بنية نظام هانيويل TDC-3000 ومميزاته

في عام 1975، طرحت شركة هانيويل نظام التحكم الموزع TDC-2000، وهو أول نظام من نوعه في العالم. وبعد سنوات من التطوير التقني المستمر، تم إطلاق نظام TDC-3000 في أكتوبر 1983. وقد اعتمد هذا النظام شبكة تحكم محلية (LCN)، وأُضيفت إليه طبقة لإدارة التحكم في العمليات، كما جرى تحويل النظام الأصلي TDC-2000 إلى الإصدار الأساسي TDC-3000. وفي عام 1988، تم تقديم نظام TDC-3000 (UCN)، الذي شمل منتجات جديدة مثل شبكة التحكم العالمية (UCN)، ومحطة العمل العالمية (UWS)، ومحطة إدارة العمليات (PM)، بالإضافة إلى جهاز الإرسال الذكي ST3000، مما عزّز بشكل أكبر قدرات النظام على التحكم، وشبكة الاتصالات المفتوحة، وإدارة المعلومات المتكاملة.

يتألف نظام TDC-3000 من شبكة LCN ووحداتها، وشبكة UCN ومحطة إدارتها، بالإضافة إلى قناة الاتصال DHW ومعداتها.

1. شبكة التحكم المحلية ووحداتها
تتألف شبكة التحكم المحلية (LCN) والوحدات المتصلة بها من شبكة التحكم المحلية ومحطة التشغيل العالمية (US)، ومحطة العمل العالمية (UWS)، ووحدة السجلات التاريخية (HM)، ووحدة التطبيقات (AM)، ووحدة واجهة الشبكة (NIM)، وواجهة القناة عالية السرعة (HG)، وواجهة الحاسوب (CG)، وواجهة المتحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLCG). وتقوم بشكل رئيسي بتنفيذ مختلف الوظائف التي يحتاجها المستخدمون، مثل مراقبة النظام، والتشغيل، وإدارة الهندسة، والصيانة؛ كما تُستخدم للتحكم المتقدم ومعالجة المعلومات المتكاملة؛ وتوفر الربط مع شبكة التحكم في العمليات؛ وتحقق التواصل ومعالجة المعلومات وتخزينها بين الوحدات على شبكة LCN.
(1) محطة التشغيل الشاملة (US) هي واجهة الإنسان–الآلة الرئيسية لنظام TDC‑3000. ومن خلال هذه المحطة، يمكن للمشغلين والمديرين مراقبة وإدارة عمليات الإنتاج المستمرة وغير المستمرة، وإجراء تنبيهات الإشارة وطباعة التقارير الخاصة بالإنذارات، وعرض الاتجاهات وطباعتها، وطباعة السجلات والتقارير، وعرض مخططات التدفق على الشاشة وعرض حالة النظام. كما يمكن للمهندسين إجراء تكوين الشبكة، وإنشاء قواعد بيانات العمليات ومخططات التدفق، وصياغة التقارير المخصصة وبرامج التحكم. ويمكن لموظفي الصيانة استخدام هذه المحطة لتشخيص أعطال النظام، وعرض حالة عتاد النظام، وطباعة معلومات الأعطال. (2) محطة العمل الشاملة (UWS) هي واجهة أخرى بين الإنسان والآلة في نظام TDC‑3000. وتتمتع بجميع وظائف محطة التشغيل الشاملة، وهي مصممة خصيصًا لإدارة المكاتب داخل المصنع. (3) وحدة التاريخ (HM) هي وحدة التخزين في نظام TDC‑3000. وتستطيع حفظ إنذارات العمليات، وتغييرات حالة المشغلين، ومعلومات المشغلين، ومعلومات حالة النظام، وتنبيهات صيانة النظام، وبيانات تاريخ العمليات المستمرة، وغيرها. كما تخزن ملفات النظام، وملفات نقاط التحقق (CHECKPOINT)، ومعلومات الصيانة عبر الإنترنت. (4) وحدة التطبيقات (AM) تُستخدم لإجراء الحسابات المعقدة وتحقيق وظائف تحكم متقدمة متعددة المتغيرات، بما يسهم في رفع مستوى التحكم والإدارة في العمليات. (5) وحدة واجهة الشبكة (NIM)، والبوابة العالية (HG)، والبوابة الحاسوبية (CG) هي واجهات للتواصل البياناتي بين الشبكة المحلية (LCN) والشبكة العالمية (UCN)، وطريق البيانات (DHW)، والحاسوب المضيف (مثل DEC VAX، وغيرها). ويمكن لشبكة LCN ربط 64 وحدة، بمعدل اتصال يبلغ 5 ميجابت/ثانية وطول يصل إلى 300 متر، مع إمكانية تمديد المسافة حتى 4.9 كيلومتر كحد أقصى.

2. تُستخدم شبكة التحكم العالمية ومحطة إدارتها (UCN) للتواصل مع محطة إدارة العمليات PM ومحطة الإدارة المنطقية LM المتصلة بها. وهي شبكة عملية تحقق وظائف جمع البيانات والتحكم. وتتصل بشبكة التحكم المحلية (LCN) عبر وحدة الواجهة الشبكية (NIM) لتنفيذ وظائف المراقبة، التشغيل، إدارة المعلومات، وصيانة النظام التي يحتاجها المستخدمون. (1) شبكة التحكم العالمية (UCN) هي شبكة اتصال مفتوحة تعتمد بروتوكول الاتصال وفق معيار IEEE 802.4، ومتوافقة مع معايير ISO. تبلغ سرعة نقل البيانات فيها 5 ميجابت في الثانية، وتعمل بنظام الاتصال الند للند، وبتقنية ناقل الرمز. وتُستخدم كابلات متحدة المحور ذات التكرار لدعم ما يصل إلى 32 جهازًا مكررًا، مما يتيح لمحطات PM وLM على الشبكة مشاركة بيانات الشبكة. ويمكن ربط 63 وحدة (بما في ذلك 32 جهازًا مكررًا) بشبكة UCN، ويبلغ طول المسافة الشبكية عادةً 300 متر. (2) مدير العمليات (PM) يدمج وظائف وحدة تحكم متعددة الوظائف ووحدة واجهة العمليات، مع تحسينات وتعزيزات كبيرة في السرعة والسعة والوظائف. وهو يوفر وظائف إدخال/إخراج عالية المرونة ووظائف تحكم قوية لمراقبة البيانات والتحكم بها، بما في ذلك حزمة برمجية خاصة للتحكم التنظيمي، ووظائف منطقية مركزية بالكامل للربط، ولغة تحكم عالية المستوى موجهة نحو العمليات (CL/PM). كما يمكنه بسهولة تنفيذ التحكم المستمر، والتحكم المنطقي، والتحكم التسلسلي، والتحكم بالدفعة. يبلغ دورة المسح لدى PM 0.75 ثانية، ويمكن لوحدة واحدة معالجة 5,000 برنامج من نوع CL/PM. (3) مدير العمليات المتقدم (APM) هو نسخة محسّنة من PM. فبالمقارنة مع PM، يضيف نقاط بيانات مثل معالجة تسلسل أحداث الإدخال الرقمي (DICOE)، ونقاط إدارة الأجهزة (DEVICE)، وبرامج CL، بالإضافة إلى قدرات الواجهة التسلسلية للأجهزة غير التابعة لنظام TDC-3000. ومن التحسينات الرئيسية الأخرى تعزيز وظائف CL/APM؛ فعلى سبيل المثال، زيادة نقاط إدارة الأجهزة تجعل إدارة الأجهزة المنفصلة أكثر مرونة. كما أن الجمع بين عرض النقاط الرقمية المركبة ووظائف التحكم المنطقي ضمن نفس عدد البتات يمكّن المشغلين من رؤية سبب الربط بشكل مباشر. أما قدرة الأجهزة غير التابعة لنظام TDC-3000 على الاتصال التسلسلي فتتيح ربط وحدة التحكم بالعمليات UPC 6000، المزوّدة بقدرات الاتصال التسلسلي، مباشرةً بـ APM، وتشغيلها كنظام مساعد له. (4) محطة الإدارة المنطقية (LM) مدير المنطق (LM) هو محطة إدارة ميدانية للتحكم المنطقي، يوفّر وظائف مثل المعالجة المنطقية، برمجة المنطق السلمي، تنفيذ البرامج المنطقية، والتواصل مع الوحدات في شبكتي UCN وLCN.
3. طريق البيانات والأجهزة
يُعدّ نظام نقل البيانات (DHW) بمثابة الطريق السريع للبيانات في نظام TDC‑3000 الأساسي، حيث يُستخدم لربط وحدات مثل وحدة التحكم الأساسية (BC)، ووحدة التحكم المُحسَّنة (EC)، ووحدة التحكم متعددة الوظائف (MC)، ووحدة التحكم المتقدمة متعددة الوظائف (AMC)، ووحدة واجهة العمليات (PIU)، ومنفذ طريق البيانات (DHP)، ومحطة التشغيل الأساسية (BOS)، مما يتيح التحكم في عمليات الإنتاج وجمع البيانات. كما يتصل بشبكة التحكم المحلية (LCN) عبر منفذ الطريق السريع (HG) لتوفير وظائف المراقبة والتشغيل وإدارة المعلومات وصيانة النظام حسب احتياجات المستخدم. ويستطيع نظام نقل البيانات الارتباط بما يصل إلى 63 وحدة (منها 32 جهازًا احتياطيًا)، ويعتمد أوضاع التحكم بالأولوية والاستعلام، ويبلغ نطاق الاتصال 1500 متر، ومعدل النقل 250 كيلوبت في الثانية. وقد تم استبدال نظام نقل البيانات بنظام UCN.

ميزات نظام TDC-3000
1. النظام المفتوح
يتبنى نظام TDC-3000 المعايير الدولية IEEE 8012.4 وISO 8802/4، استنادًا إلى بروتوكول الطبقات السبع لنموذج المرجعية للربط بين الأنظمة المفتوحة ISO/OSI، مما يتيح الاتصال البيني مع المعدات غير التابعة لشركة هانيويل.
2. تعزيز السيطرة الهرمية بشكل متزايد
يوفر نظام TDC‑3000 ثلاثة مستويات للتحكم الموزّع. الأول هو مستوى التحكم في العمليات، الذي يدير معدات المحطة الطرفية للعمليات استنادًا إلى أجهزة التحكم في العمليات الميدانية. والثاني هو مستوى التحكم المتقدم، الذي يتضمن استراتيجيات تحكم وحسابات تحكم أكثر تعقيدًا من مستوى التحكم في العمليات، ويُعرف عادةً بمستوى المنشأة. أما المستوى الثالث فهو أعلى مستويات التحكم، إذ يوفّر تقنيات وأساليب للحسابات المتقدمة، مثل المحاكاة الحاسوبية للتحكم المعقد، والتحكم الأمثل للعمليات، والبرمجة الخطية. ويُطلق على هذا المستوى اسم المستوى الفدرالي. ويمكن للمهندسين الاستفادة من هذه المستويات لتحقيق التحكم الأكثر اقتصادًا وكفاءة، كما يمكنهم تنفيذ مستويات مختلفة من التحكم عبر التكوين. بالإضافة إلى ذلك، إذا حدث عطل في مستوى أعلى، يمكن خفض تكوين التحكم إلى المستوى التالي لاستمرار عمليات التحكم.
3. نطاق واسع من وظائف جمع البيانات والتحكم فيها
4. النافذة الواحدة الموجهة نحو العمليات: يستخدم نظام TDC-3000 محطة التشغيل العالمية (US)، وهي نافذة واحدة حقيقية موجهة نحو العمليات، تتميز بإمكانية الوصول الشامل إلى البيانات، والتنسيق المرن، وعمليات التشغيل المخصصة، بالإضافة إلى تنوع صيغ العرض.
5. إدارة ومراقبة المصنع المتكاملة
6. تكوين مرن لحجم النظام وسهولة التوسع
7. آمن، موثوق، وسهل الصيانة
يستخدم نظام TDC‑3000 تقنية التحمل للخطأ في تصميمه الشامل، مما يتيح التعامل مع الأخطاء في كلٍّ من العتاد والبرمجيات، ويضم مكوّنات للكشف عن الأخطاء وتصحيحها. وعند حدوث خطأ في وحدة ما، فإن ذلك عادةً لا يؤثر إلا على الوحدة نفسها، مع تأثير ضئيل أو معدوم على تشغيل النظام. وفي حال تعطل أحد الأجهزة، قد تُفقد بعض إمكاناته أو وظائفه، لكن النظام سيواصل العمل. كما يعتمد نظام TDC‑3000 على تقنيات احتياطية واسعة النطاق. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم على نطاق واسع إجراءات التشخيص الذاتي والتصحيح الذاتي، إلى جانب عتاد وبرمجيات معيارية. ويتمتع قسم كبير من المكونات العتادية بالتوافق العالمي، وتُعدّ كل مكوّن وحدة بديلة ملائمة تمامًا، مما يتيح إجراء الإصلاحات أثناء التشغيل.
8. التوافق بين الأنظمة الجديدة والقديمة
يتمتع نظام TDC-3000 بالتوافق الكامل مع نظام TDC-2000، مما يتيح لهما التعايش ضمن النظام نفسه، حيث يصبح كل منهما جزءًا من المنظومة الشاملة.