א. הקדמה
במערכות בקרת אוטומציה תעשייתיות מודרניות, בקר הלוגיקה המתוכנת (PLC), מערכת הבקרה המבוזרת (DCS) ומערכת הבקרה של אוטובוס השדה (FCS) הם שלושה פתרונות בקרה הנפוצים. כל אחד מהם כולל עקרונות עבודה ייחודיים, מאפיינים פונקציונליים ותרחישים ישימים, המספקים פתרונות מגוונים לאוטומציה תעשייתית. מאמר זה עורך ניתוח והשוואה מפורטת של שלוש מערכות הבקרה הללו כדי לעזור לקוראים לקבל הבנה מעמיקה יותר של ההבדלים והקשרים ביניהם.
II. מערכת בקרת PLC
הגדרה ועקרון עבודה
מערכת בקרת PLC היא מכשיר מבוקר-של תוכנית המווסת את המצבים של אותות קלט/פלט (I/O) באמצעות תוכניות כתובות- מראש, ובכך מממש את הבקרה, הניטור והתפעול האוטומטיים של-ציוד באתר. PLC מורכב בעיקר ממודול CPU, מודולי קלט, מודולי פלט והתקני תכנות, ועקרון העבודה שלו מורכב משלושה שלבים: רכישת אותות קלט, ביצוע תוכנית ובקרת פלט.
מאפיינים פונקציונליים
(1) ביצועים מעולים בזמן אמת.-: מערכות בקרת PLC מתהדרות בביצועי-זמן אמת גבוהים, המאפשרות תגובות מהירות לשינויים בסביבת-אתר ויישום מהיר של אסטרטגיות בקרה מוגדרות מראש.
(2) יציבות גבוהה: אלגוריתמי הבקרה של מערכות בקרת PLC הם יציבים ואינם מושפעים מגורמים חיצוניים כגון הפרעות אלקטרומגנטיות, שינויי טמפרטורה ותנודות באספקת החשמל, מה שמבטיח את אמינות המערכת.
(3) גמישות חזקה: ניתן לשנות ולעדכן את התוכניות של מערכות בקרת PLC בכל עת כדי להתאים אותן לתנאי בקרה ולדרישות שונות.
(4) תכנות קל: שפות התכנות למערכות בקרת PLC הן פשוטות וקלות ללמידה, ומאפשרות עיצוב, שינוי וניפוי תוכניות מהיר ונוח.
(5) יכולת הרחבה קלה: החומרה והתוכנה של מערכות בקרת PLC תומכות בהרחבה גמישה, וניתן להגדיר מודולי I/O שונים, מודולי תקשורת ורכיבים אחרים לפי הצורך.
III. מערכת בקרה DCS
הגדרה ועקרון עבודה
ידועה גם כמערכת בקרה מבוזרת, מערכת בקרת DCS היא דור חדש של מערכת בקרת מכשירים המבוססת על מיקרו-מעבדים, המאמצת את עקרונות התכנון של פונקציות בקרה מבוזרות, תצוגה ותפעול מרכזיות ושילוב של אוטונומיה מבוזרת ותיאום משולב. זוהי מערכת מחשב מרובת רמות המקושרת על ידי רשת תקשורת, המורכבת בעיקר מרמת בקרת תהליך ורמת ניטור תהליכים, ומשלבת את ארבע טכנולוגיות C: מחשב, תקשורת, תצוגת CRT (Cathode Ray Tube) ובקרה.
מאפיינים
(1) אמינות גבוהה: ה-DCS מאמץ תכנון מבני מיותר, וכשל של התקן מחשב בודד לא יגרום לאי סדר בכל המערכת.
(2) פְּתִיחוּת: היא מאמצת פלטפורמה פתוחה שיטתית, מודולרית וסטנדרטית, וכל מערכות המחשב המחוברות זו לזו יכולות לממש חיבור וגישה מרכזית באמצעות אמצעי תקשורת כגון Ethernet.
(3) תצורה גמישה: ה-DCS מאפשר הוספה או הפחתה של מודולי מערכת בהתאם לצרכים בפועל כדי להשיג תצורה גמישה.
(4) עיצוב מודולרי: כל ציוד הליבה, כולל מעבדים, ספקי כוח, מודולי I/O, מודולי תקשורת ומודול AI/AO, מאמץ עיצוב מודולרי, המשפר את יכולת ההרחבה והתחזוקה של המערכת.
IV. מערכת בקרה FCS
הגדרה ועקרון עבודה
מערכת בקרת אוטובוס השדה (FCS) היא דור חדש של מערכת בקרה שהתפתחה מ-DCS ו-PLC. היא מאמצת טכנולוגיית Fieldbus כדי לחבר ציוד ומערכות אוטומציה אינטליגנטיות- באתר לרשת תקשורת מבוזרת לחלוטין עם שידור דו- ומבנה רב- סניפים.
מאפיינים
(1) רשת תקשורת- באתר: ה-FCS מאמצת טכנולוגיית fieldbus כדי לממש תקשורת דיגיטלית בין ציוד-תבונתי באתר ומערכות אוטומציה.
(2) חיבור בין מכשירים ותפעול הדדי: ה-FCS תומך בחיבור וביכולת פעולה הדדית של ציוד המיוצר על ידי יצרנים שונים, ומפחית את העלות של שילוב המערכת.
(3) בלוקי פונקציות מבוזרים: ה-FCS מפיץ פונקציות בקרה לציוד- שונים באתר, ומשפר את האמינות והגמישות של המערכת.
(4) אספקת חשמל באמצעות קווי תקשורת: ה-FCS תומך באספקת חשמל לציוד-באתר דרך קווי תקשורת, מה שמפשט את חיווט המערכת.
V. השוואה של מערכות בקרה PLC, DCS ו-FCS
הרכב מבני
PLC מורכב בעיקר ממודול CPU, מודולי קלט, מודולי פלט והתקני תכנות; DCS היא מערכת מחשב מרובת רמות המקושרת על ידי רשת תקשורת, המורכבת מרמת בקרת תהליך ורמת ניטור תהליכים; FCS, שהתפתח מ-DCS ו-PLC, מאמצת טכנולוגיית fieldbus לחיבור ציוד ומערכות אוטומציה אינטליגנטיות- באתר.
מאפיינים פונקציונליים
PLC כולל ביצועים מעולים בזמן אמת-, יציבות גבוהה, גמישות חזקה, תכנות קל ואפשרות הרחבה קלה; DCS מאופיין באמינות גבוהה, פתיחות, תצורה גמישה ועיצוב מודולרי; ל-FCS יש מאפיינים של-רשת תקשורת באתר, חיבור בין מכשירים ותפעול הדדי, בלוקי פונקציות מבוזרים ואספקת חשמל דרך קווי תקשורת.
תרחישים ישימים
PLC מתאים לשליטה בקווי ייצור וציוד אוטומטיים-קטנים; DCS ישים לבקרה וניהול תהליכים תעשייתיים-בקנה מידה גדול, כגון בתחומים כימיים, חשמל, מתכות ואחרים; FCS מתאימה יותר למערכות אוטומציה תעשייתיות מורכבות הדורשות חיבור ויכולת הדדית של ציוד- באתר.
VI. מַסְקָנָה
מערכות בקרת PLC, DCS ו-FCS לכל אחת מהן מאפיינים משלה והן ממלאות תפקיד חשוב בתחום האוטומציה התעשייתית. על ידי השוואת ההרכב המבני, המאפיינים התפקודיים והתרחישים הישימים שלהם, נוכל לבחור את פתרון הבקרה המתאים ביותר בהתאם לצרכים בפועל. עם הפיתוח המתמשך של אוטומציה תעשייתית, שלוש מערכות הבקרה הללו ימשיכו למלא תפקיד חשוב ויהוו חידוש ושיפור מתמיד.