Kontrollerde Bilgisayarlar

Bilgi teknolojisi kullanımını içeren kontrollerdeki en son gelişmelere bir bakış.

Bloğu 5’i bilgisayarların kontrol sistemlerine dahil edilmesine geniş bir bakışla sonaştırmak uygun olabilir.

‘Bilgisayar’ teriminin sözlük tanımı ‘verileri depolayabilen, alabilen ve işleyebilen programlanabilir bir elektronik cihaz’dır. Bu tanım, proseste bir koşulun sensör tarafından okunduğu, kontrolördeki bir ayar noktasıyla karşılaştırıldığı, gerekli düzeltici eylemi belirlemek için bazı matematiksel rutinlerin gerçekleştirildiği ve ardından uygun bir sinyalin çıktısının verildiği proses endüstrilerinde yaygın olarak bulunan temel, tek ve çok döngülü kontrolörleri içerir. Bilgisayar çipinin gelişme hızı ve yaşamın tüm yönleri üzerindeki etkisi iyi bilinmektedir. Kontrol teknolojisindeki ilerleme hızı, aşağıdaki yorumlardan bazılarının okunduğunda gereksiz olacağı anlamına gelir. Tarihçe Bağımsız, tek döngülü kontrolörler pnömatik kontrolörlere kadar uzanır; bunlar, kanat ve nozzle’ların parlak kullanımıyla temel PID fonksiyonlarını yaklaşık olarak gerçekleştirebilirdi. Bu karmaşık ve pahalı kontrolörler, hem prosesin hassas kontrolünün hem de intrinsik güvenliğin (yangını başlatabilecek kıvılcımların yokluğu) gerekli olduğu büyük petrokimya tesislerinde sıklıkla bulunurdu.

Genellikle bu prosesler, yerel dairesel çizelge kayıt cihazlarına ayrı ayrı bağlanırdı (Şekil 5.6.1); alternatif olarak, kontrol odalarındaki çok kalemlili kayıt cihazlarına birkaç proses bağlanırdı (Şekil 5.6.2). Çok kalemlili kayıt cihazları birkaç parametrenin birlikte incelenmesine olanak tanırken, aletteki mekanizmalar ve bir çizelgedeki çizgi sayısı, kullanımlarını etkili bir şekilde yaklaşık on iki girişle sınırlardı.

Kontrol sistemlerinde kullanılan ilk bilgisayarlar, ana kontrol odası çizelge kayıt cihazlarının yerini aldı. Tesis genelinde çok daha fazla noktadan bilgi (veya veri) topluyorlardı. Genellikle ‘veri kayıtçıları’ olarak adlandırılırdı (Şekil 5.6.3) ve tesis çalışmasına girdileri yoktu.

Bu ilk bilgisayarlar genellikle sürekli bilgisayar listeleme kağıdı üzerinde belirli zaman aralıklarında raporlar yazdıracak şekilde programlanmıştı. Bilgisayar çıktılarından manuel olarak veri çıkararak, tesis yöneticisi tesisinin çalışmasını bir bütün olarak inceleyebilir, tesisin farklı bölümlerinin performansını karşılaştırabilir, bir kapatma ihtiyacını gösterecek performans düşüşleri arayabilir vb.

1970’lerin ortalarında, birkaç tanınmış enstrüman şirketi dijital kontrol sistemleri satmaya başladı. Bu sistemler, sensörlerden girdileri alan, matematiksel rutinler gerçekleştiren ve çeşitli ilgili kontrol cihazlarına çıkış sağlayan bir merkezi bilgisayar birimi kullanıyordu. Ayrıca inceleme için bir olay kaydı tutuyorlardı (Şekil 5.6.4’e bakın).

Önemli notlar:

• Bir kişisel bilgisayar (PC), bir kontrol cihazından ham enstrüman sinyallerini (4 - 20 mA, 0 - 10 V) kabul edemez. İkisi arasında ‘çeviri’ yapmak için bir Giriş / Çıkış (I / O) cihazı gerekiyordu. Her I / O üreticisinin bunu başarmak için benzersiz bir yolu vardı, bu da sistemlerin amaçlandığı kadar uyumlu olmadığı anlamına geliyordu.
• Başlangıçta, I / O cihazları tesisin ana kontrol odasındaydı ve her bir ekipman parçası kendi bireysel sinyal kablosuyla ana kontrol odasına bağlıydı. Bu, büyük bir tesiste, kablo kurulumu ve yönetiminin fiziksel hacmi ve karşılık gelen maliyeti açısından önemli bir konu olduğu anlamına geliyordu.
• Teknoloji ilerledikçe, I/O cihazı tesise taşındı ve kontrol odasına giden kablo miktarı azaldı, ancak hala önemliydi. Bu Dijital Kontrol Sistemleri şunların gelişimine yol açtı:
• Dağıtık Kontrol Sistemleri (DCS)
• Denetimli Kontrol ve Veri Toplama (SCADA) sistemleri, ve
• Bina Yönetim Sistemleri (BMS) … bunların tümü günümüzde yoğun olarak kullanılmaktadır (Şekil 5.6.5’e bakın).

1980’lerin sonlarında PC ve Windows ekran ortamı ve bilgisayar işletim sisteminin tanıtılmasıyla devasa bir sıçrama gerçekleşti. Bu, önceki dijital kontrol sistemleri için standart bir platform sağladı, çünkü tüm enstrüman şirketlerinin ortak bir formatta çalışması gerekiyordu. ‘Windows’ tabanlı sistemlerin avantajı, bilgilerin bugünün kişisel bilgisayar kullanıcısının Word, ‘Excel’ ve ‘PowerPoint’ arasında serbestçe veri alışverişi yapabildiği şekilde değiştirilebilir olmasıydı. Bu veri alışverişi ‘diline’ Dinamik Veri Değişimi (DDE) denildi ve daha sonra Nesne Bağlama ve Yerleştirme (OLE) olarak geliştirildi. Bu, proses kontrolü için Proses Kontrolü için OLE (OPC) olacak şekilde değiştirildi ve yazının yazıldığı sırada hala kullanılmaktadır.

PC’lerin kullanılması ayrıca geçmiş görüntüleme seçeneklerinin önemli ölçüde daha kolay olduğu anlamına geliyordu. Çıktılara ve manuel veri aktarımına bağlı kalmak yerine, tesis yöneticisi güçlü grafik programları kullanabilir, eğilimleri analiz edebilir, renkler ekleyebilir, ölçekleri ayarlayabilir ve semboller kullanabilir; farklı değişkenler birbirine karşı çizilebilir ve farklı tesislerin performansı karşılaştırılabilir.

Modern otomasyon sistemleri, bilgisayarı proses üzerine bir ‘Pencere’ olarak kullanır. Operatör, bilgisayarı tesis genelinde ne olduğunu izlemek ve bireysel tesis tabanlı kontrolörlerin ayar noktalarını ve kontrol parametrelerini (PID gibi) gözden geçirmek için kullanır, böylece bireysel kontrolörlerin PID algoritmalarını ve kontrol mantığını çalıştırmasını sağlar.

Sonuç olarak, bağımsız kontrolörler modern otomasyon sistemlerinde hala bir yere sahiptir çünkü nihai kontroldedir, ancak kontrolör genellikle bir PLC (Programlanabilir Mantık Denetleyici) veya çok döngülü raf monteli cihaz formunu alır. Bunlar, tek döngülü PID kontrolörlerden görünüm olarak oldukça farklıdır. Bir operatörün kontrolörde ayar noktasını ve diğer kontrol parametrelerini değiştirmek için bir tuş takımı kullanması yerine, bunlar bir operatör tarafından bir bilgisayarda değiştirilir ve gerekli parametre elektronik olarak kontrolöre indirilir. Merkezi bir bilgisayar arızası durumunda, bağımsız kontrolör mevcut parametreleriyle devam edecek veya güvenli bir duruma geçecektir, böylece tesisin güvenli bir şekilde çalışmaya devam etmesi sağlanır.

Bir sonraki büyük adım, ‘Sahaya veriyolu’ (Fieldbus) olarak bilinen bir sistemdi.

Sahaya veriyolu, her öğeyi bağlayan tek bir dijital kablo sistemi kullanır (Şekil 5.6.6’ya bakın).

Her öğeye (sensör, kontrolör ve kontrollü cihaz) benzersiz bir adres verilir; bu, bilgi istemek (belki bir sensörden) veya bir eylemde bulunmak (belki bir kontrol vanasını kapatmak) için kullanılır.

Ancak bu sistemler karmaşıktır ve pahalı olabilir. Bir sahaya veriyolu ağı, sahaya veriyolu üzerindeki iletişimleri ve kontrol mantığını organize etmek için bir ana kontrolöre ihtiyaç duyar. Ayrıca bilginin paylaşılabilmesi için sahaya veriyolunu bilgisayar ağlarına arabirime sokmanın bir yoluna ihtiyaç duyar (Şekil 5.6.8’e bakın). Sahaya veriyolu kontrolörü rolünü birleştiren ve bir PC ağına köprü sağlayan bir cihaza ‘köprü’ veya ‘ana kontrolör’ denir (Şekil 5.6.7’ye bakın).

Proses tarafında köprü şunları yapabilir:

• Bir dizi sensörden veri isteyebilir ve alabilir.
• Bu bilgiyi karmaşık matematiksel rutinlerde kullanarak vanalar gibi kontrol cihazlarına gerekli düzeltici eylemi belirleyebilir ve iletebilir.
• Ekipmandan bir tanı rutini başlatmasını isteyebilir ve raporlayabilir. Bilgisayar ağı tarafında şunları sağlayabilir:
• Yakın zamandaki tanı rutinlerinin tarihi ve sonucu gibi ekipmanın geçmiş verileri.
• Proses veya ekipman belirli parametreleri aştığında alarmlar.
• Tesis performansı hakkında ayrıntılı geçmiş ve güncel veriler.

Önemli notlar:

• Köprüler karmaşıklık açısından farklılık gösterir, ancak 50+ prosesi kontrol edebilir; 50 tek döngülü PID kontrolöre eşdeğer.
• Daha fazla proses kontrol edilecekse, birden fazla köprü kullanılabilir.
• Köprüler tesis genelinde uygun noktalara yerleştirilebilir.
• Köprü genellikle bilgi görüntülemez ve basılacak düğmeleri yoktur. Basitçe bir elektronik geçit kapısıdır; onunla tüm etkileşim PC aracılığıyla yapılır. Sahaya veriyolu teoride ortak bir teknoloji olsa da, farklı üreticilerin kullandığı ürünler ve protokoller arasında farklılıklar vardır. Sahaya veriyolunda sıklıkla karşılaşılan isimler şunlardır:

Önemli notlar: Sahaya veriyolu protokolleri ve ürünleri birbirleriyle doğrudan uyumlu değildir. Farklı sahaya veriyollarını entegre etmenin yolları vardır, ancak bu pahalı olabilir. Bu, kullanıcıların genellikle bir sistemi münhasıran benimseyeceği anlamına gelir.

• Sahaya veriyolu sistemleri, eski sinyal tabanlı enstrümanları (4 - 20 mA, 0 - 10 V vb.) entegre edebilir. Ancak, sinyallerin I / O birimleri aracılığıyla sahaya veriyoluna arabirime sokulması gerekir ve bu yapılırken sahaya veriyolunun birçok (ancak tümü değil) faydası kaybolur.
• Bu, belirli bir sahaya veriyolu sistemi bir tesiste benimsendikten sonra, kullanıcının alternatif bir protokol bile düşünmesinin olağandışı olduğu anlamına gelir. Kontrol teknolojisi ilerledikçe, PC de ilerler. Bilgisayarlar, ağlar (LAN – Yerel Alan Ağı) üzerinden birbirleriyle iletişim kurabilir: bir organizasyon içindeki Finans, Depo, Üretim, Pazarlama ve Satış departmanları kolayca veri paylaşabilir ve çeşitli görevleri yerine getirmek için farklı yetki seviyelerine sahip olabilir. Kaçınılmaz olarak, proses kontrol bilgisayarı ağa bağlanmıştır ve yetkili personelin ofiste bir PC’den tesisin çalışmasını görüntülemesine ve değiştirmesine olanak tanır.

Üretim global hale geldikçe, Geniş Alan Ağları (WAN) gelişmiştir. Sonuç olarak, Londra’da bulunan bir mühendis, örneğin New York’taki şirketinin tesisindeki bir tesis bilgisayarını sorgulayabilir.

Bu kontrol ve iletişim teknolojisinin etkisi muazzamdır. Bilgi, uzmanlık ve ekipman artık şu noktada mevcuttur:

• Bir müşterinin depo bilgisayarı, bir ‘minimum stok’ komutuna veya üretim planına yanıt olarak İnternet üzerinden sipariş verebilir.

• Sipariş, tedarikçinin bilgisayarı tarafından alınır ve:

• Ürün için depo stoklarını sorgular ve gönderir veya

• Siparişi dahil etmek için üretim programını değiştirir, hatta belirli bir ürün üretmek için proses talimatlarını değiştirebilir.

• Bilgisayar ürünün gönderilmesini düzenler ve müşteriye fatura keser.

• Hiçbir insan müdahalesi gerekmez. Sahaya veriyolu teknolojisinin faydaları Kurulum:

• Sistem donanımında azalma - Prosesi kontrol etmek için daha az kontrolör ve daha az kablo gereklidir.

• Kurulum maliyetlerinde azalma - Sadece kurulacak daha az ekipman değil, kurulum daha basit ve daha hızlıdır; bu da kablo, kablo tepsisi, kanal, toplama dolapları, bağlantı kutuları ve terminal bloklarının kurulumu için malzeme ve işçilik maliyetlerinde çok önemli bir azalma anlamına gelir.

• Daha az alan gereksinimi - Kontrol odasında daha az ekipman ve daha az kablo olduğundan, diğer kullanımlar için daha fazla alan mevcuttur. Eşit şekilde, tesiste üretim ekipmanı için daha fazla alan olacaktır.

• Mühendislik çizimleri - Bilgisayar otomatik olarak proses mantık çizimlerini üretir, bu nedenle her zaman doğru ve günceldir Çalışma:

• Güvenlik - Arıza durumu eylemleri, tanımlanmış belirli eylemlerle yazılıma gömülür. Ana bilgisayarın arızası durumunda, kontrol bağımsız güç kaynaklarına sahip ve prosese uygun ‘güvenli moda’ varsayılan olarak programlanmış ‘yerel’ köprülere geri döner.

• Artan proses bilgisi - Operatörlere ve yönetime sunulan bilgi miktarı, Dağıtık Kontrol Sistemine (DCS) kıyasla birçok kat artmıştır, Şekil 5.6.9’a bakın. Bireysel cihazlar (sensörler ve vanalar gibi) kolayca sorgulanabilir, görüntülenebilir ve analiz edilebilir. Tam proses veya prosesin bireysel bölümleri, kısıtlamaları, iyileştirme kapasitesini vb. belirlemek için görüntülenebilir ve analiz edilebilir.

• Proaktif bakım - Ana bilgisayar, sensör arızası, çıkış arızası, bellek arızası, yapılandırma hatası, iletişim hatası, vana konumu ve kullanılan vana hareket süresi, yapışma-kayma eylemi vb. için ayrıntılı tanı rutinleri gerçekleştirebilir. Sonuç olarak, bakım ve kalibrasyon, cihazın gerçek durumuna dayanır, bir zaman dilimine değil, bu nedenle bakım yalnızca gerekli olana indirilir. Birden fazla cihaz aynı anda bakım ve kalibrasyon rutinleri gerçekleştirebilir. Bu, daha az veya daha kısa kapatma anlamına gelir ve tesis kullanılabilirliğini artırır. Gereksiz bakıma harcanan zaman, malzeme ve işçilik israf edilmez, bu da bakım maliyetinin en aza indirildiği anlamına gelir.
• Sistem güvenilirliği - Proaktif bakım, ekipmanın iyi bakıldığı anlamına gelir.
• Kalite kontrolü- Merkezi kontrol ve prosesi parçalar halinde veya toplam olarak görüntüleme yeteneği, kalite kontrolünü iyileştirir.
• Stok tutma- Tesisten gelen iyileştirilmiş yanıt ve esneklik, ürün envanterinin genellikle azaltılabileceği anlamına gelir.
• Yedek parçalar - Bileşenlerin uyumluluğu ve birbirinin yerine kullanılabilirliği nedeniyle, kullanıcı bir bileşen tedarikçisine bağlı değildir, bu nedenle fiyatlar rekabetçidir. Ayrıca yedek parça envanterinin en aza indirilebileceği anlamına gelir, bu da maliyetleri düşürür.
• İletişim - Kontrol sistemi veya herhangi bir bileşenine, bilgisayar ağları veya İnternet üzerinden neredeyse her yerden erişilebilir. Bir sahaya veriyolu sisteminin geliştirilmesi Esneklik:
• Sistem, revize edilmiş proses gereksinimleriyle çalışacak şekilde kolayca güncellenebilir.
• Sistem, tesis genişlemelerini veya yeni prosesleri üstlenecek şekilde kolayca genişletilebilir.
• Diğer sistemlerle uyumluluk, ekipmanın rekabetçi fiyatlarla tedarik edilebileceği anlamına gelir.