Sisteme de control distribuit. Concepte de baz ă [629025]

Introducere
Sisteme de control distribuit. Concepte de baz ă
No țiunea de sistem de control distribuit (sau DCS – Di stributed Control
System) desemneaz ă, în sens foarte larg, orice sistem de control al u nui proces
dinamic, caracterizat prin faptul c ă elementele de control sunt localizate spa țial în
vecin ătatea subsistemelor controlate și sunt interconectate într-o re țea de
comunica ție, care permite monitorizarea și supervizarea procesului.
SCADA este un acronim pentru Supervisory Control and Data Acquisition –
sistem de control la nivel de supervizare și achiziție de date.
Controlul la nivel de supervizare este definit î n opoziție cu controlul în timp
real și const ă de exemplu în modificarea valorilor prescrise (set -point values) ale
unor regulatoare inteligente, a c ăror sarcin ă este s ă men țin ă (în timp real) valorile
măsurate ale unor parametri de proces la nivele cât m ai apropiate de valorile
prescrise.
Schița generală a unui sistem de control distribuit cu supervizare SCADA este
prezentat ă în figura I.1. Observ ăm prezen ța mai multor instala ții tehnologice
(procese) distincte, fiecare având dispozitive de p relevare și transmisie a datelor
măsurate (senzori, circuite de condi ționare și transmisie), elemente de execu ție
(pompe, motoare, incalzitoare etc.) elemente de con trol în timp real (de obicei PLC-
urî, controllere PID “inteligente”, sau RTU-uri), t oate interconectate pe un bus de
comunica ție cu un punct central de monitorizare și supervizare echipat cu un
dispozitiv HMI (Human-Machine Interface) – de obice i un computer echipat cu un
software special de comunica ție și control.
Un exemplu practic de astfel de sistem este cazul unor rezervoare din
industria chimic ă, echipate cu sisteme de control al temperaturii, n ivelelor și debitelor
de admisie și de evacuare.
Controlul de tip supervizare are în vedere stabil irea temperaturilor și nivelelor
prescrise pentru fiecare subsistem, precum și momentele când se comand ă
umplerea sau golirea rezervoarelor.
De notat faptul c ă anumiți parametri pot fi transmi și direct c ătre computerul
din camera de control prin intermediul unor dispozi tive denumite RTU (Remote
Terminal Units). Acestea pot transmite și comenzi c ătre PLC-urile sau direct c ătre
elementele de execu ție aferente nivelului de control în timp real al pr ocesului,
comenzi care, uneori, au prioritate fa ță de comenzile provenind de la bucl ă locală de
control în timp real.
SENZOR – Un senzor este un dispozitiv care m ăsoar ă o m ărime fizic ă sau
chimic ă și o converte ște într-un semnal care poate fi citit de un observa tor sau de un
instrument. Exemplu – termometrul.

ACTUATOR – Un actuator este un dispozitiv (mecanic , electromecanic,
pneumatic, hidraulic, piezoelectric etc.) destinat s ă produc ă mișcarea controlat ă a
unui mecanism sau sistem. Exemple: releele electrom ecanice, electro-valvele, etc.
TRADUCTOR – în sens foarte general, un traductor e ste un dispozitiv care
transform ă un semnal dintr-o form ă în alta. Un exemplu este difuzorul, care
transform ă un semnal electric în vibra ții audibile ale aerului.
Observ ăm c ă, în conformitate cu defini țiile de mai sus, atât senzorii cât și
actuatoarele sunt cazuri particulare de traductori.
PROCES PROCESAchizitie
si transmisie
date
Achizitie
si transmisie
dateControl in
timp real
Control in
timp realPLC sau RTU
PLC sau RTU HMIControl
la nivel de
supervizareFIELDBUS
SENZORI
SI□□CIRCUITE
DE
CONDITIONARESENZORI
SI□□CIRCUITE
DE
CONDITIONARE
ELEMENTE
DE
EXECUTIE
ELEMENTE
DE
EXECUTIE
Fig. I.1 Structura general ă a unui sistem de control distribuit
Un RTU, sau Remote Terminal Unit este un dispozitiv care asigur ă
conexiunea între un obiect fizic și un sistem de control distribuit sau SCADA
permițând transmisia unor date de telemetrie sau a unor c omenzi.
Toate RTU-urile sunt echipate cu una sau mai multe interfe țe de comunica ție
(serială, ethernet, etc.), un microcontroller, un num ăr de intr ări și ie șiri și un protocol
de comunica ție.
Un PLC, sau Programmable Logic Controller este un d ispozitiv echipat cu un
num ăr variabil de intr ări și ie șiri digitale și analogice, capabil s ă sintetizeze în baza
unui program simplu orice func ție de transfer între intr ări și ie șiri.
În ultimii ani, diferen țele dintre RTU și PLC au început s ă se estompeze,
majoritatea producatorilor oferind în prezent PLC-u rî care înglobeaz ă și func ții de

comunicare specifice RTU și RTU-urî cu cu facilit ăți de programare la nivelul
utilizatorului similare cu PLC-urile.
De re ținut, totu și, c ă în cazul RTU, accentul este pe comunica ție, în timp ce, în
cazul PLC, principal ă func ție este cea de control.
HMI – Human Machine Interface – este o component ă software a sistemelor
SCADA, având urm ătoarele func ții:
a. S ă prezinte datele achizi ționate din proces într-o form ă sintetic ă și u șor de
citit de un operator uman.
b. S ă permit ă asocierea grafic ă a diverselor componente ale instala țiilor
tehnologice cu diver și parametri de stare curent ă asocia ți cu acestea.
c. S ă genereze rapoarte complexe privind istoricul proce sului și uneori chiar
rapoarte cu caracter economic (volumul produc ției, gradul de incarcare a utilajelor,
etc.)
SIGNAL CONDITIONER – Un dispozitiv plasat între sur sa de semnal și un
aparat de m ăsur ă sau control, care face o adaptare între cele dou ă dispozitive.
Exemple: atenuatoarele, amplicatoare, dispozitive c are compenseaz ă neliniaritatile,
convertoare tensiune-curent.
Termenul Field bus, sau Fieldbus desemneaz ă o re țea industrială, în care
coexist ă dispozitive de m ăsur ă și de control/supervizare , care comunic ă digital între
ele. Modul în care se desf ăș oar ă comunica ția între diversele echipamente conectate
la un fieldbus, este definit protocolul de comunica tie al sistemului distribuit.
A șa cum se poate observ ă în figura I.1, elementul esen țial în structura unui
sistem de control distribuit este unitatea de achiz iție de date și de control în timp real,
care, de regul ă, const ă într-un PLC sau un RTU. Stuctura general ă simplificat ă a
unui astfel de dispozitiv este prezentat ă în figura I.2.
UNITATE□CENTRALA
CU□MICROCONTROLLERCIRCUITE
DE□INTER-
FATA CU
LINIILE□I/O
DIGITALE
INTERFATA DE
COMUNICATIELINII□I/O
DIGITALEINTRARI
ANALOGICECIRCUITE
DE□INTER-
FATA CU
INTRARILE
ANALOGICE
Fig. I.2 Structura generala a unei unitati de achiz itie de date si control
În capitolul urm ător vom prezenta în am ănunt schema de principiu a unui modul
“inteligent” de achizi ții de date, construit conform structurii generale d in figura I.2,
modul care va constitui platforma experimental ă pentru exerci țiile prezentate în
capitolele urm ătoare.