توضیحات:
گزارش کاراموزي ابزار دقيق و كنترل سيستمهاي الكترونيك و سنسورها در 85 صفحه ورد قابل ويرايش

مشخصات و محل کارآموزي :

شرکت الياف سهامي عام، جاده قديم کرج، سه راه شهريار، روبروي دپوي ارتش اين شرکت در سال 1346 تأسيس گرديده و محصولات اين شرکت نخ نايلون 6 و مواد اوليه پلميري جهت استفاده در شرکت هاي توليد مواد پلاستيکي مي باشد. در اين شرکت قسمت هاي مختلفي وجود دارند که طبقه بندي شده اند که عبارتند از :

1 ) امور اداري؛ 2 ) قسمت توليد؛ 3 ) قسمت مهندسي؛ 4 ) ايمني و آتش نشاني؛ 5 ) درمانگاه؛ 6 ) نيروگاه.

قسمت مهندسي شامل زير شاخه هاي تعميرات نيروگاه، تعميرات توليد، تعميرات ريسندگي، تعميرات پليمر، تراشکاري، قسمت برق فشار قوي، برق فشار ضعيف، ابزار دقيق و الکترونيک و قسمت هاي PM و ... مي باشد.

اينجانب در قسمت ابزار دقيق مشغول به انجام دوذه کارآموزي شدن و کار اين قسمت در زمينه سيستم هاي کنترل از جمله سيستم هاي کنترل دما، فشار، سطح، رطوبت، چگالي، Ph، دور موتورها و ... مي باشد.

در اين دوره سعي شد که با تمامي اين موضوعات که جزء درس کنترل صنعتي مي باشد، آشنا شده و به صورت عملي بر روي اين سيستم ها کار شد.

گزارش ارائه شده در مورد سيستم هاي ابزار دقيق، پروتکلهاي ارتباطي، سيستم هاي کنترل، سنسورها و موارد مرتبط به آنها مي باشد، که طي 440 ساعت کارآموزي در اين شرکت تهيه و ارائه شده است.

اين دوره از تاريخ مهر 88 تا تاريخ بهمن 88 تهيه و تنظيم گرديده است.

ميان سيستم مديريت و سيستم کنترل کارخانه، معمول مي گردد که سيستم خاي کنترل قديمي تر

(نيوماتيکي يا 4 – 20 mA) و حتي سيستم هاي DCS نسلهاي قبل که براي انتقال اطلاعات آنها به سيستم هاي بالاتر که اکنون همگي بر مبناي تکنولوژي هاي Interanet/ Internet و WEB قرار گرفته اند، ديگر از حيث کارايي و قيمت، نيازهاي مشتريان را برآورده نمي کنند و لازم است با توجه به تحولات ذکر شده، متحول گردند و شکل جديد پذيرند، شکلي که با نيازهاي روز منطبق باشد.

در اين پايان نامه سعي ما براي است که بر سيستم هاي اتوماسيون و ابزار دقيق که رکن اساسي صنعت امروز مي باشد و تکنولوژي پيچيده امروز جز با وجود آنها ميسر نمي گردد، مرور مختصري داشته باشيم.

بدني منظور به توضيح جزء به جزء لايه هاي مختلف يک سيستم اتوماسيون مي پردازيم.







مقدمه :

شايد منظور قرآن از آيات فوق اين باشد که انسان يک پديده مافوق است اما بالفعل يم پديده مادي، پديده مافوق بودن انسان او را از خاک به افلاک مي رساند و در اين مسير تکامل است که رسالت انسان مشخص مي گردد و با خودسازي جهت خويش را پيدا مي کند.

لذا از آنجاييکه هدف از خلقت بشر تعالي او به سوي کمالات معنوي و رسيدن به ذات اقدس خداوندي است و اين کمالات جز با فکر و انديشه و پا گذاشتن در عرصه علم حاصل نمي گردد لذا برماست که فراگيري علوم را بر خود واجب شماريم و لحظه اي از تحصيل علم غافل نباشيم.

کاروان علم بشريت با سرعتي غير قابل مهار به پيش مي رود و دستاوردهاي علمي و تکنولوژيک مبين اين پيشرفت مي باشد. ما نيز که جزيي از کل هستي هستيم بايد سهمي هر چند کوچک در اين راه ايفا کنيم و گامي در جهت خودکفايي کشور برداريم و در کنار فراگيري علوم تجربي، علوم معنوي خويش را توسعه دهيم و اين دو بال را هماهنگ به پرواز درآوريم. در غير اينصورت تصاد حاصل باعث بي هدف بودن فعاليتها و تلاشها مي شود.

امروزه وقتي از سيستم کنترل گسترده سخن مي گوييم معنايي بس وسيعتر از آنچه در دهه گذشته مدنظر بود، توصيف مي شود. اگر نظري آينده نگرانه به آن داشته باشيم، سيستم ها را در گسترده اي مي يابيم که از يکسو سنسورها و محرکها و از سوي ديگر سيستمهاي فروش، مالي و مديريتي را برمي گيرند. منطق و نياز بسيار ساده اي چنين سيستمي را توصيه مي کند : جريان وسيع و بدون مانع اطلاعات در سرتاسر يک مجتمع صنعتي يا کارخانه و يا حتي يک مجموعه گسترده از واحدها، با توجه به شرايط رقابت روزافزون حاکم بر بازار، عامل مهمي در موفقيت ارائه محصولات با کيفيت و بها مناسب مي باشد.

از طرفي بهينه سازي و ارتقاء کيفيت توليد با تکيه بر روشهاي پيشرفته کنترل، کاهش هزينه نگهداري در دراز مدت، امکان توسعه و گسترش ساده و سريه وجود فيدبک هاي مديريتي قوي و دقيق در قالب گزارش هاي گوناگون و در زمان و بسياري مزاياي ديگر به وضوح نياز به چنين سيستم هاي در قالب کنترل توليد، بالا مي برد.

با روشن شدن اهميت استفاده از سيستم هاي کنترل پيشرفته در توليد و مهمتر از آن ارتباط.











1 . 3 ) سيستم کنترل DCS

مقدمه :

تاريخچه کنترل کامپيوتري گسترده به اواخر سال 1950 ميلادي برمي گردد، هنگاميکه شرکت TEXA Co America Oil آنرا در کنترل پروسه هاي شيميايي خود بکار گرفت و بدين طريق اول کنترل نا متمرکز را رقم زد. در اين روش ابتدايي از يک ماشين IBM1700 بعنوان سوپروايزر استفاده مي شد که يک سري ماشينهاي کوچکتر را در زمينه اندازه گيري داده هايي که به وسيله سنسورها دريافت مي گرديد، کنترل و هدايت مي کرد.

در آن زمان داده هاي دريافت شده بصورت آنالوگ بوده و فقط براي انجام يک سري از محاسبات بکار برده مي شدند. در نسل هاي بعدي DCS طبيعت کنترلي غيرمتمرکز آن بيشتر نمود پيدا کرد، اما بدليل قيمت بالاي کامپيوتر و بازدهي کم آن، پيشرفت نسبي در اين زمينه حاصل نگرديد.

تا آنکه در سال هاي اخير بدليل پيشرفت فوق العاده CPU ها و کاهش قيمت آنها، روش کنترلي فوق از معتبرترين روش هاي کنترلي مدرن بحساب آمد و از آنجايي که سيستم مزبور از لحاظ گستردگي وسيع داراي استانداردهاي خاص خود مي باشد و همچنين با سيستم مديريت اطلاعاتي ادغام گرديده، استفاده از آن در سيستمهاي بزرگ، امنيت در توليد، توليد انبوه، سوددهي بيشتر و کاهش قيمت ضايعات ساخت را به همراه مديريتي کارآمد تضمين مي کند.

تعريف DCS :

همانطور که از اسم آن مشخص است، يک سيستم کنترل توزيع شده سيستمي است که عملکرد آن بجاي اينکه در يک نقطه متمرکز باشد، پراکنده است.

يک سيستم کنترل توزيع شده از تعدادي ماجولهاي ميکروپروسسوري تشکيل شده که با همکاري يکديگر عملکرد يک سيستم را کنترل و مانيتور مي کند. کامپيوترها با توجه به جغرافياي محل پخش مي شوند، بنابراين اين مسئله باعث کاهش هزينه نصب و سيم کشي مي گردد.

DCS يک شبکه کامپيوتري است اما با شبکه هاي خانگي و يا اداري موجود تفاوت دارد، چرا که در DCS مسئله پردازش Real Time مطرح مي باشد. مخالف آنچه در پردازشهاي دسته اي در کامپيوترهاي اداري يا خانگي ديده مي شود.

تفاوت اين دو روش پردازش در نحوه اجراي برنامه هاي آنها است. در کامپيوترهاي معمول نحوه پردازش بدينگونه مي باشد که در يک زمان تنها يک برنامه منفرد اجرا مي گردد، بطوريکه اين برنامه با يک سري داده هاي ثابت و مشخص شروع به محاسبات پيچيده نموده و در نهايت به نتايج مطلوب ختم مي گردد و هنگامي که پردازش تمام شد برنامه متوقف شده تا براي اجراي مجدد با يک سري داده جديد فرمان بگيرد. در روش پردازش Real Time نيز پردازش با يک سري داده ثابت شروع مي شود با اين تفاوت که اجراي همان برنامه بطور مداوم تکرار شده و داده ها را با توجه به داده هاي مرحله قبل تازه مي گرداند.

بعنوان مثالي از يک عملکرد Real Time مي توان از همان کنترل اتوماتيک سرعت ماشين نام برد. کنترل با داده ثابت سرعت شروع و در هر مرحله سرعت ماشين نمونه برداري مي شود و با توجه به اختلاف آن با سرعت مطلوب، سيگنال هاي کنترلي مبني بر باز و بسته شدن دريچه بنزين اعمال مي گردد.

يک کنترلر DCS نيز بدين طريق عمل مي کند، يعني بطور مداوم از صدها يا هزاران سيستم تحت کنترل نمونه برداري کرده و محاسباتي را بر مبناي يک

سرح مشخص براي سيستم هاي مربوطه تکرار مي کند. داده هايي که از محيط دريافت مي شود را مي توان به دو گروه اصلي تقسيم کرد :

الف ) داده هاي آنالوگ : که بطور پيوسته تغيير مي کنند. اين داده ها از طريق حلقه هاي کنترلي نرم افزاري که برحسب نياز ممکن است شامل کنترلرهاي نسبي، Lead Lag يا PID باشد آناليز شده و سيگنال هاي خروجي مناسب صادر مي شود.

ب ) داده هاي گسسته : که کارکردن يا آنها ساده بوده و با توجه به سيگنالهاي دريافتي و روابط منطقي عاملي را قطع يا وصل مي کند. براي دريافت داده ها از محيط DCS نيز مانند تمام کنترلرهاي منطقي قابل برنامه ريزي به يک سري آلمانهايي مانند دماسنج، فشارسنج، آمپرمتر و غيره احتياج دارد.

مقادير آلمانها به سيگنالهاي الکتريکي تبديل شده و DCS آنها را خوانده و به ديجيتال تبديل مي کند. داده هاي بدست آمده در موارد زير استفاده مي شوند.

حلقه هاي کنترلي (فيدبکها) جهت کنترل آنالوگ؛
اجراي برنامه هاي منطقي جهت صدور دستورالعملهاي قطع و وصل؛
نمايش مقادير روي صفحه مانيتور؛
تهيه گزارش از وضعيت سيستم؛
اعلام خطر در وضعيت نامناسب سيستم تحت کنترل و عملياتهاي ديگري که متناظر با نوع سيستم قابل تعريف است.

مزاياي DCS نسبت به سيستمهاي قديمي :

* پروژه هاي بزرگ را مي توان به پرسوه هاي کوچکتر تقسيم کرد و کنترل هر قسمت آنرا به يک ماجول DCS سپرد.

* روش کنترل مرکزي تمام پروسه به وسيله يک کامپيوتر مرکزي انجام مي شود، مستلزم داشتن کامپيوتري بزرگ و تجهيزات پيشرفته مي باشد که قيمت اين سيستمها بسيار زياد است. اما در کنترل DCS سخت افزار ماجولها از همان ميکروپروسسور معمولي تشکيل شده است.

* نرم افزارهاي DCS بخاطر استفاده از ميکروپروسسورها و تقسيم بندي کنترل، از نرم افزارهاي يک کامپيوتر بزرگ در کنترل بسيار ارزانتر تمام مي شوند.

* برخلاف سيستم متمرکز در DCS به علت تقسيم بندي کنترل اگر يکي از ماجولها خراب شود کنترل بر روي قسمتهاي ديگر به قوت خود باقي مي ماند. (Fault Isolation)

* سيستمهاي DCS داراي قابليت گسترش هستند. در سيستم کنترل مرکزي گسترش سيستم مستلزم تعويض پردازنده مرکزي و خريد يک سيستم پيشرفته تر است اما در DCS مي توان با اضافه کردن ماحول هاي کنترلي بيشتر، کنترل را گسترش داد.

* برنامه نويسي DCS در محيط هاي سطح بالا انجام مي شود. اين برخلاف کنترلرهاي PLC مي باشد که نوشتن برنامه آنها نيازمند آشنايي با سيستمهاي ميکروپروسسوري مي باشد.

همانطور که پيشتر آمد، DCS مي تواند از ماجولهاي کنترلي بسياري تشکيل شده باشد که مي توانند بطور مستقل و همزمان عمل کنند. بعلاوه داراي قابليت ارتباط سريع بيين ماجول هاي خويش است که از طريق خطوط ارتباطي با نام بزرگراههاي داده هاي Real Time امکان پذير مي گردد. (ماجولهاي ارتباطي در بخش بعد توضيح داده مي شوند.)

* Data Rate :

سرعت انتقال اطلاعات در اين سيستم برابر 31.25 Kbit/Secبا است که عليرغم اينکه سرعت بالايي نمي باشد ليکن براي کنترل فرآيندهاي شيميايي مناسب است. لازم به ذکر است که در اکثر سيستمها DCS حتي در خصوص سيستم هاي Emergency Shutdown از سيستمي غير از سيستم اصلي و معمولاً از که سرعت بهتري دارد، استفاده مي گردد.

اجزاء سيستم Fiedbus :

در يک سيستم Fiedbus ، ارتباط دادن Device هاي Field کاري ساده است. بصورتtypical، هر Device مي تواند با 12 Device ديگر روي يک باس بصورت موازي متصل و سيم بندي شود. ضمناً افزودن Device هايي که سيستم را مقياس پذير (Scalable) مي کنند نيز آسان مي شود. همچنين سيستم مي تواند به منظور پاسخگوئي به احتياجات جديد، گسترش داده شود و در بسياري از موارد، Device ها مي توانند بدون احتياج به يک يا Interface کابل ديگر با هم connect شوند.

مبناي کار Fiedbus براي شناسايي تمام Device ها و اسامي پارمترهاي استاندارد شده نظير ( SP , PV)، tagهايي است که توسط کاربر تعريف مي شوند، با connect کردن يک Device اضافي به باس، host به راحتي مي توانند ها را درخواست کند و به اين ترتيب Installation کامل مي گردد.

فيلد باس قابليت شبيه سازي مقادير ورودي و خروجي را نيز دارد که اين امکان را فراهم مي سازد که بصورت کاملاً Safeپاسخ سيستم را به تغييرات ورودي ها در شرايط Fault، بتوان بررسي کرد.

اجزاء مختلف سيستم عبارتند از :

الف ) لايه هاي مختلف سيستم :

پروتکل هاي ارتباطات ديجتال عموماً از مدل استاندارد Interconnection سيستم هاي باز (Open Sys.) تبعيت مي کنند که لايه هاي متفاوتي مسئول کد کردن پيغام و فرستادن آنها به لايه هاي مجاور مي باشند.

Physical Layer :

اين لايه از استاندارد IEC پيروي کرده و محيطي را براي ارسال/ دريافت data از محيط فيزيکي فيلدباس برحسب سرعت ارتباط، کدينگ سيگنال، طول ارتباطات، تعداد واحدها و منبع تغذيه روي باس و غيره پوشش مي دهد.

تمرکز اصلي فيلدباس روي محيط سيم کشي مسي مي باشد هر چند که فيبر نوري و ارتباطات راديويي نيز به استاندارد IEC افزوده شده اند. طول يک باس سيم کشي شده به کيفيت سيم کشي (Cabling) بستگي دارد.

فيلدباس در هر انتها به يک ترميناتور (مدارRC) احتياج دارد که شبکه ارتباطي را بالانس کرده و از اعوجاج ارتباطي جلوگيري کند. سيگنال هاي ارتباطي با تکنيکهاي مختلفي مد مي شوند بطوري که هر بيت data از يک سيکل کامل است. فوايد اين تکنيک :

1 ) امنيت بالاتر؛

2 ) بيان هر بيت بوسيله تغيير حالت (State)؛

3 ) صرفه جويي در وقت سيستم؛

مي باشد. 32 Device مي توانند روي يک باس سوار شوند. با اين محدوديت که فقط 12 واحد مي توانند از طريق همان باس تغذيه شوند. حداقل ولتاژ تغذيه 9 ولت بوده و Safety Barrier ها شامل مقاومتهاي W 102 محدود کننده جريان مي باشند و قدرت روي فيلدباس بين 30 – 9 وات مي تواند باشد که مقدار نامي آن 24 وات است. منبع تغذيه بايد يک منبع تغذيه فيلدباس همراه با فيلترهايي جهت اطمينان از عدم بوجود آمدن اتصال کوتاه در ارتباطات فيلدباس باشد.

* Data Link Layer(DLL) :

کار اين لايه کنترل پيامهاي ارسالي از و به فيلدباس از طريق Physical layer مي باشد. اين لايه دسترسي به فيلدباس را از طريق يک Bus Scheduler مرکزي قطعي (Deterministic) که (LAS)Data Link Scheduler ناميده مي شود، مديريت مي کند.

DLL دو نوع از Device ها را تشخيص مي دهد :

1 ) Basic

2 ) Link Master

Link Master محتوي يک LAS بوده و مي تواند ارتباطات فيلدباس را کنترل کند. Basic Device ها محتوي LAS نيستند. در ضمن Configuration فيلدباس، ليستي از Device هاي روي باس و نيز نوع dataي موردنياز در يک زمان معين، به LAS داده مي شود.

هنگاميکه زمان اين فرا مي رسد که يک Device ديتاي خود را ارسال کند، LAS به آن فرمان مي دهد که data را براي تمام Device هاي روي باس منتشر (Pudlish) کند. به صورت همزمان تمام Device هايي که به منظور استفاده از آن data ، Configureشده اند، آن را دريافت (Subscribe) مي کنند.



ب ) فنر فشار

1 ) انبساط مايع

اساس کار اين اندازه گيرها ازدياد حجم مايع در اثر افزايش درجه حرارت مي باشد. جنس Bulb يا Wellکه در تماس با درجه حرارت مي باشد، معمولاً از مس، آهن، مونل و يا فولاد مي باشد.

در اين اندازه گير ازدياد حجم مايع در Bulb از طريق لوله موئي به Bourdon انتقال مي يابد و باعث حرکت آن مي گردد.

براي المنت دريافت کننده و تبديل کننده انبساط حجمي به حرکت، مي توان از المنت هاي فنري بصورت ، حلزوني و يا مارپيچي استفاده کرد.

مينيمم حدود تغييرات قابل اندازه گيري با اين اندازه گير در جائيکه از جيوه بعنوان مايع منبسط شونده استفاده شود، منهاي 38 درجه سانتيگراد و اگر از هيدرو کربن استفاده شود، منهاي 80 درجه سانتيگراد است. حداکثر حدود تغييرات در حالت جيوه 650 درجه سانتيگراد و براي هيدرو کربن 315 درجه سانتيگراد مي باشد.

مشخصات و مزاياي ترمومتر فنري پرشده با جيوه :

پاسخ خطي
ثبات
سرعت در پاسخ
قابليت استفاده با جبران کننده

مشخصات و مزاياي ترمومتر فنري پرشده با هيدروکربن

پاسخ خطي
اندازه گيري حدود تغييرات کم
داشتن Bulb کوچک
اندازه گيري درجه حرارت کم
قابليت استفاده با جبران کننده

جبران کننده درجه حرارت محيط :

در اين نوع اندازه گيرهاي پر شده، در اثر تأثير درجه حرارت محيط بر روي لوله موئي هاي سياب، ازدياد حجمي بوجود مي آيد که باعث خطاي اندازه گيري مي شود. براي جبران اين خطا سيسمتهاي خاصي تعبيه مي شود.

2 ) فشار بخار :

اساس ترمومتر تحريک شونده با فشار بخار، تغيير فشار بخار در اثر حرارت مي باشد. در اينجا ترمومتر، تغيير درجه حرارت را در سطح آزاد مايع تبديل شونده به بخار اندازه مي گيرد. درجه حرارت نشان داده شده با اين ترمومتر درجه حرارت گرمترين نقطه اي است که مايع در آن قرار دارد. اين ترمومتر داراي درجه بندي غيرخطي مي باشد که اين غيرخطي بودن بستگي به منحني فشار بخار دارد.

در اين نوع ترمومتر براي مايع بخار شونده از متيل کلرايد، اتر، بوتان، هگزان، پروپان، تولوئن و سولفور دي اکسيد مي توان استفاده نمود. حدود تغييرات قابل اندازه گيري با اين دستگاه بستگي به سيال مورد استفاده در آن دارد.

حداقل حدود تغييرات قابل اندازه گيري با اين ترمومتر منهاي 45 درجه سانتيگراد و حداکثر 315 درجه مي باشد. مزيت ترمومترهاي تحريک شونده با بخار مايع در باريکي باند اندازه گيري، قيمت کم و پاسخ ناگهاني آنها مي باشد.

3 ) انبساط گاز :

براساس قانون چارلز، حجم گاز با تغيير درجه حرارت مطلق تغيير مي کند. اصول کار ترمومترهاي گازي بر اين اساس متکي است. گازي که در اين نوع ترمومترها استفاده مي شود معمولاً بخاطر سهولت تهيه و وسعت حدود تغييرات درجه حرارت نيتروژن مي باشد. ميزان حدود تغييرات قابل اندازه گيري در اين ترمومتر از منهاي 130 درجه تا 650 درجه سانتيگراد مي باشد. مزاياي ترمومتر گازي ساده، خطي بودن اندازه گيري تغييرات و قابليت استفاده آن براي باند تغييرات گوناگون مي باشد.

ترمومتر بي متال :

بي متال از اتصال دوفلز با ضرايب انبساط مختلف بر روي هم بوجود مي آيد. در اثر تغيير حرارت در بي متال به علت اختلاف ضريب انبساط دو طرف آن بي متال به يک طرف خم مي شود.

اين پيچش در فلز متناسب با درجه حرارت مي باشد. رابطه جابجايي در اين ترمومتر نسبت به تغييرات درجه حرارت بطور خطي مي باشد. معمولاً از Invar (آلياژ آهن و نيکل) براي ضريب انبساط کم و آلياژهاي نيکل يا برنج براي ضريب انبساط زياد استفاده مي شود.