دراسة تطبيق نظام سكادا على معمل سمنت الكوفة القديم (النجف الاشرف حاليا)

Abstract

الخلاصة أعد البحث دراسة نظرية (محاكاة حاسوبية) في المرحلة الأولى عن أسلوب تطبيق منظومات السيطرة والمراقبة سكادا (SCADA) Supervisory Control And Data Acquisition, على معمل سمنت الكوفة القديم (النجف الاشرف حاليا). تمت عملية المحاكاة الحاسوبية باستخدام برنامج تطبيقي يسمى (Citect)، وفيها اعتبرت كل وحدة من وحدات المعمل (الكسارة، الفرن، الطاحونة، وأخرى) محطة طرفية (RTU) Remote Terminal Unit, وتمثيلها ببرامج فرعية ترتبط ببرنامج رئيس لقيادة الإحداث والتأثر بها ويتمثل بالمحطة الرئيسة (MS) Master Station,. أدخلت بيانات حقيقية من وحدات المعمل إلى البرامج الفرعية التي تمثلها وطبقت البرامج الفرعية مع البرنامج الرئيس ولوحظ إمكانية المراقبة والتحكم والسيطرة على أداء المنظومات المختلفة.

المفتاح: SCADA, Control System, Intelligent

المقدمة: نظام SCADA هو احد الأنظمة المختصة بتجميع المعلومات والتحكم بها، وهو نظام عالمي متفق عليه منذ عام (1962) ، إذ وجدت صعوبة قبل ذلك في التحكم وإدارة العمليات الإنتاجية من مكان بعيد عن الوسط أو المكان الذي تنتج به هذه العملية والمخرجات الخاصة به ويعتمد هذا النظام على الحاسبات الآلية والأجهزة الالكترونية الدقيقة التي تعالج وتنقل البيانات من أماكن الإنتاج إلى مكان ادارة العملية الإنتاجية والتحكم بها وإصدار التقارير، والعناصر الأساسية المكونة لنظام (SCADA) هي أولا : وحدة تحكم رئيسة (Master Station, MS). ثانيا : عدد من وحدات التحكم الطرفية (RTUs) أو وحدات (PLCs). ثالثا : نظام الاتصال بين وحدة التحكم الرئيسة ووحدات التحكم الطرفية. ويتلخص تطبيق نظام سكادا على معامل السمنت بثلاث مراحل وهي: تجميع البيانات من المواقع المختلفة، نقل البيانات من المواقع الى غرفة التحكم الرئيسة، ومعالجة البيانات بغرفة التحكم الرئيسة. عند تطبيق نظام (SCADA ) تحقق الاهداف التالية: تجميع القراءات المسجلة من أماكن مترامية الأطراف جغرافيا بمكان واحد (MS)، معالجة القراءات طبقا لبرنامج تطبيقي معد على الحاسب الآلي الرئيس لذلك، التحكم في هذه القراءات وإرسال الأوامر من (MS) إلى أي وحدة تحكم طرفي RTU)) للتحكم في أجهزة القياس الموزعة بالمواقع المختلفة، متابعة عملية إنتاج السمنت ككل والتوقع المسبق لأي خلل أو عطل، وإصدار تقرير يخص أي موقع بالنظام. الجانب العملي إن عملية تصنيع السمنت تمر بشكل عام بالمراحل التالية (معمل سمنت الكوفة القديم): مرحلة التعدين (استخراج حجر الكلس)، مرحلة تكسير الحجر، مرحلة المزج مع مادة الرمل، مرحلة التجفيف وإنتاج الكلنكر، مر حلة التبريد، مرحلة طحن الكلنكر، واخيرا مرحلة التعبئة. وفيما يأتي مخطط توضيحي للمراحل المذكورة آنفا:

شكل رقم (1) يبين مراحل صناعة السمنت لمعمل سمنت الكوفة القديم لغرض مراقبة المراحل الإنتاجية والسيطرة عليها من غرفة سيطرة مركزية لابد من توفر الأجهزة التالية: أ‌- جهاز المسيطر المنطقي المبرمج (PLC) لكل مرحلة. ب‌- المتحسسات الخاصة بكل عملية صناعية مثل (الحرارة، الضغط، السرعة وأخرى). ت‌- المحفزات / المشغلات (Actuators) مثل (المحركات، الصمامات الكهربائية، وأخرى). أما في غرفة السيطرة المركزية فيجب أن تتوفر مجموعة من المسيطرات المنطقية المبرمجة وكما يأتي: أ‌- مسيطر منطقي خاص بالكسارة. ب‌- مسيطر منطقي لطاحونة الحجر. ت‌- مسيطر منطقي للفرن الدوار. ث‌- مسيطر مبردة الكلنكر. ج‌- مسيطر الوقود. ح‌- مسيطر طاحونة السمنت. خ‌- مسيطر قسم التعبئة والسايلوات. د‌- جهاز (Gateway) لربط المسيطرات مع بعضها. ذ‌- جهاز الحاسب الرئيس (Server) الذي يحوي برنامج المراقبة والسيطرة على مجمل العملية الصناعية. ر‌- جهاز حاسب احتياط يعمل في الحالات الاضطرارية وفي حالة عطل الحاسب الرئيس (Server). ز‌- شاشة المراقبة (MIMIC). تنقل معلومات العملية الصناعية من مواقع العمل إلى أجهزة (PLC) عبر شبكة سلكية إلى المسيطرات في غرفة السيطرة المركزية, تقارن هذه البيانات مع البيانات المخزونة والتي تمثل القيم المثلى للتشغيل وفي حالة أي انحراف أو حيود تصدر الأوامر والتقارير اللازمة بهذا الخلل إلى المسيطرات المنطقية المبرمجة الموجودة في موقع العمل ويراقب المشغل العملية. الشكل رقم (1) يمثل عملية ربط معدات منظومة السيطرة المركزية. تطبيق نظام (SCADA) باستخدام برنامج (Citect): لتخفيض كلفة الاتصال فانه بإمكان نظام ( Citect SCADA) الاتصال مع أجهزة (I\O) عندما يطلب المستخدم ذلك إذ أنها ستتبادل المعلومات وعند الانتهاء ستقطع الاتصال مباشرة وبشكل آلي. برمجية (Citect SCADA): إن واجهة البرنامج تتكون من ثلاثة أقسام أساسية، أي بمعنى آخر ستكون هنالك ثلاث واجهات مختلفة يمكن الانتقال فيما بينها لإتمام المشروع وهي: Citect Graphic Builder, CGB)) و (Citect Project Editor, CPE) و((Citect Explorer, CE، إذ في البداية سينشأ المشروع وتعد معلمات (Parameters) الاتصال مع أجهزة (I\O) المحيطة وكذلك يعد الجهاز المستخدم أي توضيح المهمة المستقبلية فيما إذا كان (IO Server) أو ( Data Server) أو (Alarm Server) أو (Trend Server) أو (Display Client) أو هل انه سيعمل المهام جميعها أو ازدواجية فيما بينها وكذلك بعض الأمور الاختيارية التي تحدد الشكل الذي سيأخذه المشروع. كتب الكود البرمجي الذي سيقود الإحداث والتأثر بها وذلك حسب البرمجة، وذلك باختيار (Citect Explorer) من صفحة (Tools) ثم (CI code) ثم (Editor) وكما في الشكل (2)، إذ أن كتابة الكود البرمجي يخضع لقواعد برمجية خاصة بهذا البرنامج وهي قريبة جدا إلى البرمجة بلغات عالية المستوى واقرب ما تكون إلى لغة (Delphi) وبالنسبة لمبرمجي (V.Basic) فان الشركة أتاحت نمط البرمجة بنمط (V.Basic) أي بقواعد ورموز هذه اللغة وللتعمق فيها يتوجب مراجعة قواعد ملف (Help) الخاص بالبرمجة.

الشكل رقم (2) يبين الكود البرمجي الذي يقود الأحداث وفي حالة تنفيذ برنامج المشروع بعد ربط منظومات القياس والمراقبة والتحويل مع برنامج السيطرة والتحكم يمكن التفاعل مع المشروع عمليا، أي المراقبة والتحكم بالنظام المدروس والشكل (3) يبين مخطط منظومة المراقبة والتحكم لمعمل السمنت المذكور آنفا.

الشكل رقم (3) يبين مخطط لمنظومة المراقبة سكادا [3]

الاستنتاجات 1. درس هذا البحث العمليات الصناعية المختلفة في معمل سمنت الكوفة وعمل محاكاة حاسوبية لعمل تقنيات السيطرة والتحكم (SCADA) في هذا المعمل. 2. إمكانية تنفيذ منظومة السيطرة والتحكم (SCADA) على سير العمليات في هذا المعمل من خلال هذه التقنية بعد توفير بعض المنظومات والمستلزمات الاضافية لتنفيذ العمل. 3. إمكانية زيادة الانتاج وتحسين نوعية المنتج من خلال اعتماد تقنية السيطرة والمراقبة والتحكم (SCADA) على سير العمليات الصناعية للمعمل المذكور انفا.

التوصيات 1- ربط نظام سكادا (SCADA) لكل مرحلة مع بقية المراحل والسيطرة على تشغيل المعمل من خلال غرفة سيطرة ومراقبة مركزية لاسلكية. 2- اجراء تجارب عملية للسيطرة على مراحل الإنتاج وأساليب تحسين المنتج. 3- دراسة تطبيق تقنيات الذكاء الاصطناعي في منظومات سكادا.

المصادر [1]. “SCADA history”, http://warg-tachnic.blogspot.com/200g/03/scada.html [2]. David Bailey" Practical SCADA for Industry", Newens, 2003. [3]. http://www.citect.com/contact_us.