معرفی نرم افزار CENTUM VP یوکوگاوا

تاریخ انتشار : 2024/08/04

ویژگی‌ها و پیکربندی اصلی فنی CENTUM VP

 ویژگی‌های اصلی فنی CENTUM VP

سیستم Centum VP هم برای سیستم‌های ساده و کوچک و هم برای سیستم‌های بزرگ با بیش از ۱,۰۰۰,۰۰۰ تگ کاربرد دارد؛ قابل استفاده در انواع مختلف برنامه‌ها و معماری‌های سیستم؛ در دسترس بودن سخت‌افزار با کیفیت بالا به میزان هفت نه (۹۹٫۹۹۹۹۹۵۹)؛ فناوری Pair & Spare برای حفظ در دسترس بودن حلقه کنترل؛ محیط عملیات کارخانه به صورت بلادرنگ؛ طراحی HMI با ظاهر و احساس شهودی؛ امکان استفاده از جدیدترین فناوری‌ها در سیستم‌های کنترل؛ یکپارچگی آسان با سایر زیرسیستم‌ها؛ انواع مختلف نمایش عملیات شامل گرافیک، نمودار روند، نمای کلی، تنظیمات و غیره.

عملیات با یک لمس برای دسترسی به اطلاعات مرتبط، نمایش گفتگوهای هشدار، نمودار روند، گرافیک و صفحه‌های کنترل که می‌توانند بدون مهندسی و بر اساس تگ مرتبط از یکدیگر فراخوانی شوند؛ عملکرد و قابلیت برای رسیدن به عملیات کارخانه به صورت بلادرنگ؛ نمایش گرافیک در ۱ ثانیه؛ تازه‌سازی صفحه در ۱ ثانیه؛ مکانیزم جمع‌آوری داده‌ها برای روند بلادرنگ بدون تاثیر تاخیر شبکه؛ نمایش فریم؛ قابلیت تاریخچه پنجره؛ نمای مدیریت هشدار بلادرنگ؛ ظرفیت بالا؛ حداکثر تعداد تگ‌ها: ۱,۰۰۰,۰۰۰ در هر سیستم؛ حداکثر نمایش گرافیکی: ۴,۰۰۰ در هر HIS؛ نقاط روند بلادرنگ: ۳,۳۲۸ در هر HIS؛ انواع مختلف محیط عملیات موجود است: نمایشگر تکی، دوگانه، چهارگانه؛ نمایشگر عریض نیز موجود است؛ عملیات با ماوس، صفحه‌کلید عملیاتی و صفحه لمسی نیز قابل استفاده است.

سازگاری بالا با سیستم‌های CENTUM قدیمی‌تر: عملیات مشابه قابل استفاده است؛ دسترسی به FCSهای سیستم‌های CENTUM قدیمی‌تر با شبکه‌های کنترل متفاوت؛ استفاده از جدیدترین پلتفرم سیستم عامل مایکروسافت ویندوز: ویندوز ۷، ویستا و سرور ۲۰۰۸٫ سه نوع سخت‌افزار قابل انتخاب است: دسکتاپ، کنسول با استایل جامد و کنسول با استایل باز. سبک‌های مختلف عملیات؛ ماوس، صفحه‌کلید عملیاتی، پنل لمسی؛ نمایشگر تکی، دوگانه و چهارگانه موجود است.

۱٫۲٫ HMI: یوکوگاوا محیط HMI شهودی و آسان‌فهم برای عملیات و نظارت کارخانه ارائه می‌دهد که نتیجه تجربه گسترده با سیستم‌های CENTUM است. انعطاف‌پذیری در نمایش پنجره‌ها و نمایشگرهای عملیات کمک می‌کند تا به نیازهای مختلف عملیاتی پاسخ داده شود. CENTUM VP گرافیک‌های آسان‌فهم مبتنی بر ارگونومی و دانش مهندسی ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، نمایش داده‌ها با وضوح بالا ارائه می‌شود که آگاهی شهودی از وضعیت را ممکن می‌سازد. استفاده از رنگ‌ها بهترین کنتراست و محیط‌های اتاق کنترل مرکزی را در نظر گرفته و پیکربندی نمایش‌ها دانش اپراتورهای باتجربه را ادغام می‌کند. با این قابلیت‌ها، CENTUM VP به اپراتورها کمک می‌کند تا در حین عملیات تصمیمات سریع و دقیقی اتخاذ کنند و به بهبود کارایی عملیات کمک می‌کند.

۱٫۳٫ کنترلر: کنترلر CENTUM VP دارای عملکرد پردازشی برجسته و ظرفیت ذخیره‌سازی برنامه بزرگ است، و در عین حال همان کیفیت و پایداری که نشان مشخص سری CENTUM است را حفظ کرده است. ماژول‌های پردازشگر، منبع تغذیه، ماژول‌های I/O و باس‌های ارتباطی همگی از پیکربندی افزونه پشتیبانی می‌کنند. نسخه جدید کنترلر AFV30D/AFV40D بهینه‌سازی شده تا تمام پیشرفت‌های فناوری دیجیتال میدانی را به کار گیرد که به افزایش بهره‌وری و پایداری کارخانه کمک می‌کند. واحد I/O از راه دور با سرعت بالا امکان اتصال کنترلرها را در سایت‌های دوردست تا ۵۰ کیلومتر فراهم می‌کند.

۱٫۴٫ I/O: FIO (Field network I/O) سری ماژول‌های I/O کم‌هزینه است که برای بهبود چگالی بسته‌بندی توسعه یافته است. دامنه وسیعی از ماژول‌ها این امکان را می‌دهد که سیستم مطابق با نیازهای سیگنال‌های فرایندی و سطوح مختلف ایزولاسیون پیکربندی شود. سیستم FIO به واحد کنترل میدانی (FCU) از طریق ESB، ESB نوری، یا ERbus متصل می‌شود. ماژول‌های I/O شامل ماژول‌های آنالوگ، دیجیتال و ماژول‌های ارتباطی هستند. انواع مختلفی از ماژول‌های آنالوگ I/O وجود دارد، از جمله نوع کانال ایزوله، نوع ایزوله و نوع غیرایزوله. ماژول‌های منبع تغذیه I/O، ماژول‌های واسط باس و ماژول‌های I/O (FIO) در واحد گره I/O نصب می‌شوند.

۱٫۵٫ مهندسی: ایستگاه مهندسی (ENG) از سخت‌افزار و نرم‌افزار مشابه HIS استفاده می‌کند، اما همچنین دارای نرم‌افزارهای مهندسی مانند سازنده گرافیک، برنامه‌های کنترل PID و ترتیب‌دهی است که برای پیکربندی سیستم CENTUM VP بر اساس نیازهای خاص محیط کارخانه استفاده می‌شود. این ایستگاه پایگاه داده لازم برای اجرای عملکردهای عملیات، نظارت و کنترل را ایجاد می‌کند.

II. خدمات یکپارچه‌سازی و مهندسی

۲٫۱٫ مهندسی و طراحی سیستم

۲٫۲٫ یکپارچه‌سازی سخت‌افزار و پیکربندی نرم‌افزار

۲٫۳٫ مونتاژ سیستم، تست یکپارچه‌سازی و FAT

۲٫۴٫ راه‌اندازی در سایت

۲٫۵٫ آموزش

۲٫۶٫ خدمات نگهداری: خدمات روزانه، خدمات نوسازی، خدمات اضطراری

CENTUM VP شرکت Yokogawa یکی از پیشروترین سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS) است که در طیف گسترده‌ای از صنایع برای کنترل و پایش فرآیندها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم، یک سامانه یکپارچه کنترل تولید را ارائه می‌دهد که ترکیبی از قابلیت اطمینان بسیار بالا و عملکرد ممتاز را فراهم می‌آورد. یوکوگاوا CENTUM VP DCS یکی از محبوب‌ترین سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS) در بازار اتوماسیون صنعتی است، به‌ویژه در صنایع شیمیایی و پتروشیمی. داشتن دانش در مورد یوکوگاوا CENTUM VP DCS برای رشد حرفه‌ای شما مزایای زیادی به همراه دارد، چه حرفه‌ای باشید و چه تازه‌کار در زمینه اتوماسیون صنعتی. یوکوگاوا سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS) خود به نام CENTUM را برای نخستین بار در سال ۱۹۷۵ عرضه کرد، که یک نوآوری جهانی بود. CENTUM VP نسل نهم از سری CENTUM است و اخیراً نسخه R6.10 از یوکوگاوا Centum VP منتشر شده است.

در ادامه، نمایی کلی از معماری سیستم DCS CENTUM VP ارائه شده است.

معماری سیستم کنترل توزیع‌شده CENTUM VP شرکت یوکوگاوا

نسخه R6 از CENTUM VP شرکت یوکوگاوا، نوآوری‌هایی در محیط مهندسی سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS) ارائه کرده است. این نسخه به‌طور خاص، زمان و تلاش مورد نیاز برای ساخت و مهندسی سیستم را کاهش می‌دهد. به‌عنوان یک ارتقای بیشتر، یک سیستم جدید ورودی/خروجی به نام Network I/O (N-IO) به مجموعه I/Oهای سیستم CENTUM VP اضافه شده است.

سیستم‌های قبلی یوکوگاوا بر پایه F-I/O (Field I/O) طراحی شده بودند. شبکه کنترلی آن که از Vnet/IP با سرعت بسیار بالا (یک گیگابیت بر ثانیه) استفاده می‌کند، تضمین می‌کند که به‌روزرسانی صفحات اپراتور در کمتر از ۱ ثانیه انجام شود. پروتکل Vnet/IP مطابق با استاندارد IEEE 802.3 است.

FCS – ایستگاه کنترل فیلدی (Field Control Station)
NIU – واحد واسط نود (Node Interface Unit)
N-IO – ورودی/خروجی شبکه‌ای (Network I/O)
FIO – ورودی/خروجی فیلدی (Field I/O)
HIS – ایستگاه رابط انسانی (ایستگاه کاری اپراتور) (Human Interface Station)
ENG – ایستگاه مهندسی (Engineering Station)

سیستم کنترل توزیع‌شده CENTUM VP شرکت یوکوگاوا، دارای معماری کنترل توزیع‌شده (Distributed Control Architecture) است که بر پایه معماری کلاینت/سرور (Client/Server) طراحی نشده است.
در این معماری، پایگاه داده در هر ایستگاه کنترل فیلدی (FCS) به‌صورت توزیع‌شده قرار دارد و این ایستگاه‌ها به‌طور کامل افزونه (Redundant) هستند، به‌گونه‌ای که زمان سوئیچ‌اُور (تغییر از واحد اصلی به پشتیبان) کمتر از ۱ میلی‌ثانیه است.

نسخه اصلی پایگاه داده توزیع‌شده، در ایستگاه مهندسی اصلی (Master Engineering Station) نگهداری می‌شود.
با این حال، این فقط یک نسخه‌ی کپی است و پایگاه داده اصلی به‌صورت توزیع‌شده در کنترلرها قرار دارد و در همان‌جا ذخیره می‌شود.
این نوع معماری، مزایای منحصربه‌فردی را ارائه می‌دهد که معماری‌های کلاینت/سرور (Client-Server) قادر به ارائه آن‌ها نیستند.

• ایستگاه‌های اپراتور (Operator Stations) به‌صورت مستقیم داده‌ها را از کنترلرها دریافت می‌کنند (و نه از طریق سرور). به همین دلیل، زمان به‌روزرسانی نمایشگرها در سیستم یوکوگاوا برابر با ۱ ثانیه است.

• این معماری بر پایه سرور طراحی نشده است، بنابراین در هنگام سوئیچ‌اُور سرور، امکان از دست رفتن داده‌ها وجود ندارد.

• هیچ نقطه شکست واحدی (Single Point of Failure) وجود ندارد. (در معماری کلاینت/سرور، خرابی سرور منجر به قطع ارتباط تمام ایستگاه‌های اپراتور با داده‌ها می‌شود).

• هر واحد از سیستم می‌تواند به‌صورت مستقل راه‌اندازی (Commission) شود و در ادامه، پایگاه داده آن‌ها در ایستگاه مهندسی اصلی (Master Engineering Station) با هم ادغام گردد.

• هر ایستگاه اپراتور می‌تواند به‌عنوان نود ذخیره‌سازی داده‌های تاریخی (Historization Node) عمل کند.

• خرابی یک ایستگاه اپراتور یا حتی ایستگاه مهندسی اصلی، تأثیری بر عملکرد سیستم یا بهره‌برداری از کارخانه ندارد.

FCS (ایستگاه کنترل فیلدی) وظایف محاسبات کنترلی برای هر بلوک عملکردی (Function Block) و همچنین ورودی/خروجی‌های مربوط به فرآیند و نرم‌افزار را بر عهده دارد.

HIS (ایستگاه رابط انسانی) همان رابط کاربری اپراتور (HMI) در سیستم CENTUM VP است که برای عملیات و پایش (Monitoring) کارخانه به‌کار می‌رود.

ENG (ایستگاه مهندسی) یک رایانه تخصصی است که برای پیکربندی (Configuration) و نگهداری (Maintenance) سیستم CENTUM VP استفاده می‌شود.

Vnet/IP شبکه کنترلی است که برای اتصال اجزای سیستم CENTUM VP به یکدیگر استفاده می‌شود.

N-IO (ورودی/خروجی شبکه‌ای) نسل بعدی ورودی/خروجی هوشمند و قابل تنظیم است.

برای طراحی نوع Intrinsically Safe در N-IO، شرکت یوکوگاوا با شرکت‌های MTL و Pepperl+Fuchs همکاری می‌کند تا ورودی/خروجی‌های ایمن در مناطق خطرناک را تأمین کند. ماژول ورودی/خروجی یونیورسال و Isolated Barrier (موانع ایزوله MTL و Pepperl+Fuchs) بر روی پایه N-IO نصب می‌شوند.

شبکه Vnet/IP ارتباطات بلادرنگ با قابلیت اطمینان بالا را فراهم می‌کند که برای عملیات پایدار کارخانه ضروری است. این شبکه کنترل دوگانه افزونه است و شامل Bus 1 و Bus 2 می‌باشد.
Bus 1 معمولاً برای ارتباطات کنترلی و انتقال داده‌های کنترلی استفاده می‌شود؛ اما در صورت خرابی Bus 1، مسیر ارتباطی به صورت خودکار به Bus 2 تغییر یافته و ارتباط کنترلی بدون وقفه ادامه می‌یابد. علاوه بر این، Bus 2 قابلیت ارتباط باز، یعنی ارتباط عمومی اترنت با اجزای غیر CENTUM مانند پرینترها را دارد. خرابی Bus 1 یا Bus 2 هیچ تأثیری بر ارتباط باز نخواهد داشت.

شبکه Vnet/IP از تجهیزات ارتباطی عمومی برای اتصال شبکه استفاده می‌کند. تمام اجزای Vnet/IP مانند FCS و HIS در یک حوزه (Domain) به سویچ اترنت ۱ گیگابیت لایه ۲ متصل می‌شوند. چندین حوزه از طریق سویچ اترنت لایه ۳ به هم متصل می‌شوند. حوزه‌های Vnet/IP می‌توانند به صورت سلسله‌مراتبی پیکربندی شوند.

همانطور که در شکل قبل نشان داده شد، واحدهای واسط شبکه‌ای NIU از طریق کابل‌های N-ESB و ماژول‌های اتصال باس به کنترلرها متصل می‌شوند. یک NIU می‌تواند ۶ ماژول ورودی/خروجی شبکه‌ای (N-I/O) را مدیریت کند. هر N-I/O می‌تواند ۱۶ کانال قابل تنظیم را پشتیبانی کند.

یک FCS می‌تواند ۳۲ NIU و ۱۰۸ N-I/O (معادل ۱۷۲۸ کانال ورودی/خروجی) را مدیریت کند؛ هر NIU می‌تواند ۶×۱۶=۹۶ ورودی/خروجی را پشتیبانی کند.

ماژول‌های ورودی/خروجی افزونه A2MMM843 هستند که قابلیت عبور سیگنال‌های HART را دارند، به این معنی که نیاز به مالتی‌پلکسر HART اضافی نداریم. با استفاده از ماژول A2MMM843، ورودی/خروجی‌ها می‌توانند به صورت ۲ سیمه آنالوگ (AI)، ۴ سیمه آنالوگ (AI)، ورودی دیجیتال (DI)، خروجی دیجیتال با خروجی مرطوب (DO) و خروجی دیجیتال با کنتاکت (DO) پیکربندی شوند. برای این منظور، آداپتورهای ورودی/خروجی خاصی همراه با A2MMM843 استفاده می‌شوند.

تمام ماژول‌های ورودی/خروجی مانند A2MMM843 به صورت جداگانه به NIU متصل می‌شوند (هیچ اتصال چندگانه‌ای وجود ندارد). همه NIU‌ها از طریق ماژول اتصال باس به باس ESB / N-ESB / Optical ESB متصل می‌شوند. ماژول‌های اتصال باس که روی واحد کنترلر (نود) نصب شده‌اند، معمولاً با CPU یا کنترلر ارتباط برقرار می‌کنند. نوع کابل ESB / N-ESB / Optical ESB بر اساس محل قرارگیری NIUها (محلی یا راه دور) تعیین می‌شود.

آداپتورهای ورودی/خروجی DCS برای انواع ورودی/خروجی قابل تنظیم:
سمت چپ N-I/O برای کابل‌کشی میدانی استفاده می‌شود، به این معنی که سیم‌های سیگنال میدانی مستقیماً به ماژول‌های ورودی/خروجی بدون هیچ ترمینال بلاکی متصل می‌شوند. این امر باعث کاهش کابینت‌ها، کاهش سیم‌کشی بین پنل‌ها و کاهش کلی فضای اشغال شده می‌شود.

شماره مدل‌ها برای مرجع در جدول زیر آورده شده است.

سیستم ورودی/خروجی شبکه‌ای یوکوگاوا

سیستم ورودی/خروجی شبکه‌ای باید با دقت و با توجه به نکات زیر طراحی شود:

• کابل‌های میدانی مستقیماً به کارت‌های ورودی/خروجی متصل می‌شوند، بنابراین تعداد کابل‌های ورودی به یک کابینت باید محدود باشد. به طور مثال، سمت جلویی کابینتی به ابعاد ۸۰۰x۸۰۰x۲۰۰۰ میلی‌متر می‌تواند ۱۵ ماژول ورودی/خروجی (N-I/O) و ۳ عدد NIU را در خود جای دهد، و همین شرایط برای پشت همان کابینت نیز صادق است.

• گروه‌بندی جعبه تقسیم باید به‌خوبی انجام شود تا کابل‌ها بتوانند مستقیماً به کارت ورودی/خروجی متصل شوند، همانطور که در تصویر جعبه تقسیم مشاهده می‌شود. تغییر در گروه‌بندی جعبه تقسیم تأثیر منفی بر تخصیص ورودی/خروجی خواهد داشت.

• برخی از کابل‌های میدانی ممکن است شامل سیگنال‌های افزونه و غیر افزونه باشند، که ممکن است نتوان این دو نوع سیگنال را در یک کارت N-IO با ۱۶ کانال جدا کرد. در این موارد، یوکوگاوا ممکن است نیاز به استفاده از ماژول‌های ورودی/خروجی افزونه داشته باشد، زیرا انتهای DCS همان تصویر آینه‌ای جعبه تقسیم است.

• در حد امکان، ورودی/خروجی‌های تجهیزات موازی باید در کابل‌های جداگانه قرار گیرند تا قابلیت دسترسی بیشتری داشته باشند و بتوان آن‌ها را در کارت‌ها یا NIUهای مختلف اختصاص داد. اگر این سیگنال‌ها در یک کابل و یک کارت ورودی/خروجی قرار گیرند و آن کارت خراب شود، تجهیزات مربوطه دیگر قابل کنترل نخواهند بود.

• فلسفه استفاده از کانال‌های رزرو باید با مشتری و فروشنده DCS توافق شود. به عنوان مثال، اگر کابل ۵ زوج دارای ۳ سیگنال و ۲ رزرو باشد، ۳ سیگنال مستقیماً به کارت ورودی/خروجی متصل می‌شوند و ۱ سیگنال به عنوان رزرو سیم‌کشی شده در نظر گرفته می‌شود، همچنین یک زوج بدون هیچ ترمینالی پشت ماژول ورودی/خروجی باقی می‌ماند. این فلسفه باید در مراحل اولیه طراحی با مشتری توافق شود، چرا که پس از نهایی شدن تخصیص ورودی/خروجی، تغییر فلسفه دشوار خواهد بود.

• برای بهره‌برداری از ورودی/خروجی‌های قابل تنظیم و نگه داشتن کابینت مارشلینگ مشابه روش‌های قدیمی، گزینه‌ای وجود دارد که سیم‌کشی میدانی در برد ترمینال جداگانه‌ای (A2BM4) در کابینت‌های مارشلینگ انجام شود و سپس کابل پیش‌ساخته به ماژول ورودی/خروجی (A2MMM843) در کابینت‌های سیستم متصل شود. این طراحی فضای بیشتری اشغال می‌کند اما انعطاف‌پذیری نگهداری را افزایش می‌دهد.

سیستم ایمنی یوکوگاوا ProSafe RS (SIS)

ProSafe RS R4 شرکت یوکوگاوا مطابق با استاندارد IEC/TÜV و دارای گواهی SIL 3 است. این سیستم ایمنی مستقل و fail-safe است که برای انجام وظایف خود به هیچ سیستم دیگری وابسته نیست.

سیستم PLC تک‌پردازنده ProSafe RS

شکل: سیستم SIS تک پردازنده ProSafe RS

سیستم ProSafe RS دارای پردازنده‌های فیزیکی افزونه با دو CPU و دو مدار در هر کارت، ماژول‌های ورودی/خروجی افزونه با دو CPU و دو مدار در هر کارت، منبع تغذیه افزونه و ارتباطات افزونه است. بنابراین، ProSafe RS حتی در پیکربندی تک، توسط TÜV به عنوان SIL3 تأیید شده است.

سیستم‌های ProSafe RS شرکت یوکوگاوا (SIS)

شکل: سیستم SIS با CPU افزونه ProSafe RS

معمولاً سیستم ProSafe RS با DCS Centum VP بر روی همان شبکه کنترل Vnet/IP ادغام می‌شود. استفاده از ProSafe RS نیاز به درگاه جداگانه بین DCS (CENTUM VP) و سیستم ابزار دقیق ایمنی (SIS) را از بین می‌برد.

یک رابط کاربری مشترک (HMI) هم برای DCS و هم برای عملکردهای ESD/F&G استفاده می‌شود. اپراتورها می‌توانند به داده‌های ایمنی با استفاده از همان HMI که در CENTUM VP استفاده می‌شود، دسترسی داشته باشند. ProSafe RS تحقق واقعی مفهوم «یک فرآیند، یک شبکه، یک پنجره، یک راه‌حل» است.