آموزش جذاب: سنسورها و محرک‌ها و نقش آنها در RTU و SCADA

سنسورها و عملگرها در سیستم‌های RTU و SCADA چگونه کار می‌کنند؟

کنترلرها در RTUها

RTU‌ها (واحدهای ترمینال راه دور) اکنون از رایانه‌های کوچک درست می‌شوند. اندکی پس از شروع، الگوریتم‌های کنترل کننده در RTU برنامه ریزی شدند. توتالایزرهای جریان، محاسبه‌گرهای ضریب توان و حل‌کننده‌های منطقی به زودی دنبال شد.

سیستم RTU و SCADA

هر تابعی که بتوان آن را با یک فرمول یا الگوریتم ریاضی توصیف کرد، می‌تواند توسط کامپیوتر در یک RTU نسبتا درهم و برهم حل شود. سیگنال‌ها از دستگاه‌های حسگر میدانی جمع آوری می‌شوند. الگوریتم‌ها حل می‌شوند.

دستورالعمل‌های کنترل به شیرها یا سایر محرک‌های کنترل ارسال می‌شود. برخی از عملکردهای مربوط به ایمنی، مانند تشخیص آتش یا دود و غلظت گاز سمی، در سخت افزار اختصاصی حل می‌شوند.

دلیلش این نیست که آنها الگوریتم‌های فنی دشواری دارند، بلکه به این دلیل است که سازمان‌های نظارتی که آنها را تأیید می‌کنند، آنها را ملزم می‌کنند که دستگاه‌های مستقل باشند.

این واحد بر روی برخی از ملاحظاتی که باید در هنگام اعمال سنسور و آکواتور در نظر گرفت، تمرکز می‌کند. همانطور که در SCADA استفاده می‌شود، این دستگاه‌ها ممکن است تفاوت قابل توجهی با ابزارهایی که عملکردهای مشابه را در هر کارخانه بسیار خودکار در یک صنعت مشابه انجام می‌دهند، نداشته باشند. با این حال، آنها با ابزارهایی که برای خواندن مستقیم توسط اپراتور انسانی طراحی می‌شوند متفاوت خواهند بود.

خرید و نگهداری سنسورها و محرک‌های SCADA گران هستند، این واقعیتی است که باید در هنگام توسعه تخمین هزینه‌ها برای نصب SCADA در نظر بگیرید. قبل از حل الگوریتم کنترل، اطلاعات دریافتی توسط حسگر میدان باید به عنوان ورودی به RTU تحویل دهیم. برخی از ارتباطات باید بین سنسور و RTU اتفاق بیفتد. سپس، پس از حل الگوریتم، باید برخی از ارتباطات بین RTU و محرک اتفاق بیفتد. سیستم RTU و SCADA

آنالوگ به باینری به دیجیتال در سیستم RTU و SCADA

فرمت تمام داده‌های منتقل شده بین MTU و RTUها، داده‌های باینری هستند. داده‌های باینری در این فرمت وجود دارد که ممکن است به عنوان وضعیت یک سوئیچ برای فهمیدن روشن یا خاموش بودن آن در نظر بگیرید.

شکل 1 خروجی یک سوئیچ محدود را نشان می‌دهد که ممکن است برای نشان دادن وضعیت یک شیر استفاده شود. در شکل 1(a)، شیر باز است و خروجی سوئیچ 5+ VDC ثابت است. در شکل 1(b)، شیر بسته است و خروجی سوئیچ 0 VDC ثابت است. قسمت پایینی شکل 1 یک خروجی سوئیچ را برای یک شیر نشان می‌دهد که باز، سپس بسته، سپس باز و غیره است.

شکل 2

شکل1: خروجی از Limit Switch

شکل 2 نشان می‌دهد که چگونه خروجی سوئیچ از یک شیر به بیت تغییر می‌کند. کلمه bit مخفف رقم باینری است. یک ثبات تک بیتی یا فلیپ فلاپ را در شکل 2(a) می‌بینید.

خروجی سوئیچ وضعیت شیر به ورودی فعال رجیستر تغذیه می‌شود و رجیستر از رجیستر خارج می‌شود. شکل 2(b) زمان بندی منطق را نشان می‌دهد. کمی قبل از زمان = 1، شیر باز می‌شود و خروجی سوئیچ وضعیت سوپاپ از 0 ولت به +5 ولت می‌رسد.

در زمان = 1، پالس ساعت مثبت می‌شود (از 0 ولت به 5+ ولت) و این، همراه با 5+ ولت در ورودی فعال رجیستر، باعث می‌شود که رجیستر یک خروجی “1” بدهد (به خط پایین شکل مراجعه کنید. 2 (ب). دریچه برای چندین دوره ساعت باز می‌ماند و بعد از زمان = 3 بسته می‌شود.

وقتی این کار انجام شد، سیگنال فعال به 0 ولت می‌رود، اما این خروجی رجیستر را تغییر نمی دهد. هنگامی که ساعت در زمان = 4 مثبت می‌شود، خروجی ثبات به “0” تغییر می‌کند.  

شکل2: تغییر خروجی سوئیچ ولو به بیت

  شکل 6-9 نشان می‌دهد که چگونه یک سیگنال آنالوگ برای نشان دادن موقعیت دریچه ایجاد می‌شود. هنگامی که میل سوپاپ به موقعیت کاملا باز خود می‌رسد، خروجی فرستنده +5000 ولت خواهد بود. هنگامی که شیر را کاملا ببندیم، خروجی 0.000 ولت خواهد بود. همانطور که در شکل 2 در بالا می‌بینید، خروجی در مقداری بین 0 تا 5 ولت است. فرض کنید +3000 ولت است.

شکل3: سیگنال آنالوگ برای نشان دادن موقعیت ولو

سیستم RTU و SCADA چطور کار می‌کند؟

با شروع از بالا سمت چپ شکل 4، سیگنال 3.000 ولت به اولین مرحله تبدیل سیگنال ADC ارسال می‌شود. مبدل سعی می‌کند 2.500 ولت از آن کم کند. بنابراین سیگنال 5 ولت را به ورودی فعال 2.500 ولت بیتِ (MSB) از رجیستر خروجی می‌دهد.

پالس بعدی در کلاک MSB، رجیستر را مجبور به داشتن خروجی 1 می‌کند. باقیمانده (3.000 – 2.500 = 0.500 ولت) به مرحله دوم تغذیه می‌شود. مبدل سعی می‌کند 1.250 ولت را از آن کم کند. نمی تواند (چون 0.500 کوچکتر از 1.250 است) بنابراین یک سیگنال 0 ولتی را به ورودی فعال بیت 1.250 ولتی رجیستر خروجی می‌دهد. بقیه (هنوز 0.500 ولت) به مرحله سوم تغذیه می‌شود.

مبدل سعی می‌کند 0.625 ولت را از آن کم کند. نمی تواند (چون 0.500 کوچکتر از 0.625 است) بنابراین یک سیگنال 0 ولتی را به ورودی فعال بیت 0.625 ولتی رجیستر خروجی می‌دهد. پالس ساعت بعدی که بیت را به “0” ثبت می‌کند، نیرو می‌دهد.

باقی مانده (هنوز 0.500 ولت) به مرحله چهارم تغذیه می‌شود. مبدل سعی می‌کند 0.3125 ولت را از آن کم کند. بنابراین یک سیگنال +5 ولت به ورودی فعال LSB رجیستر خروجی می‌دهد. پالس ساعت بعدی که بیت را به “1” ثبت می‌کند، نیرو می‌دهد.

نتیجه، یک کاراکتر باینری چهار بیتی است که مقدار ۳.۰۰۰ ولت را به شرح زیر توصیف می‌کند:از آنجا که یک رجیستر چهار بیتی دقت ۱ در ۲۴ یا ۱ در ۱۶ را ارائه می‌دهد، بنابراین مجاز خواهیم بود مقدار را به ۳.۰۰۰ ولت برسانیم. در برخی از کاربردها، سیگنال از مثبت به منفی تغییر می‌کند. به همین خاطر باید از یک بیت اضافی استفاده شود چرا که بیت‌های اضافی دقت بیشتری را ارائه می‌دهند.

شکل 5- مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC)

  مبدل‌های دیجیتال به آنالوگ (DAC)، دستگاه‌هایی هستند که سیگنال دیجیتال را می‌گیرد و آن را به مقدار آنالوگ تبدیل می‌کنند. شکل 5 نحوه انجام این کار را نشان می‌دهد. با استفاده از مقدار دیجیتالی که توسط ADC در شکل 4 می‌بینید، بیشترین بیت را در پورت فعال سازی فلیپ فلاپ بالا وارد می‌کنیم.

هنگامی که پالس ساعت باعث فعال شدن هر یک از این فلیپ فلاپ‌ها می‌شود، 5 ولت در خروجی هر فلیپ فلاپ معادل ظاهر شدن 1 در ورودی است. ۰ ولت در خروجی هر فلیپ فلاپ معادل این است که ۰ ولت در ورودی ظاهر ‌شده است.

کلیدهای ولتاژ، هر کدام دو ورودی دارند. که یکی که اجازه عبور ولتاژ از سوئیچ را می‌دهد و دیگری این مسیر عبور را مسدود می‌کند. ورودی دیگر، سیگنال سوئیچینگ (سیگنال تغییر وضعیت) است. اگر ۵ ولت باشد، ولتاژ دقیق از آن عبور می‌کند. اگر ۰ ولت باشد، ولتاژ دقیق از آن عبور نمی‌کند.

ولتاژ دوم دقیقاً نصف ولتاژ اول است و غیره. بلوک جمع کننده در سمت راست هر یک از ورودی‌های خود را اضافه می‌کند و سپس نتیجه ای را که مجموع ورودی‌ها است به بیرون می‌دهد. در این حالت، خروجی 2.500 ولت به اضافه 0.3125 ولت به خروجی 2.8125 ولت اضافه خواهد کرد.  

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.