Dağıtılmış kontrol sisteminin (DCS), eski merkezi kontrol sistemine kıyasla büyük ve karmaşık endüstriyel proseslerde öne çıkmasını sağlıyor. Kontrol sistemi mimarisinin tesis etrafındaki bu dağılımı, kontrol güvenilirliğini, proses kalitesini ve tesis verimliliğini iyileştirmek için daha verimli yollar üretilmesine yol açmıştır.

Günümüzde kimya fabrikaları, petrol ve gaz endüstrileri, gıda işleme üniteleri, nükleer enerji santralleri, su yönetim sistemleri, otomobil endüstrileri vb. birçok endüstriyel alanda dağıtık kontrol sistemlerine rastlanmıştır.

DCS (Dağıtılmış Kontrol Sistemi) Nedir?

Dağıtılmış bir kontrol sistemi (DCS), tesis veya kontrol alanı üzerinde coğrafi olarak dağıtılmış kontrol öğelerinden oluşan özel olarak tasarlanmış bir otomatik kontrol sistemidir.

Merkezi konumdaki tek bir denetleyicinin kontrol işlevini yerine getirdiği merkezi kontrol sisteminden farklıdır, ancak DCS’de her işlem elemanı veya makine veya makine grubu özel bir denetleyici tarafından kontrol edilir. DCS, tesis kontrol alanının çeşitli bölümlerinde çok sayıda yerel kontrolörden oluşur ve yüksek hızlı bir iletişim ağı ile bağlanır.

DCS kontrol sisteminde, veri toplama ve kontrol işlevleri, mikroişlemci tabanlı üniteler olan ve tesise işlevsel ve coğrafi olarak dağıtılmış ve yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi kontrol veya veri toplama işlevlerinin gerçekleştirildiği alanın yakınında bulunan bir dizi DCS denetleyicisi aracılığıyla gerçekleştirilir. Bu kontrolörler kendi aralarında ve ayrıca denetim terminalleri, operatör terminalleri, tarihçiler vb. diğer kontrolörler ile iletişim kurabilirler.

Dağıtılmış bireysel otomatik kontrolörler, sensörler ve aktüatörler gibi saha cihazlarına bağlanır. Bu denetleyiciler, toplanan verilerin farklı alan veri yolları aracılığıyla diğer hiyerarşik denetleyicilerle paylaşılmasını sağlar. Kontrolörler arasındaki iletişimi sağlamak için farklı field bus’lar veya standart iletişim protokolleri kullanılır. Bunlardan bazıları Profibus, HART, arc net, Modbus vb.

DCS, çok sayıda sürekli kontrol döngüsünün izlenip kontrol edileceği büyük ölçekli işleme veya üretim tesisleri için en uygundur. Dağıtılmış kontrolörler için kontrol görevlerini bölmenin ana avantajı, DCS’nin herhangi bir parçası arızalanırsa, tesisin arızalı bölümden bağımsız olarak çalışmaya devam edebilmesidir.

Dağıtılmış Kontrol Sistemi Mimarisi

Adından da anlaşılacağı gibi, DCS’nin üç ana özelliği vardır. Birincisi, çeşitli kontrol fonksiyonlarının, yarı otonom olan ve yüksek hızlı bir iletişim veri yolu ile birbirine bağlı olan nispeten küçük alt sistem kümelerine dağıtılmasıdır. Bu işlevlerden bazıları veri toplama, veri sunumu, süreç kontrolü, süreç denetimi, bilgi raporlama, bilginin saklanması ve alınmasıdır.

DCS’nin ikinci özelliği, gelişmiş kontrol stratejilerini entegre ederek üretim sürecinin otomasyonudur . Üçüncü özellik ise eşyayı bir sistem halinde düzenlemesidir. DCS, tüm kontrol yapısını, çeşitli alt sistemlerin uygun bir komut yapısı ve bilgi akışı aracılığıyla birleştirildiği tek bir otomasyon sistemi olarak organize eder.

DCS’nin bu özellikleri, aşağıdaki şemada gösterilen mimarisinde gözlemlenebilir. Bir DCS’de bulunan temel unsurlar, mühendislik iş istasyonunu, işletim istasyonunu veya HMI’yi, proses kontrol ünitesini veya yerel kontrol ünitesini, akıllı cihazları ve iletişim sistemini içerir.

İşletim İstasyonu veya HMI

Bu, tesis parametrelerini çalıştırmak, izlemek ve kontrol etmek için kullanılır. Operatörün proses parametre değerlerini görüntüleyebileceği ve buna göre kontrol eylemi gerçekleştirebileceği ayrı bir yazılım aracına sahip bir PC veya başka herhangi bir izleme cihazı olabilir. Örneğin, ABB DCS durumunda basit bir PC ortamında çalışabilen bir DigiVis yazılım aracıdır.

İşletim istasyonları, tek bir birim veya birden çok birim olabilir; burada tek bir birim, parametre değeri görüntüleme, trend görüntüleme, alarm verme vb. işlevleri yerine getirirken birden çok birim veya PC, bazı PC’ler parametreleri görüntüleme, bazıları trend arşivleri için, bazıları veri kaydı ve edinme, vb.

DCS Proses Kontrol Birimi

Yerel kontrol ünitesi, dağıtım kontrolörü veya proses istasyonu olarak da adlandırılır. Dağıtılmış bir kontrol sistemi, farklı türde G/Ç birimleriyle genişletilebilen bir veya daha fazla işlem istasyonundan oluşabilir. Bu kontrolörler, güçlü bir CPU modülü, alan yolu veya genişletilmiş alan yolu kapasitesi ve doğrudan veya uzak bağlantılı G/Ç’ler içeren iletişim modülünden oluşur.

Sensörler ve aktüatörler gibi saha cihazları bu ünitenin G/Ç modüllerine bağlanır. Bazı saha cihazları, akıllı saha cihazları olarak adlandırılabilecek herhangi bir G/Ç modülü olmadan doğrudan saha veriyoluna (Profibus gibi) bağlanabilir.

Bu birimler, giriş modülü aracılığıyla çeşitli sensörlerden gelen bilgileri alır, uygulanan kontrol mantığına göre analiz eder, işler ve çıkış modülleri aracılığıyla çıkış sinyallerini aktüatör ve röleler üzerinde kontrol sahibi olmak için gönderir.

İletişim sistemi

İletişim ortamı, tüm dağıtılmış kontrol sisteminde önemli bir rol oynar. Mühendislik istasyonunu, işletim istasyonunu, proses istasyonunu ve akıllı cihazları birbirine bağlar. Bilgileri bir istasyondan diğerine taşır. DCS’de kullanılan yaygın iletişim protokolleri arasında Ethernet, Profibus, Foundation Field Bus, DeviceNet, Modbus vb. bulunur.

Tüm DCS için tek bir protokol kullanmak zorunlu değildir, bazı seviyeler bir ağ kullanırken bazı seviyeler farklı ağ kullanabilir. Örneğin, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi mühendislik istasyonu, HMI ve proses istasyonu arasındaki iletişim Ethernet üzerinden taşınırken saha cihazlarının, dağıtılmış I/O’ların ve proses istasyonunun Profibus ile birbirine bağlı olduğunu düşünün.

DCS’nin en büyük avantajı, kontrol alanının bazı veya tüm seviyelerinin fazlalığıdır. Çoğu durumda kritik süreçler, yedekli kontrolörler ve yedekli iletişim ağları ile kurulur, öyle ki ana işleme hattındaki problem, yedekli işleme bölümü nedeniyle izleme ve kontrol fonksiyonlarını etkilememelidir.

Akıllı Cihazlar

Akıllı saha cihazları ve saha veri yolu teknolojisi, geleneksel G/Ç alt sistemlerinin (G/Ç modülleri) yerini alan DCS teknolojisinin gelişmiş özellikleridir. Bu akıllı cihazlar, basit algılama ve kontrol teknikleri için gereken zekayı birincil algılama ve çalıştırma cihazlarına yerleştirir. Ve dolayısıyla, rutin algılama ve kontrol sürecini gerçekleştirmek için bir DCS denetleyicisine olan ihtiyacın yerini alır.

Bu saha cihazları doğrudan saha veri yoluna bağlanabilir, böylece yerel G/Ç modülleri ve kontrolörler gibi harici donanımları ortadan kaldırarak dijital iletim hattı aracılığıyla çoklu ölçümlerin bir sonraki daha yüksek seviyedeki kontrol istasyonuna bağlanması mümkündür.

DCS Sisteminin Çalışması

DCS’nin işleyişi şu şekildedir; Sensörler proses bilgisini algılar ve proses parametrelerini kontrol etmek için aktüatörlerin de bağlı olduğu yerel I/O modüllerine gönderir. Bu uzak modüllerden gelen bilgi veya veriler, saha veriyolu aracılığıyla proses kontrol ünitesine toplanır. Akıllı saha cihazları kullanılıyorsa, algılanan bilgi field bus üzerinden doğrudan proses kontrol ünitesine aktarılır.

Toplanan bilgiler, denetleyicide uygulanan kontrol mantığına dayalı olarak daha fazla işlenir, analiz edilir ve çıktı sonuçlarını üretir. Sonuçlar veya kontrol eylemleri daha sonra field bus aracılığıyla aktüatör cihazlarına taşınır. DCS yapılandırma, devreye alma ve kontrol mantığı uygulaması, daha önce bahsedildiği gibi mühendislik istasyonunda gerçekleştirilir. Operatör, operasyon istasyonlarında kontrol eylemlerini manuel olarak görüntüleyebilir ve gönderebilir. Kaynak: electricaltechnology.org