گزارش کاراموزی ابزار دقیق و کنترل سیستمهای الکترونیک و سنسورها در 85 صفحه ورد قابل ویرایش

مشخصات و محل کارآموزی :

شرکت الیاف سهامی عام، جاده قدیم کرج، سه راه شهریار، روبروی دپوی ارتش این شرکت در سال 1346 تأسیس گردیده و محصولات این شرکت نخ نایلون 6 و مواد اولیه پلمیری جهت استفاده در شرکت های تولید مواد پلاستیکی می باشد. در این شرکت قسمت های مختلفی وجود دارند که طبقه بندی شده اند که عبارتند از :

1 ) امور اداری؛ 2 ) قسمت تولید؛ 3 ) قسمت مهندسی؛ 4 ) ایمنی و آتش نشانی؛ 5 ) درمانگاه؛ 6 ) نیروگاه.

قسمت مهندسی شامل زیر شاخه های تعمیرات نیروگاه، تعمیرات تولید، تعمیرات ریسندگی، تعمیرات پلیمر، تراشکاری، قسمت برق فشار قوی، برق فشار ضعیف، ابزار دقیق و الکترونیک و قسمت های PM و ... می باشد.

اینجانب در قسمت ابزار دقیق مشغول به انجام دوذه کارآموزی شدن و کار این قسمت در زمینه سیستم های کنترل از جمله سیستم های کنترل دما، فشار، سطح، رطوبت، چگالی، Ph، دور موتورها و ... می باشد.

در این دوره سعی شد که با تمامی این موضوعات که جزء درس کنترل صنعتی می باشد، آشنا شده و به صورت عملی بر روی این سیستم ها کار شد.

گزارش ارائه شده در مورد سیستم های ابزار دقیق، پروتکلهای ارتباطی، سیستم های کنترل، سنسورها و موارد مرتبط به آنها می باشد، که طی 440 ساعت کارآموزی در این شرکت تهیه و ارائه شده است.

این دوره از تاریخ مهر 88 تا تاریخ بهمن 88 تهیه و تنظیم گردیده است.

میان سیستم مدیریت و سیستم کنترل کارخانه، معمول می گردد که سیستم خای کنترل قدیمی تر

(نیوماتیکی یا 4 – 20 mA) و حتی سیستم های DCS نسلهای قبل که برای انتقال اطلاعات آنها به سیستم های بالاتر که اکنون همگی بر مبنای تکنولوژی های Interanet/ Internet و WEB قرار گرفته اند، دیگر از حیث کارایی و قیمت، نیازهای مشتریان را برآورده نمی کنند و لازم است با توجه به تحولات ذکر شده، متحول گردند و شکل جدید پذیرند، شکلی که با نیازهای روز منطبق باشد.

در این پایان نامه سعی ما برای است که بر سیستم های اتوماسیون و ابزار دقیق که رکن اساسی صنعت امروز می باشد و تکنولوژی پیچیده امروز جز با وجود آنها میسر نمی گردد، مرور مختصری داشته باشیم.

بدنی منظور به توضیح جزء به جزء لایه های مختلف یک سیستم اتوماسیون می پردازیم.







مقدمه :

شاید منظور قرآن از آیات فوق این باشد که انسان یک پدیده مافوق است اما بالفعل یم پدیده مادی، پدیده مافوق بودن انسان او را از خاک به افلاک می رساند و در این مسیر تکامل است که رسالت انسان مشخص می گردد و با خودسازی جهت خویش را پیدا می کند.

لذا از آنجاییکه هدف از خلقت بشر تعالی او به سوی کمالات معنوی و رسیدن به ذات اقدس خداوندی است و این کمالات جز با فکر و اندیشه و پا گذاشتن در عرصه علم حاصل نمی گردد لذا برماست که فراگیری علوم را بر خود واجب شماریم و لحظه ای از تحصیل علم غافل نباشیم.

کاروان علم بشریت با سرعتی غیر قابل مهار به پیش می رود و دستاوردهای علمی و تکنولوژیک مبین این پیشرفت می باشد. ما نیز که جزیی از کل هستی هستیم باید سهمی هر چند کوچک در این راه ایفا کنیم و گامی در جهت خودکفایی کشور برداریم و در کنار فراگیری علوم تجربی، علوم معنوی خویش را توسعه دهیم و این دو بال را هماهنگ به پرواز درآوریم. در غیر اینصورت تصاد حاصل باعث بی هدف بودن فعالیتها و تلاشها می شود.

امروزه وقتی از سیستم کنترل گسترده سخن می گوییم معنایی بس وسیعتر از آنچه در دهه گذشته مدنظر بود، توصیف می شود. اگر نظری آینده نگرانه به آن داشته باشیم، سیستم ها را در گسترده ای می یابیم که از یکسو سنسورها و محرکها و از سوی دیگر سیستمهای فروش، مالی و مدیریتی را برمی گیرند. منطق و نیاز بسیار ساده ای چنین سیستمی را توصیه می کند : جریان وسیع و بدون مانع اطلاعات در سرتاسر یک مجتمع صنعتی یا کارخانه و یا حتی یک مجموعه گسترده از واحدها، با توجه به شرایط رقابت روزافزون حاکم بر بازار، عامل مهمی در موفقیت ارائه محصولات با کیفیت و بها مناسب می باشد.

از طرفی بهینه سازی و ارتقاء کیفیت تولید با تکیه بر روشهای پیشرفته کنترل، کاهش هزینه نگهداری در دراز مدت، امکان توسعه و گسترش ساده و سریه وجود فیدبک های مدیریتی قوی و دقیق در قالب گزارش های گوناگون و در زمان و بسیاری مزایای دیگر به وضوح نیاز به چنین سیستم های در قالب کنترل تولید، بالا می برد.

با روشن شدن اهمیت استفاده از سیستم های کنترل پیشرفته در تولید و مهمتر از آن ارتباط.











1 . 3 ) سیستم کنترل DCS

مقدمه :

تاریخچه کنترل کامپیوتری گسترده به اواخر سال 1950 میلادی برمی گردد، هنگامیکه شرکت TEXA Co America Oil آنرا در کنترل پروسه های شیمیایی خود بکار گرفت و بدین طریق اول کنترل نا متمرکز را رقم زد. در این روش ابتدایی از یک ماشین IBM1700 بعنوان سوپروایزر استفاده می شد که یک سری ماشینهای کوچکتر را در زمینه اندازه گیری داده هایی که به وسیله سنسورها دریافت می گردید، کنترل و هدایت می کرد.

در آن زمان داده های دریافت شده بصورت آنالوگ بوده و فقط برای انجام یک سری از محاسبات بکار برده می شدند. در نسل های بعدی DCS طبیعت کنترلی غیرمتمرکز آن بیشتر نمود پیدا کرد، اما بدلیل قیمت بالای کامپیوتر و بازدهی کم آن، پیشرفت نسبی در این زمینه حاصل نگردید.

تا آنکه در سال های اخیر بدلیل پیشرفت فوق العاده CPU ها و کاهش قیمت آنها، روش کنترلی فوق از معتبرترین روش های کنترلی مدرن بحساب آمد و از آنجایی که سیستم مزبور از لحاظ گستردگی وسیع دارای استانداردهای خاص خود می باشد و همچنین با سیستم مدیریت اطلاعاتی ادغام گردیده، استفاده از آن در سیستمهای بزرگ، امنیت در تولید، تولید انبوه، سوددهی بیشتر و کاهش قیمت ضایعات ساخت را به همراه مدیریتی کارآمد تضمین می کند.

تعریف DCS :

همانطور که از اسم آن مشخص است، یک سیستم کنترل توزیع شده سیستمی است که عملکرد آن بجای اینکه در یک نقطه متمرکز باشد، پراکنده است.

یک سیستم کنترل توزیع شده از تعدادی ماجولهای میکروپروسسوری تشکیل شده که با همکاری یکدیگر عملکرد یک سیستم را کنترل و مانیتور می کند. کامپیوترها با توجه به جغرافیای محل پخش می شوند، بنابراین این مسئله باعث کاهش هزینه نصب و سیم کشی می گردد.

DCS یک شبکه کامپیوتری است اما با شبکه های خانگی و یا اداری موجود تفاوت دارد، چرا که در DCS مسئله پردازش Real Time مطرح می باشد. مخالف آنچه در پردازشهای دسته ای در کامپیوترهای اداری یا خانگی دیده می شود.

تفاوت این دو روش پردازش در نحوه اجرای برنامه های آنها است. در کامپیوترهای معمول نحوه پردازش بدینگونه می باشد که در یک زمان تنها یک برنامه منفرد اجرا می گردد، بطوریکه این برنامه با یک سری داده های ثابت و مشخص شروع به محاسبات پیچیده نموده و در نهایت به نتایج مطلوب ختم می گردد و هنگامی که پردازش تمام شد برنامه متوقف شده تا برای اجرای مجدد با یک سری داده جدید فرمان بگیرد. در روش پردازش Real Time نیز پردازش با یک سری داده ثابت شروع می شود با این تفاوت که اجرای همان برنامه بطور مداوم تکرار شده و داده ها را با توجه به داده های مرحله قبل تازه می گرداند.

بعنوان مثالی از یک عملکرد Real Time می توان از همان کنترل اتوماتیک سرعت ماشین نام برد. کنترل با داده ثابت سرعت شروع و در هر مرحله سرعت ماشین نمونه برداری می شود و با توجه به اختلاف آن با سرعت مطلوب، سیگنال های کنترلی مبنی بر باز و بسته شدن دریچه بنزین اعمال می گردد.

یک کنترلر DCS نیز بدین طریق عمل می کند، یعنی بطور مداوم از صدها یا هزاران سیستم تحت کنترل نمونه برداری کرده و محاسباتی را بر مبنای یک

سرح مشخص برای سیستم های مربوطه تکرار می کند. داده هایی که از محیط دریافت می شود را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد :

الف ) داده های آنالوگ : که بطور پیوسته تغییر می کنند. این داده ها از طریق حلقه های کنترلی نرم افزاری که برحسب نیاز ممکن است شامل کنترلرهای نسبی، Lead Lag یا PID باشد آنالیز شده و سیگنال های خروجی مناسب صادر می شود.

ب ) داده های گسسته : که کارکردن یا آنها ساده بوده و با توجه به سیگنالهای دریافتی و روابط منطقی عاملی را قطع یا وصل می کند. برای دریافت داده ها از محیط DCS نیز مانند تمام کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی به یک سری آلمانهایی مانند دماسنج، فشارسنج، آمپرمتر و غیره احتیاج دارد.

مقادیر آلمانها به سیگنالهای الکتریکی تبدیل شده و DCS آنها را خوانده و به دیجیتال تبدیل می کند. داده های بدست آمده در موارد زیر استفاده می شوند.

حلقه های کنترلی (فیدبکها) جهت کنترل آنالوگ؛
اجرای برنامه های منطقی جهت صدور دستورالعملهای قطع و وصل؛
نمایش مقادیر روی صفحه مانیتور؛
تهیه گزارش از وضعیت سیستم؛
اعلام خطر در وضعیت نامناسب سیستم تحت کنترل و عملیاتهای دیگری که متناظر با نوع سیستم قابل تعریف است.

مزایای DCS نسبت به سیستمهای قدیمی :

* پروژه های بزرگ را می توان به پرسوه های کوچکتر تقسیم کرد و کنترل هر قسمت آنرا به یک ماجول DCS سپرد.

* روش کنترل مرکزی تمام پروسه به وسیله یک کامپیوتر مرکزی انجام می شود، مستلزم داشتن کامپیوتری بزرگ و تجهیزات پیشرفته می باشد که قیمت این سیستمها بسیار زیاد است. اما در کنترل DCS سخت افزار ماجولها از همان میکروپروسسور معمولی تشکیل شده است.

* نرم افزارهای DCS بخاطر استفاده از میکروپروسسورها و تقسیم بندی کنترل، از نرم افزارهای یک کامپیوتر بزرگ در کنترل بسیار ارزانتر تمام می شوند.

* برخلاف سیستم متمرکز در DCS به علت تقسیم بندی کنترل اگر یکی از ماجولها خراب شود کنترل بر روی قسمتهای دیگر به قوت خود باقی می ماند. (Fault Isolation)

* سیستمهای DCS دارای قابلیت گسترش هستند. در سیستم کنترل مرکزی گسترش سیستم مستلزم تعویض پردازنده مرکزی و خرید یک سیستم پیشرفته تر است اما در DCS می توان با اضافه کردن ماحول های کنترلی بیشتر، کنترل را گسترش داد.

* برنامه نویسی DCS در محیط های سطح بالا انجام می شود. این برخلاف کنترلرهای PLC می باشد که نوشتن برنامه آنها نیازمند آشنایی با سیستمهای میکروپروسسوری می باشد.

همانطور که پیشتر آمد، DCS می تواند از ماجولهای کنترلی بسیاری تشکیل شده باشد که می توانند بطور مستقل و همزمان عمل کنند. بعلاوه دارای قابلیت ارتباط سریع بیین ماجول های خویش است که از طریق خطوط ارتباطی با نام بزرگراههای داده های Real Time امکان پذیر می گردد. (ماجولهای ارتباطی در بخش بعد توضیح داده می شوند.)

* Data Rate :

سرعت انتقال اطلاعات در این سیستم برابر 31.25 Kbit/Secبا است که علیرغم اینکه سرعت بالایی نمی باشد لیکن برای کنترل فرآیندهای شیمیایی مناسب است. لازم به ذکر است که در اکثر سیستمها DCS حتی در خصوص سیستم های Emergency Shutdown از سیستمی غیر از سیستم اصلی و معمولاً از که سرعت بهتری دارد، استفاده می گردد.

اجزاء سیستم Fiedbus :

در یک سیستم Fiedbus ، ارتباط دادن Device های Field کاری ساده است. بصورتtypical، هر Device می تواند با 12 Device دیگر روی یک باس بصورت موازی متصل و سیم بندی شود. ضمناً افزودن Device هایی که سیستم را مقیاس پذیر (Scalable) می کنند نیز آسان می شود. همچنین سیستم می تواند به منظور پاسخگوئی به احتیاجات جدید، گسترش داده شود و در بسیاری از موارد، Device ها می توانند بدون احتیاج به یک یا Interface کابل دیگر با هم connect شوند.

مبنای کار Fiedbus برای شناسایی تمام Device ها و اسامی پارمترهای استاندارد شده نظیر ( SP , PV)، tagهایی است که توسط کاربر تعریف می شوند، با connect کردن یک Device اضافی به باس، host به راحتی می توانند ها را درخواست کند و به این ترتیب Installation کامل می گردد.

فیلد باس قابلیت شبیه سازی مقادیر ورودی و خروجی را نیز دارد که این امکان را فراهم می سازد که بصورت کاملاً Safeپاسخ سیستم را به تغییرات ورودی ها در شرایط Fault، بتوان بررسی کرد.

اجزاء مختلف سیستم عبارتند از :

الف ) لایه های مختلف سیستم :

پروتکل های ارتباطات دیجتال عموماً از مدل استاندارد Interconnection سیستم های باز (Open Sys.) تبعیت می کنند که لایه های متفاوتی مسئول کد کردن پیغام و فرستادن آنها به لایه های مجاور می باشند.

Physical Layer :

این لایه از استاندارد IEC پیروی کرده و محیطی را برای ارسال/ دریافت data از محیط فیزیکی فیلدباس برحسب سرعت ارتباط، کدینگ سیگنال، طول ارتباطات، تعداد واحدها و منبع تغذیه روی باس و غیره پوشش می دهد.

تمرکز اصلی فیلدباس روی محیط سیم کشی مسی می باشد هر چند که فیبر نوری و ارتباطات رادیویی نیز به استاندارد IEC افزوده شده اند. طول یک باس سیم کشی شده به کیفیت سیم کشی (Cabling) بستگی دارد.

فیلدباس در هر انتها به یک ترمیناتور (مدارRC) احتیاج دارد که شبکه ارتباطی را بالانس کرده و از اعوجاج ارتباطی جلوگیری کند. سیگنال های ارتباطی با تکنیکهای مختلفی مد می شوند بطوری که هر بیت data از یک سیکل کامل است. فواید این تکنیک :

1 ) امنیت بالاتر؛

2 ) بیان هر بیت بوسیله تغییر حالت (State)؛

3 ) صرفه جویی در وقت سیستم؛

می باشد. 32 Device می توانند روی یک باس سوار شوند. با این محدودیت که فقط 12 واحد می توانند از طریق همان باس تغذیه شوند. حداقل ولتاژ تغذیه 9 ولت بوده و Safety Barrier ها شامل مقاومتهای W 102 محدود کننده جریان می باشند و قدرت روی فیلدباس بین 30 – 9 وات می تواند باشد که مقدار نامی آن 24 وات است. منبع تغذیه باید یک منبع تغذیه فیلدباس همراه با فیلترهایی جهت اطمینان از عدم بوجود آمدن اتصال کوتاه در ارتباطات فیلدباس باشد.

* Data Link Layer(DLL) :

کار این لایه کنترل پیامهای ارسالی از و به فیلدباس از طریق Physical layer می باشد. این لایه دسترسی به فیلدباس را از طریق یک Bus Scheduler مرکزی قطعی (Deterministic) که (LAS)Data Link Scheduler نامیده می شود، مدیریت می کند.

DLL دو نوع از Device ها را تشخیص می دهد :

1 ) Basic

2 ) Link Master

Link Master محتوی یک LAS بوده و می تواند ارتباطات فیلدباس را کنترل کند. Basic Device ها محتوی LAS نیستند. در ضمن Configuration فیلدباس، لیستی از Device های روی باس و نیز نوع dataی موردنیاز در یک زمان معین، به LAS داده می شود.

هنگامیکه زمان این فرا می رسد که یک Device دیتای خود را ارسال کند، LAS به آن فرمان می دهد که data را برای تمام Device های روی باس منتشر (Pudlish) کند. به صورت همزمان تمام Device هایی که به منظور استفاده از آن data ، Configureشده اند، آن را دریافت (Subscribe) می کنند.



ب ) فنر فشار

1 ) انبساط مایع

اساس کار این اندازه گیرها ازدیاد حجم مایع در اثر افزایش درجه حرارت می باشد. جنس Bulb یا Wellکه در تماس با درجه حرارت می باشد، معمولاً از مس، آهن، مونل و یا فولاد می باشد.

در این اندازه گیر ازدیاد حجم مایع در Bulb از طریق لوله موئی به Bourdon انتقال می یابد و باعث حرکت آن می گردد.

برای المنت دریافت کننده و تبدیل کننده انبساط حجمی به حرکت، می توان از المنت های فنری بصورت ، حلزونی و یا مارپیچی استفاده کرد.

مینیمم حدود تغییرات قابل اندازه گیری با این اندازه گیر در جائیکه از جیوه بعنوان مایع منبسط شونده استفاده شود، منهای 38 درجه سانتیگراد و اگر از هیدرو کربن استفاده شود، منهای 80 درجه سانتیگراد است. حداکثر حدود تغییرات در حالت جیوه 650 درجه سانتیگراد و برای هیدرو کربن 315 درجه سانتیگراد می باشد.

مشخصات و مزایای ترمومتر فنری پرشده با جیوه :

پاسخ خطی
ثبات
سرعت در پاسخ
قابلیت استفاده با جبران کننده

مشخصات و مزایای ترمومتر فنری پرشده با هیدروکربن

پاسخ خطی
اندازه گیری حدود تغییرات کم
داشتن Bulb کوچک
اندازه گیری درجه حرارت کم
قابلیت استفاده با جبران کننده

جبران کننده درجه حرارت محیط :

در این نوع اندازه گیرهای پر شده، در اثر تأثیر درجه حرارت محیط بر روی لوله موئی های سیاب، ازدیاد حجمی بوجود می آید که باعث خطای اندازه گیری می شود. برای جبران این خطا سیسمتهای خاصی تعبیه می شود.

2 ) فشار بخار :

اساس ترمومتر تحریک شونده با فشار بخار، تغییر فشار بخار در اثر حرارت می باشد. در اینجا ترمومتر، تغییر درجه حرارت را در سطح آزاد مایع تبدیل شونده به بخار اندازه می گیرد. درجه حرارت نشان داده شده با این ترمومتر درجه حرارت گرمترین نقطه ای است که مایع در آن قرار دارد. این ترمومتر دارای درجه بندی غیرخطی می باشد که این غیرخطی بودن بستگی به منحنی فشار بخار دارد.

در این نوع ترمومتر برای مایع بخار شونده از متیل کلراید، اتر، بوتان، هگزان، پروپان، تولوئن و سولفور دی اکسید می توان استفاده نمود. حدود تغییرات قابل اندازه گیری با این دستگاه بستگی به سیال مورد استفاده در آن دارد.

حداقل حدود تغییرات قابل اندازه گیری با این ترمومتر منهای 45 درجه سانتیگراد و حداکثر 315 درجه می باشد. مزیت ترمومترهای تحریک شونده با بخار مایع در باریکی باند اندازه گیری، قیمت کم و پاسخ ناگهانی آنها می باشد.

3 ) انبساط گاز :

براساس قانون چارلز، حجم گاز با تغییر درجه حرارت مطلق تغییر می کند. اصول کار ترمومترهای گازی بر این اساس متکی است. گازی که در این نوع ترمومترها استفاده می شود معمولاً بخاطر سهولت تهیه و وسعت حدود تغییرات درجه حرارت نیتروژن می باشد. میزان حدود تغییرات قابل اندازه گیری در این ترمومتر از منهای 130 درجه تا 650 درجه سانتیگراد می باشد. مزایای ترمومتر گازی ساده، خطی بودن اندازه گیری تغییرات و قابلیت استفاده آن برای باند تغییرات گوناگون می باشد.

ترمومتر بی متال :

بی متال از اتصال دوفلز با ضرایب انبساط مختلف بر روی هم بوجود می آید. در اثر تغییر حرارت در بی متال به علت اختلاف ضریب انبساط دو طرف آن بی متال به یک طرف خم می شود.

این پیچش در فلز متناسب با درجه حرارت می باشد. رابطه جابجایی در این ترمومتر نسبت به تغییرات درجه حرارت بطور خطی می باشد. معمولاً از Invar (آلیاژ آهن و نیکل) برای ضریب انبساط کم و آلیاژهای نیکل یا برنج برای ضریب انبساط زیاد استفاده می شود.