DCS چیست ؟
DCS مخفف Disterbuted Control System یعنی سیستم کنترل توزیع شده هست ، همینطور که از اسمش پیداست سیستمی هست که در اون کنترل فرایند توریع شده هست این کنترلی که ازش صحبت میکنم بر پایه PLC هست ، معمولاً در یک سیستم کنترلی توزیع شده چند تا CPU داریم که از طریق یک شبکه صنعتی با هم در ارتباط هستند هر CPU کار خاصی رو انجام میده و یک CPU بر کل فرایند و کار CPU های دیگه نظارت میکنه ( ممکنه این CPU ها به PLC مستقلی متعلق باشند و یا پردازنده کمکی جهت پردازشگر اصلی باشند در ضمن پردازشکر مرکزی هم ممکنه بیشتر از یکی باشه ) . پس تا اینجا فکر کنم مشخص شده باشه که DCS یک نوع روش پیاده سازی سیستم کنترلی هست ، یعنی اینجوری نیست که شما برید بازار بگید آقا یک DCS میخواستم ! میتونید DCS رو مثل یک کامپیوتر خانگی نصور کنید که قطعات مختلفش مثل رم و سی پی یو و مادر برد و... رو جداگانه از بازار میخرید و روی هم سوار می کنید و در اخر یک کامپیوتر دارید ، دی سی اس هم همینطوره ، شما پی ال سی و سخت افزار های مختلف رو میخرید و ارتباط بین اونها رو برقرار میکنید و در اخریک سیستم دی سی اس دارید ، از همینجا میشه فهمید که دی سی اس هم معماری و پیاده سازی های مختلفی داره !

- کجاها کاربرد داره؟ 
 معمولاً جاهایی از DCS استفاده میشه که

1. ورودی و خروجی خیلی زیاد داشته باشیم
2. امنیت فرایند برامون مهم باشه
3.   فرایند بزرگ و پیچیده باشه

و معمولاً در صنایع نفت و گاز ، خودرو سازی ، کارخانجات ، نیروگاهها و پستهای برق ،و... استفاده میشه . دی سی اس سیستم گرون قیمتی هست که بین 500 میلیون تا چندین میلیارد تومان قیمت داره

 تکنولوژی های جدیدتر از دی سی اس هم موجوده ؟
بله ، در DCS ما میام یه فرایند پیچیده رو تکه تکه میکنیم و نظارت و اجرا هر قسمت رو به یک CPU یا PLC میدیم و یک یا چند CPUی مرکزی هم میذاریم که بر کار تک تک CPU ها و کل فرایند نظارت میکنه . حالا سیستم جدید تری اومده بنام FCS یا  FeildBus Control System فیلدباس کنترل میگه بجای اینکه ما چندین CPU کنترلی داشته باشیم بیایم اجزای کنترلی رو هوشمند کنیم تا اینجوری فقط یک کنترل مرکزی داشته باشیم که در ارتباط با اجزا هوشمند باشه اینجور خود اجزا میفهمند که باید چیکار کنند مثلاً در نظر بگیرید یه شیر کنترل فشار داریم که قراره فشار یک خط لوله رو از طریق یک سنسور فشاری که  کنترل کنه بطوری که فشار مثلاً روی 80 بار باقی بمونه ، در سیستم دی سی اس به این صورت عمل میکنیم 2 تا سیستم مربوط به خروجی انالوگ سنسور فشار متصل به لوله رو میکشیم میاریم وصل میکنم به ورودی  تو اتاق کنترل دو تا سیم هم از خروجی فرمان از اتاق کنترل میکشیم تا شیر برقی مربوطه فشار بالاتر از 80 که رسید فرمان بازشدن به شیر از طرف اتاق کنترل ارسال میشه و زیر 80 بار هم فرمان بسته شدن از طرف اتاق کنترل صادر میشه . اما FCS میگه بیایم و شیر رو هوشمند انتخاب کنیم بطوری که قابل برنامه ریزی باشه اینجوری دوتا سیم میکشیم از سنسور به شیر که کنار هم هستند و فقط دوتا سیم از شیر میکشیم به اتاق کنترل اونهم برای نظارت اینجا شیر چون هوشمنده میفهمه کجا باید باز و بسته بشه و اولاً سیم کشی ما کمتر میشه دوماً بار پردازشی CPU کمتر میشه سوماً نیازی به پردازنده های دیگه نداریم و سیستم خیلی ساده تر میشه.
چرا از FCS با وجود مزایایی که داره کمتر از  DCS استفاده میشه ؟
در حال حاضر شرکت های مختلفی بعنوان مجری FCS در حال فعالیت هستند که بعنوان نمونه یکی از این شرکت ها ,شرکت برزیلی SMAR هست، FCS علیرغم مزایای زیاد مشکلاتی هم داره که موجب کاربرد کم اون شده

1. امکان پیاده سازی سیستم پیشتیبان یا Redudancy رو نداره
2.   اجزای کنترلی رو پیچیده میکنه
3. توابع و کتابخانه های موجود برای اون به گستردگی DCS نیستند
   
   آینده FCS ؟

فکر میکنم که FCS طی یک بازه زمانی مشخص بایستی جایگزین DCS میشه اما فعلاً خیلی جاها بعلت مشکلات گفته شده از DCS استفاده می کنند و برخی جاها مثل پتروشیمی مروارید بصورت ترکیبی (70% فیلد کنترل و 30% دی سی اس) استفاده میشه
اجزاء DCS
تقریبا ً هر شرکتی که PLC می سازه یه سیستم DCS مخصوص به خودش رو هم داره ، اما تو ایران بعلت تحریم و سایر مسایل DCS شرکت زیمنس کاربرد بیشتری داره داره که ما هم مبنا رو بر روی همین DCS می گذاریم اما یه دی سی اس رو میشه از دو جهت بررسی کرد
 الف) سخت افزار
 ب) نرم افزار
الف ) سخت افزار رو میشه به بخشهای زیر تقسیم کرد
1-      PLC
2-      شبکه صنعتی
3-      نحوه شبکه بندی
پس ابتدا به بررسی کلی ساختار یه PLC می پردازیم :
PLC یا programmable logic control در ابتدا برای ساده سازی تابلوهای مدار فرمان برق ایجاد شد و سپس توسعه پیدا کرد ، یک PLC شامل یک تعداد ورودی خروجی ، حافظه و CPU هست . بسته به نوع ارتباط این 3 قسمت 2 نوع سی پی یو داریم
کامپکت و ماژولار (قدرت و توانایی هرPLC با توجه به سی پی یو اون تعریف میشه )
در PLC های کامپکت وقتی PLC رو میخرید هر سه قسمت CPU ، حافظه و ) I/O ورودی خروجی ) همراه PLC هست، مثل سی پی یو S7-313C علامت C نشون دهنده کامپکت بودن پی ال سی هست البته میشه I/O رو در مدل کامپکت افزایش داد. گفتم که CPU مهمترین بخش یه PLC هست و کامپکت بودن سی پی یو یعنی سی پی یو ارزون هست و برای کارهای ساده بکار میره پس برای DCS ما از CPUی ماژولار استفاده میکنیم .
کلاٌ زیمنیس در سریS7  دو مدل سی پی یو ارائه میده 300 و 400   ، برای DCS ها بیشتر از سری 400 استفاده میشه مثل CPU-S7-414H علامت اخر سی پی سو ها به این معناست :
H: Hot - : سی پی یو ای که این پسوند رو داره میگه میشه در هنگام کار اون رو Program کرد ( در پی ال سی برنامه نوشته شده رواصطلاحاً داخل سی پی یو می ریزند و به این عمل Download میگن و خوندن برنامه از سی پی یو رو هم اپلود میگن ! درست عکس کامپیوتر! – در حقیقت برنامه داخل حافظه برنامه که روی ماژول CPU قرار داره ریخته میشه .)
F: Fail-Safe – مصون در برابر خطا ، سی پی یو های دارای این پسوند میتونند از ماژولهای خاصی بنام Fail-Safe پشیتبانی کنند
F/FH : یعنی CPU هر دو قابیلت فوق رو باهم داره
2DP : یعنی سی پی یو از Profibus-DP پشتیبانی میکنه و نیازی به خرید ماژول پروفی باس نداریم
C:Compact – کامپکت ، یعنی حافظه و  تعداد محدودی I/O همراه سی پی یو هست ، این نوع سی پی یو ها قدرت سخت افزاری کمتری نسبت به سی پسی و های ماژولار دارند ( یعنی تعداد وقفه کمتری دارند ، تایمر و کانتر شون هم کمتره و I/O های محدودتری رو پشتیبانی میکنند ) اما ارزونتر هستند.
 در یک DCS با توجه به ماژولار بودن CPU عملاٌ مشکل محدود بودن I/O ها رو نداریم :
-          بررسی ماژولهای CPU سری 400   زیمنس :
FM: Function module  ماژولهایی هستند که کارهای خاصی رو انجام میدن مثلاٌ یه ماژول PID کنترلر میتونه بدون نیاز به نوشتن برنامه  PID کنترلر در پی ال سی یک  PID کنترلر رو برای ما فراهم کنه و...
SM: Signal module – کلیه کارتهای ورودی خروجی PLC رو میگن که 4 دسته هستند AI یا Analog Input , AO یا Analog Output و DI یا Digital Input ,  DO یا Digital Output  هر کارت I/O ( همون SM ماژول) نهایتاً به ما 32 تا I/O  میده
CP: Communication Processors پردازنده ارتباطی که برای ارتباط PLC  با شبکه صنعتی مثل اترنت یا پروفی باس استفاده میشه
IM: interface module یا ماژول واسط که برای ارتباط رک مرکزی با سایر رک ها بکار میره ، اما رک چی هست ؟
در سری 400 زیمنس تمام ماژولها (CPU, IO , CP و... ) روی یه برد بنام رک سوار میشن ،این رک یه سری اسلات یا شکاف داره که هر ماژول روی یه شکاف مخصوص از اون قرار میگیره مثلاٌ CPU حتماٌ باید باید روی اسلات دوم بشینه و .. هر رک تعداد محدودی ماژول رو می پذیره مثلاً 8 الی 14 تا گفتیم که هر کارت I/O به ما در نهایت 32 تا I/O میده حالا اگه من مثلاً 1000 تا ورودی خروجی داشته باشم چیکار باید بکنم ؟
در این حالت میان از یه سری رک دیگه بنام رک توسعه استفاده میکنند که روشون فقط و فقط SM و FM  و IM میتونه بشینه ، نه CPU  به این رکها میگن رک توسعه ، رکی که توش CPU قرار داره رک مرکزی نام داره ارتباط رک مرکزی با رک توسعه از طریق ماژولهای IM برقرار میشه یعنی تو رک  مرکزی و همینطور سایر رکها یک ماژول IM میذاریم و اونها رو به هم متصل میکنیم (از طریق شبکه ) رکها مدلهای مختلفی مثل CR ، ER ، UR دارند که برای جلوگیری از پیچیده شدن ازشون میگذرم
یک ماژول دیگه که باقی مونده منبع تعذیه یا PS هست . البته ماژولهای دیگه ای مثل fail/safe و protector هم هست که بعد در مورد آنها توضیح خواهم داد.
 
توسعه دادن DCS
اینم یه رک توسعه  دقت کنید دوتا ماژول اولی (ET200M ) ها ماژول IM هستند ، علت دوتا بودنشون redundance بودن این سیستم هست یعنی اگه یه ماژول خراب شد اون یکی جاش کار کنه
 








حالا این ماژولها با کابل پرفی باس با هم وصل میشن به CPU تو رک مرکزی دقت کنید اینجا سی پی یو ما 2DP هست یعنی میشه مستقیماً بهش پروفی باس وصل کرد اگه اینجوری نبود یا پردازش سی پی یو سنگین بود باید دوتا ماژول IM از نوع ET200M که روی رکهای توسعه بود هم روی این شکل زیرین که رک مرکزی هست ، قرار میدادیم



علت دوتا بودن ماژولهای CP همون قضیه redundancy هست ، راستی به کابینتهایی که این رکها توشون هستند میگن مارشالینگ کابینت.
مجموعه کامل نمونه DCS
خوب بذارید یه نگاه دقیق تر داخل تابلوی ریتال بندازیم ( مارک پنل - همون جعبه ای که تجهیزات دی سی اس توش قرار دارند - Ritall هست - ساخت شرکت ریتال آلمان  )



تو خیلی از سیستمهای DCS مساله redundancy یا داشتن بک اپ خیلی مهمه به صورتی که اگه سیستم اصلی از کار افتاد سیستم جایگزین بتونه وارد عمل بشه بنابراین از دو تا پی ال سی یکی اصلی و دیگری پشتیبان استفاده میشه که به محض توقف یا ایراد پیدا کردن سیستم اصلی سیستم پشتیبان ادامه کار رو بر عهده میگیره در این سیستمی که اینجا نمایش داده شده ماژول IM رو به راحتی میشه از روی کابل بنفش پروفی باس متصل به اون تشخیص داد
برای محافظت ماژولهای ورودی خروجی SM ها در برابر اتصال کوتاه و... از یک کارت واسط بین فیلد و کنترول روم استفاده میکنند (بنام کارت بریر) یا Barriar card). فیلد به خارج اتاق کنترل که تجهیزات کنترلی و فرایندی که باید کنترل کنند اونجا هستند میگن
این هم مدلهای دیگر





شبکه صنعتی

خوب تا الان فکر کنم مشخص شده باشه که یک DCS شامل یک PLC هست( شامل یک CPU - یا حداکثر 4 cpu در سیستمهای redundancy و پردازش های سنگین - بهمراه حافظه و منبع تغدیه و تعدادی زیادی ورودی خروجی یا ماژول سیگنال - sm هست که توسط ماژول واسط یا IM با cpu در ارتباط هستند ) هست که فرمان و پردازش اصلی رو انجام میده ولی ما گفتیم که DCS یعنی پردازش توزیع شده پس بقیه PLC ها و سیستمهای کنترلی کجان و چه جوری با CPU در ارتباط هستند ، جواب از طریق شبکه صنعتی .
 فرض کنید بک نیروگاه داریم با یک سیستم دی سی اس زیمنس ، توی این نیروگاه تجهیزات خاصی نیاز به هوای ابزار دقیق ( بادی کاملاً خشک با فشارحداکثر 8 بار ) دارند و بعضی تجهیزات دیگه مثل تجهیزات اطفای اتش نیاز به نیتروژن دارند ، حالا ما دو تا سیستم داریم که یکی هوای ابزار دقیق می سازه به اسم کمپرسور هوا و دیگری نیتروژن می سازه به اسم کمپرسور نیتروژن که هر دوتا سیستم plc خاص خودشون رو دارند که فرایند تولید هوای ابزار دقیق و نیتروژن و کنترل میکنند و هیچ بار پردازشی برای cpu مرکزی ما ندارند اما هر کدوم از این PLC ها چندتا سیگنال برای DCS میفرستند که وضعیت کپرسورها رو به DCS اعلام میکنه و اجازه صدور فرمان روشن و خاموش کردن سیستم رو برای PLC  اتاق کنترل میفرسته - خب این یعنی پردازش توزیع شده فکر کنم مفهوم DCS داره الان یواش یواش روشن میشه - حالا یه سئوال پیش میاد ارتباط PLC مرکزی با این دوتا PLC از چه طریقی باید انجام بشه ؟
پس بریم سراغ پروتکلهای ارتباطی :

اول چند تا تعریف
روشهای برقراری ارتباط میان دو وسیله ، روش برقراری ارتباط چند مدل هست

1. یک طرفه یا Simplex که توی اون فرستنده میتونه سیگنال برای گیرنده بفرسته ولی برعکسش ممکن نیست
2.   دوطرفه غیر همزمان یا Half Duplex که هر دو طرف می تونند برای هم اطلاعات بفرستند اما نه به طور هم زمان یعنی یکی باید اطلاعات بفرسته اون یکی باید صبر کنه تا ارسال اطلاعات تموم بشه بعد دومی میتونه اطلاعات بفرسته مثل واکی تاکی
3. دو طرفه همزمان Full duplex که هردو طرف می تونند باهم دیتا بفرستند مثل تلفن ،

مدیا یا رسانه ارتباطی : وسیله فیزیکی هست که ارتباط بین فرستنده یا گیرنده رو برقرار میکنه مثل هوا ، یا کابل مسی یا کابل نوری
پروتکل ارتباطی : بعد نرم افزاری ارتباط رو مشخص میکنه بعضی از اونها رو حتما تا حالا شنیدید مثلاً RS232 یا Rs232c یا RS 485 که پروتکلهای ارتباطی سریال هستند و...
استاندار شبکه صنعتی :یک استاندار کلی که کل اجزا شبکه صنعتی ( از پی ال سی بگیر یا Dvice های کنترلی ) بر اون مبنا ساخته میشن چون زیمنس داریم بحث میکنیم استاندار فیلد باس ( با فیلد باس کنترل که گهگاه به اختصار فیلد باس هم گفته میشه اشتباه نگیرید ) رو مورد بررسی قرار میدیم ، برخی از زیر مجموعه های این استاندار عبارتند از:

فرامرز خوش لفظ 2-10-1393