دانلود مقاله ساختار سیستم DCS کاربردی در پست های فشار قوی با فرمت ورد ودر 27 صفحه قابل ویرایش

قسمتی از متن مقاله

4-1 مقدمه

با توجه به گران بودن تجهیزات در پست های فشار قوی ، وجود سیستم های کمکی مانند کنترل ، نظارت و حفاظت در این پست ها ضروری می باشد. علاوه براین با توجه به این که پست های فشار قوی گره های شبکه قدرت هستند، عملکرد صحیح تجهیزات هر پست فشار قوی تاثیر عمده ای بر عملکرد کل شبکه دارد. لذا انجام حفاظت یا نظارت و کنترل دقیق تجهیزات در پست ها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

به مجموعه ای از تجهیزات که عملکردهای حفاظت ، کنترل و نظارت را در پست ها انجام
می دهند، تجهیزات ثانویه اطلاق می شود. از نظر سیستم ثانویه ( سیستم کنترل ) می توان پست های فشار قوی را به دو دسته با کنترل مرسوم و با کنترل اتوماسیون تقسیم کرد.

در نوع اول ، تجهیزات فشار قوی که در محوطه پست قرار دارند را بوسیله کابل از محوطه به اتاق کنترل متصل می کنند. در اتاق کنترل تجهیزات حفاظت ، نظارت وکنترل در تابلوهایی نصب شده اند و اطلاعات پس از ورود به اتاق کنترل ، وارد این تابلوها می شوند. شمای کلی پست^[1] و تجهیزات بصورت دیاگرام تک خطی بر روی تابلوهای کنترل پیاده سازی می شوند. در این سیستم بسیاری از تجهیزات ( مانند رله های کمکی ) از نوع الکترومکانیکی و یا الکترونیکی هستند. عملکردهای حفاظت و کنترل تقریباً به صورت مستقل و مجزا پیاده سازی شده وارتباط آنها با
سیم کشی برقرار می شود.

در سیستم های نوع دوم ، از تجهیزات دیجیتال برای پردازش و از شبکه های مخابراتی دیجیتال برای انتقال اطلاعات استفاده می شود. اطلاعات تجهیزات کنترل ، حفاظت و نظارت از نوع دیجیتال هستند. ارتباط اپراتور با سیستم به جای تابلوهای کنترل بوسیله یک یا چند کامپیوتر برقرار شده و برای پیاده سازی اینترلاک بین تجهزات به جای رله های کمکی از نرم افزار استفاده می شود.

در این فصل قصد داریم که ابتدا به معرفی سیستم های مقیاس وسیع ، که پست هم نوعی از آن می باشد ، پرداخته و پس از آن ساختار اتوماسیون پست را شرح دهیم.

4-2 سیستم های مقیاس وسیع

در تکنولوژی پیشرفته امروز ، اغلب سیستم ها از ترکیب و ارتباط ماشین ها ، واکنش ها و فرایندها متعدد تشکیل شده اند. این ارتباط از طریق جریان مواد ، شبکه اطلاعات ، شبکه انتقال نیرو و انرژی اتصالات مکانیکی و ... ایجاد می شود. تحلیل ، طراحی و اعمال سیستم کنترل به صورت یکپارچه برای چنین سیستم های که سیستم های ابعاد وسیع ^[2]خوانده می شوند ، کاری پیچیده و گاهی غیر عملی وغیر ممکن به نظر می رسد. استفاده از کامپیوترهای سریع تر یا با حافظه بیشتر به تنهایی راهگشای این مسائل نمی باشند. بلکه توسعه روش هایی جهت تبدیل مسأله به زیر مسأله های مرتبط به هم و حل مرحله به مرحله ، معقولانه تر به نظر می رسد.

تعریف واحدی برای سیستم های ابعاد وسیع وجود ندارد. ویژگی پیچیده بودن کلی سیستم و قابلیت تجزیه به زیر مسأله های مرتبط ، در تعاریف مشترک است. عبارت « ابعاد وسیع » به معنی بزرگ بودن ابعاد فیزیکی سیستم نیست. برای مثال یک تراشه الکترونیک به ابعاد 1×4 سانتی متر ، از آنجایی که از تعداد زیادی عنصر مرتبط تشکیل شده است ، سیستم ابعاد وسیع خوانده می شود. این سوء تعبیر ممکن است از عبارت « ابعاد وسیع » ناشی باشد. به همین دلیل بعضی از نویسندگان عبارت « مقیاس بزرگ » را برای این مفهوم انتخاب کرده اند.

مسأله عمده ای که تئوری سیستم های ابعاد وسیع با آنها مواجه است عبارتند از :

الف ) تعداد زیر سیستم ها که به بزرگی ابعاد دینامیکی کل سیستم می انجامد.

ب ) نامعین بودن مدل

ج ) محدودیت در ساختار کنترل کننده ها

ساختارهای خاص سیستم های ابعاد وسیع ، اغلب اجازه جمع آوری کلیه اطلاعات سیستم در یک نقطه و صدور فرمان های کنترلی به صورت متمرکز و ارسال آنها را نمی دهد. برای مثال در یک شبکه قدرت که زیر سیستم ها فاصله جغرافیایی زیادی دارند ، امکان ارسال بلادرنگ اطلاعات به یک کنترل کننده مرکزی وجود ندارد. در این گونه سیستم ها اغلب از کنترل غیر متمرکز که در آن هر زیر سیستم سیگنال های کنترل را از خروجی های همان زیر سیستم بدست می آورد ، استفاده
می شود. در سیستم هایی مانند سیستم های ترافیک که اثرات زیر سیستم های مجاور بسیار بیشتر از زیر سیستم های دور از هم است و نیز به علت تعداد زیر سیستم ها، اعمال کنترل متمرکز عملی
نمی باشد وتبادل اطلاعات بین کنترل کننده های مجاور باعث بهبود نسبی عملکرد سیستم خواهد شد.

در فرایندهای شیمیایی که جریان مواد اغلب به صورت زنجیره ای است ، اگر جریان اطلاعات بین کنترل کننده های محلی نیز به همان صورت باشد ، پاسخ بهتری از سیستم انتظار می رود.

سیستم های ابعاد وسیع با مسائل خاصی از قبیل پیچیدگی و بزرگ بودن مدل سیستم ، نامعینی و عدم وجود اطلاعات کامل جهت مدل سازی و محدودیت های ساختاری انتقال اطلاعات مواجه هستند. بررسی ، تحلیل و طراحی کنترل کننده ها و هماهنگ سازها در این سیستم ها نیاز به تئوری و استراتژی های خاص دارد. تئوری این روش ها از اوایل دهه 1970 شروع و گسترش پیدا نمود. آئوکی از اولین کسانی بود که به کنترل غیر متمرکز توجه نمود. این موضوع تا اواخر دهه هفتاد گسترش زیادی پیدا نمود. ونگ و دیویسون مقادیر ویژه تغییر ناپذیر تحت کنترل غیر متمرکز را معرفی نمودند. مزارویچ و همکارانش استراتژی چند سطحی را برای حل مسائل سیستم های ابعاد وسیع گسترش دادند. سپس روش های سیستماتیک در مساله کنترل چند لایه توسط رستوریک بوجود آمد. به دنبال این تحقیقات تئوری ، کاربردهای عملی این روش ها مورد بررسی قرار گرفت. کاربرد روش های کنترل سیستم های ابعاد وسیع در کنترل کیفیت رودخانه ، مدیریت تولید ،
سیستم های تولید و انتقال نیروی الکتریکی ، مسیریابی دینامیکی سیستم های مخابراتی ، کنترل سازه های فضایی انعطاف پذیر بزرگ ، کنترل کوره های رشد کریستال چند ناحیه ای ، پایدار سازی و کنترل فضاپیماهایی با ساختار متغیر وبسیاری کاربردهای دیگر در مقالات آمده است.

4-3 ساختار سیستم اتوماسیون پست

در یک سیستم اتوماسیون پست، توابع حفاظت ، کنترل و نظارت با بهره گیری از تکنولوژی ریز پردازنده ها ونیز شبکه های مخابراتی برای انتقال اطلاعات دیجیتال ، اجرا می شوند.

پیش از توصیف ساختار یک سیستم اتوماسیون پست ، ابتدا به بررسی اجمالی عملکرد سیستم کنترل مرسوم که در نحوه شکل گیری ساختار سیستم اتوماسیون پست نقش اساسی دارد، می پردازیم. در خصوص ورود تکنولوژی کنترل دیجیتال به پست های فشار قوی لازم است دو مسئله مهم زیر مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. مساله اول ، نیازمندیهای اساسی و اولیه سیستم مرسوم کنترل در پست های فشار قوی و شبکه های قدرت ، و مساله دوم قابلیت ها وامکانات سیستم های دیجیتال
می باشد.

در سیستم های مرسوم کنترل ، برای انتقال اطلاعات از خروجی های دو وضعیتی و رله های کمکی استفاده می شود به همین دلیل اطلاعات از سوئیچگیر تا بالادست ( اتاق کنترل ) بسختی منتقل می گردد. همچنین نمایش اطلاعات برای اپراتور به فضا و تجهیزات نسبتاً زیادی نیاز دارد که بطور نمونه می توان به اطلاعات مربوط به آلارم ها ( هشدار ها ) ومقادیر اندازه گیری روی تابلوهای کنترل اشاره کرد. از سوی دیگر این روش انتقال اطلاعات نیازمند حجم بالایی از مصرف کابل می باشد. در این سیستم ها برای هر عملکرد کنترلی یا نظارتی یک واحد مستقل مورد نیاز است که بطور نمونه می توان به واحدهای ثبات خطا و وقایع ، واحد آلارم یا واحدهای اندازه گیری اشاره کرد. کثرت تجهیزات استفاده شده و بالابردن حجم کابل کشی و سیم رله کمکی مشکلات زیادی را بدنبال دارد.

در سیستم های با کنترل دیجیتال به جای استفاده از تجهیزات الکترونیکی و الکترومکانیکی و تابلوهای مختلف ، از نرم افزار پیاده سازی شده استفاده می شود و به همین دلیل استفاده از نرم افزار ، پایه و اساس یک سیستم اتوماسیون جهت انتقال و پردازش اطلاعات می باشد.

برای بررسی صحیح ساختار کلی اتوماسیون بهتر است که بر مبنای مسیر انتقال و پردازش اطلاعات و سطوح کنترلی شکل گرفته در این سیستم و چگونگی پیاده سازی عملکردهای مختلف یک سیستم مرسوم را مورد بررسی قرار داد. بطور کلی با توجه به مسیر انتقال اطلاعات و پیاده سازی تجهیزات پردازشگر ، یک سیستم کنترل دیجیتال پست به چهار سطح کلی تقسیم می شود :

با توجه به سطوح بیان شده فوق الذکر در ادامه به بررسی نحوه پیاده سازی عملکردهای اساسی وتشریح سیستم اتوماسیون پست می پردازیم. ( این سطوح بصورت شماتیک در شکل (4-1) نشان داده شده است )

شکل(4-1)ساختار سیستم اتوماسیون پست

4-3-1 سطح عملکرد

سطح عملکرد یا سطح فیلد ، تجهیزات زیر را شامل می شود :

1- کابل کشی برای ارتباط تجهیزات اولیه

2- کلیدهای کمکی برای نشان دادن وضعیت های سوییچگیر

3- رله های الکترومکانیکی یا الکترونیکی

4- ترانسفورماتورهای اندازه گیری ( به شکل مرسوم یا ترانسفورماتور های ولتاژ وجریان نوری)

5- سنسورهایی برای اندازه گیری پارامترهای غیر الکتریکی مانند فشار گاز ، حجم روغن و دما

6- اتصالات مخابراتی

پس بطور کلی می توان مجموعه تجهیزات فشار قوی مستقر در سوئیچگیر را سطح عملکرد یا سطح فیلد دانست . در این سطح ، اطلاعات خام شامل مقادیر جریان و ولتاژ و نیز وضعیت تجهیزاتی نظیر کلید یا سکسیرنر تهیه می گردد. همچنین فرامین کنترلی دریافت شده و به تجهیزات این سطح اعمال می شود.