یک معماری DCS، سنسورها اطلاعات را جمع‌آوری و پردازش می‌کنند که به یک ماژول I/O نزدیک ارسال می‌شود. داده‌ها به یک واحد کنترل فرآیند منتقل می‌شوند. دستگاه‌های هوشمند، در صورت استفاده، همچنین می‌توانند داده‌ها را به یک واحد کنترل فرآیند ارسال کنند. سپس داده‌ها بیشتر پردازش و تحلیل می‌شوند تا یک نتیجه خروجی تولید کنند.

خروجی پردازش‌شده بر اساس منطق کنترلی استفاده‌شده است که بخشی از برنامه است که عملیات برنامه را کنترل می‌کند. این داده‌ها با استفاده از یک باس دیگر به یک دستگاه محرک متحرک ارسال می‌شود. سپس فرآیند راه‌اندازی رخ می‌دهد. اینجاست که ابزارها و سیستم‌های کنترل تأیید و مستند می‌شوند و منطق کنترل و پیاده‌سازی‌ها به یک ایستگاه مهندسی برای مشاهده اپراتور منتقل می‌شوند. اپراتور اقدامات کنترلی را به ایستگاه‌های عملیاتی ارسال می‌کند.

دستگاه‌های موجود در این فرآیند را می‌توان به پنج سطح زیر تقسیم کرد:

• سطح صفر شامل دستگاه‌های میدانی مانند سنسورها و سایر عناصر کنترل است.
• سطح یک ماژول‌های I/O و پردازنده‌ها است.
• سطح دو رایانه‌های نظارتی هستند که داده‌ها را از گره‌های پردازنده جمع‌آوری می‌کنند.
• سطح سه بر سطح کنترل تولید متمرکز است که تولید را نظارت می‌کند.
• سطح چهار شامل برنامه‌ریزی تولید است.

تفاوت DCS و PLC

یکی از مشخصه های PLC، سیستم عامل به نسبت ساده این سیستم است که برای انجام حداقل کارها مانند اسکن ورودی ها و به روزرسانی خروجی ها طراحی شده است.

این ساختار ساده سیستم عامل به این معنی است که سیستم می تواند برنامه ها را به سرعت اجرا کند زیرا فرایندهای زیادی وجود ندارد که در پس زمینه کار کنند و از پردازنده زمان بگیرند.

بیشتر بخوانید: ساخت و طراحی تابلو PLC نیکسا

زمان پردازش PLC نیز سریع تر است زیرا به طور طبیعی به دستگاه هایی که کنترل می کند (موتور، پمپ، سوئیچ و…)، نزدیک تر است و همچنین دارای چرخه پویش (مدت زمان خواندن مقادیر سیگنال‌های ورودی‌، اجرای برنامه منطق كنترل و به روز آوری مقادیر خروجی) سریعتری نسبت به سیستم های DCS می باشد. زیرا فرایند کنترل DCS، بسیار بیش تر از یک دستگاه است که PLC کنترل می کند. PLC ها به طور کلی انعطاف پذیر بوده و به راحتی نیز قابل تنظیم هستند. امروزه PLC ها بسیار سریع تر شده و کنترل های پیچیده تری انجام می دهند. آن ها هم چنین قابل اعتمادتر شده اند. این ویژگی ها آن ها را بیش از زمان دیگری شبیه DCS می کند.

 

 

 

تفاوت PLC و DCS

سیستم کنترل DCS چنان چه از نامش پیدا است، روشی است برای کنترل غیر متمرکز یا توزیع شده که در آن کنترل کننده ­های گوناگون، در سطوح مختلف فرایند، توزیع شده و به صورت گروهی، کنترل فرایند را برعهده دارند. در این سیستم، کنترل کننده­ ها به صورت مجزا به کار برده شده و با یکدیگر شبکه شده اند. یعنی هر پردازش گر علاوه بر انجام کار کنترل خود، از طریق شبکه و به صورت مداوم با سایر پردازش گرها به تبادل اطلاعات می پردازد.

یک سیستم DCS می تواند هم زمان، تعداد بیش تری دستگاه و فرآیند را کنترل کند. در حقیقت، این سیستم، برای کنترل کل سیستم های داخل کارخانه استفاده می شود. قطعا یک DCS جهت کنترل یک سیستم پیچیده، اطمینان بخش تر بوده و کیفیت کنترل عملکرد یک فرآیند یا سیستم را تضمین می کند.

نحوه دسترسی اپراتورها به اطلاعات فرایند این سیستم ها به صورت ساختار Client/Server بوده و از ایستگاه های I/O (ورودی/خروجی) راه دور بسیاری در آن استفاده می شود. زمانی که ورودی و خروجی های یک دستگاه، از 1000 مورد بیش تر شود، استفاده از سیستم های DCS ضروری می شود.

 

 

 

بیشتر بخوانید: معرفی PLC های آلن برادلی

سیستم DCS به دلیل کاربرد مهم و حیاتی خود، اغلب به صورت افزونگی (Redundancy) یاپشتیان سخت افزاری طراحی شده و تمام سطوح، اعم از کارت های I/O (ورودی/خروجی)، شبکه های ارتباطی، کنترل کننده ها و منابع تغذیه دارای این ساختار هستند. در حالی که PLC همیشه به صورت منفرد استفاده می شود و به طور معمول، جهت پیاده سازی روش افزونه در این سیستم از پشتیبان نرم افزاری استفاده می شود.

 

 

DCS ها، نیز امروزه مانند PLC ها، چابک تر و سازگارتر شده اند و گاهی به جای PLC ها استفاده می شوند. بنابراین از نظر عملکرد، بیش تر به PLC نزدیک شده است. هزینه DCS هنوز بیش از یک PLC معمولی است، یک سامانه DCS برای یک واحد با تعداد سیگنال‌های ورودی/خروجی یکسان قیمتی حداقل بیش از دو برابر نسبت به یک سامانه PLC دارد.

برای ایجاد شبکه ارتباطی بین چند PLC نیاز به کارت شبکه می باشد. پس باید تنظیمات زیادی را انجام شود و می توان گفت که شبکه بندی PLC ها نیاز به تخصصی جداگانه علاوه بر برنامه نویسی دارد. این درحالی است که در سامانه های DCS به طور پیش فرض امکان تشکیل شبکه های ارتباطی توسط خود سازنده فراهم شده است. لازم به ذکر است که PLC ها ، DCS و SCADA نمونه هایی از فناوری عملیاتی (OT) محسوب می شوند.

در بخش زیر، ویدئویی از تفاوت های میان این دو سیستم را مشاهده می کنید:

 

سخن پایانی