يعتمد نجاح أي مصنع لعمليات صناعية على سلامة وأداء أنظمة التحكم الخاصة به. تعكس هذه الأنظمة الوظائف الأساسية التي تم تنفيذها خلال مرحلة التصميم. لتحقيق أداء عالٍ، يجب على بائعي الأنظمة وأخصائيي الأجهزة والضوابط (I&C) الحفاظ على تواصل واضح. فهم يضمنون توافق البيانات التقنية مع متطلبات المشروع المحددة. ونتيجة لذلك، يكتسب مشغلو المصنع القدرة على التنقل في مرافق النظام والاستجابة بفعالية لتغيرات العمليات في الوقت الحقيقي.

المرافق الأساسية الضرورية لأنظمة التحكم الحديثة

تعتمد أتمتة المصانع الحديثة على مرافق وظيفية متنوعة لإدارة المهام الصناعية المعقدة. وتشمل هذه تكييف مدخلات ومخرجات الأجهزة، إدارة الإنذارات، والشبكات عالية السرعة. علاوة على ذلك، يجب على الأنظمة التعامل مع تزامن الوقت، تخزين بيانات المؤرخ، وإدارة التغييرات. تنفذ أنظمة التحكم القابلة للبرمجة، مثل أنظمة التحكم الموزعة (DCS) وأنظمة السلامة الآلية (SIS)، هذه الوظائف. من خلال دمج هذه المرافق، تحقق المصانع مستويات عالية من الموثوقية.

تطبيق معيار البرمجة IEC 61131-3

يعد معيار IEC 61131-3 الأساس العالمي للبرمجة الصناعية. يتبع هذا الإطار تقريبًا كل بائع رئيسي، بما في ذلك ABB و Yokogawa و Schneider Electric. يحدد خمسة لغات برمجة مميزة لتناسب التطبيقات المختلفة. على سبيل المثال، مخطط السلم (LD) مثالي للمنطق المنفصل. في حين أن النص الهيكلي (ST) يتفوق في الحسابات الرياضية المعقدة. علاوة على ذلك، يجعل استخدام بيئة موحدة الهندسة مستقلة عن البائع.

الاختيار الاستراتيجي للغات البرمجة

يختار المهندسون لغات محددة بناءً على النتيجة المرجوة للتحكم. مخططات الوظائف التسلسلية (SFC) مثالية للمعالجة الدُفعية والتسلسلات خطوة بخطوة. في المقابل، توفر مخططات كتل الوظائف (FBD) طريقة بصرية لإدارة الحلقات التناظرية المستمرة. ونتيجة لذلك، يمكن للأخصائيين اختيار الأداة الأكثر كفاءة إما للتحكم بالتسلسل أو التناظري. تقلل هذه المرونة من وقت الهندسة وتقلل من خطر الأخطاء المنطقية خلال مرحلة التطوير.

ترجمة منطق التصميم إلى أنظمة السلامة الآلية

خلال مرحلة الهندسة التفصيلية، تنشئ فرق التصميم مخططات منطق القفل بناءً على معايير ISA 5.2. ثم يقوم بائعو الأنظمة بترجمتها إلى كود وظيفي، عادة باستخدام FBD أو منطق السلم. تعتمد الأنظمة عالية التكامل، مثل HIMA أو Emerson DeltaV SIS، على هذا التعيين الواضح. عندما يعكس منطق النظام رموز التصميم، يصبح استكشاف الأخطاء وإصلاحها أسرع بكثير. يمكن للمشغلين بسهولة تحديد الأعطال من خلال تغييرات حالة الإشارة الملونة على شاشاتهم.

تحسين واجهة المستخدم وتكامل البيانات لمراقبة المصنع

تتطلب الأتمتة الناجحة أكثر من مجرد المنطق؛ فهي تتطلب تصورًا بديهيًا. ينتج التنسيق الفعال بين فرق I&C والبائعين شاشات عرض رسومية شاملة لواجهة المستخدم. تقدم هذه الشاشات نظرة عامة على منطق الإيقاف الطارئ (ESD) وحالة المصنع بأكمله. لذلك، يمكن للمشغلين مراقبة وظائف نظام الحزمة من موقع مركزي واحد. يضمن هذا النهج الشامل تدفق البيانات بسلاسة عبر جميع روابط الاتصال.

رؤية خبير: إدارة القيود الخفية للنظام

من وجهة نظري، غالبًا ما يغفل المهندسون عن القيود التقنية "الخفية" مثل حمل وحدة المعالجة المركزية وأوقات دورة التنفيذ. في مشاريع DCS واسعة النطاق، يمكن أن يسبب حمل وحدة المعالجة المركزية العالي تأخيرات خطيرة في استجابة التحكم. لذلك، من الضروري موازنة تعقيد الوظائف مع قدرات الأجهزة. أوصي بإجراء محاكاة للحمل في المراحل المبكرة لتجنب الاختناقات. علاوة على ذلك، يحسن تبسيط المنطق من سهولة الصيانة طويلة الأمد للمستخدم النهائي.

سيناريو التطبيق: حماية توربين البخار عالي الضغط

في توليد الطاقة، تتطلب حماية توربين البخار وظيفة منطقية دقيقة.

• المشكلة: يحتاج التوربين إلى إيقاف طارئ إذا تجاوزت مستويات الاهتزاز عتبة محددة لأكثر من ثانيتين.

• الحل: باستخدام FBD، ينفذ المهندسون كتلة "تأخير زمني" متصلة ببوابة "أو" تستقبل مدخلات متعددة من أجهزة الاستشعار.

• التنفيذ: يتم دمج هذا المنطق في نظام السلامة الآلي (SIS) الذي يشغل صمام الإيقاف الميكانيكي.

• الفائدة: باتباع معيار IEC 61131-3، يكون المنطق شفافًا وسهل التحقق منه خلال تدقيق مستوى سلامة السلامة (SIL) السنوي.