سیستمهای کنترل توزیع شده (DCS) از اجزای حیاتی در صنایع فرآیندی محسوب میشوند و نقش مهمی در کنترل، پایش و خودکارسازی فرآیندهای پیچیده دارند.
با این حال، چالش های راه اندازی DCS به دلیل پیچیدگیهای فنی ای که وجود دارد، نیازمند یکپارچگی با تجهیزات موجود و الزامات امنیتی است.
در ایران، این چالشها با مسائلی مانند تحریم، محدودیت در دسترسی به قطعات و نرم افزارهای اصلی، ضعف آموزشهای تخصصی و نبود زیرساخت مناسب تشدید میشوند.
شناسایی دقیق چالش های راه اندازی DCS و بررسی راهکارهای مقابله با آنها، گام مهمی در بهره برداری ایمن و مؤثر از سیستمهای DCS است.
در این مقاله به بررسی چالش های راه اندازی DCS به صورت کلی و همچنین چالش های راه اندازی DCS زیمنس در صنایع فرآیندی ایران میپردازیم.
1# چالش های راه اندازی DCS
سیستمهای کنترل توزیع شده (DCS) در صنایع مدرن بسیار حیاتی هستند و شبکهای از کنترل کنندههای به هم پیوسته، رایانهها و دستگاههای اتوماسیون را فراهم کرده که فرآیندهای تولید را نظارت و کنترل میکنند.
با این حال، این سیستمها نیز با سهم نسبتاً زیادی از چالشها همراه هستند.
در این بخش به بررسی چالش های راه اندازی DCS خواهیم پرداخت.
1-1# مقاوم سازی یک DCS قدیمی
یکی از رایجترین چالش های راه اندازی DCS که مهندسان کنترل با آن مواجه هستند، مقاوم سازی یک DCS قدیمی با یک DCS جدیدتر است که شامل جایگزینی سخت افزار منسوخ، ارتقای نرم افزار، انتقال دادهها و همچنین ادغام ویژگیها و عملکردهای جدید باشد.
مقاوم سازی یک DCS قدیمی چالش برانگیز بوده؛ زیرا باید سازگاری، قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم را تضمین کرده، در حالی که زمان از کارافتادگی، هزینه و ریسک را به حداقل برساند.
همچنین، باید با مشکلات قدیمی مانند مستندات قدیمی، اطلاعات از دست رفته و خطاهای پنهان دست و پنجه نرم کند.
مقاوم سازی یک DCS قدیمی نیاز به برنامه ریزی دقیق، آزمایش و عیب یابی و همچنین ارتباط و هماهنگی خوب با مشتری و سایر ذینفعان دارد.
2-1# پیاده سازی یک DCS در مقیاس بزرگ
یکی دیگر از چالش های راه اندازی DCS، پیاده سازی یک DCS در مقیاس بزرگ برای یک کارخانه یا تأسیسات جدید یا توسعه یافته است.
یک DCS در مقیاس بزرگ میتواند شامل صدها یا هزاران:
- کنترل کننده
- حسگر
- محرک
- ماژول نرم افزاری
باشد که در یک منطقه وسیع توزیع شده و توسط پروتکلهای ارتباطی مختلف به هم متصل شده اند.
پیاده سازی یک DCS در مقیاس بزرگ میتواند دلهره آور باشد؛ زیرا باید سیستم طراحی، برنامه ریزی و راه اندازی شده، در حالی که استانداردهای عملکرد، کیفیت و ایمنی مشتری و صنعت برآورده شود.
همچنین باید با چالشهای فنی، لجستیکی و مدیریتی کار روی یک پروژه در مقیاس بزرگ، مانند هماهنگی، مستندسازی و مدیریت تغییر، کنار بیاید.
3-1# حل یک مسئله پیچیده DCS
از دیگر چالش های راه اندازی DCS میتوان به حل یک مشکل پیچیده DCS اشاره کرد که بر عملکرد، کارایی یا ایمنی سیستم تأثیر میگذارد.
یک مشکل پیچیده DCS میتواند ناشی از عوامل مختلفی مانند موارد زیر باشد:
- خرابی سخت افزار
- اشکالات نرم افزاری
- مشکلات شبکه
- خطاهای انسانی
- اختلالات خارجی
حل یک مشکل پیچیده DCS دشوار است؛ زیرا باید علت اصلی مشکل تشخیص، جداسازی و برطرف شده، در حالی که تأثیر آن بر فرآیند و تجهیزات را به حداقل برسد.
همچنین باید از مهارتهای تحلیلی، عیب یابی و حل مسئله و همچنین دانش و تجربه در مورد سیستم و فرآیند استفاده شود.
4-1# نوآوری در یک راهکار جدید DCS
نوع بعدی چالش های راه اندازی DCS مربوط به نوآوری در یک راه حل DCS جدید است که عملکرد، کارایی یا پایداری سیستم را بهبود میبخشد.
یک راه حل DCS جدید میتواند شامل توسعه سخت افزار، نرم افزار یا الگوریتمهای جدید یا به کارگیری فناوریها، روشها یا استانداردهای جدید در سیستم باشد.
نوآوری در یک راه حل DCS جدید میتواند هیجان انگیز باشد؛ زیرا باید از خلاقیت، کنجکاوی و تخیل برای ارائه ایدهها و راه حلهای جدید استفاده شود.
همچنین باید از مهارتهای تحقیق، توسعه و آزمایش و همچنین آگاهی و درک از بازار و نیازهای مشتری استفاده کرد.
5-1# یادگیری یک پلتفرم DCS جدید
از دیگر چالش های راه اندازی DCS یادگیری یک پلتفرم DCS جدید است که قبلاً از آن استفاده نکردهاید.
یک پلتفرم DCS جدید میتواند:
- ویژگیها
- عملکردها
- معماریها
- رابطها
- زبانهای متفاوتی
نسبت به پلتفرمهایی که با آنها آشنا هستید، داشته باشد.
یادگیری یک پلتفرم DCS جدید میتواند چالش برانگیز باشد؛ زیرا شما باید دانش، مهارتها و شایستگیهای جدیدی را برای استفاده مؤثر و کارآمد از پلتفرم کسب کنید.
همچنین باید با محیط، ابزارها و گردشهای کاری جدید و همچنین انتظارات و الزامات جدید مشتری و پروژه سازگار شوید.
6-1# تعمیر و نگهداری و عیب یابی
نگهداری و عیب یابی سیستمهای DCS یکی دیگر از چالش های راه اندازی DCS بوده؛ زیرا یک فرآیند مداوم است که نیاز به نظارت پیشگیرانه و بهروزرسانیهای منظم دارد.
مهندسان باید یک برنامه نگهداری برای انجام بازرسیهای روتین، به روزرسانیهای نرم افزاری و ارتقای سخت افزاری ایجاد کنند.
این امر میتواند به جلوگیری از خرابی سیستم و تضمین قابلیت اطمینان و طول عمر DCS کمک کند.
7-1# اشتراک منابع و ارتباط بین هستهها
یکی دیگر از چالش های راه اندازی DCS اشتراک منابع و ارتباط بین هستهها است.
با افزایش پیچیدگی سیستمها، استفاده کارآمد از منابع بسیار مهم میشود.
به عنوان مثال، در پردازندههای چند هسته ای، چندین هسته به صورت همزمان وظایف را اجرا میکنند و اشتراک گذاری مؤثر منابع برای جلوگیری از تداخل منابع و تضمین عملکرد روان ضروری است.
ارتباط بین هستهها همچنین برای وظایفی که نیاز به هماهنگی و همگام سازی در چندین هسته دارند، حیاتی است.
پرداختن به این چالشها مستلزم پیاده سازی مکانیسمهای سخت افزاری و سیستمهای خنک کننده پیشرفته برای تضمین اشتراک گذاری کارآمد منابع و ارتباط بین هستهها است.
8-1# ادغام اجزا و زیرسیستمهای مختلف
چالش دیگر در سیستمهای کنترل توزیع شده، ادغام اجزا و زیرسیستمهای مختلف است.
DCS اغلب شامل ادغام دستگاههای مختلف، مانند حسگرها، محرکها و کنترل کنندهها، از تولیدکنندگان مختلف است.
این اجزا ممکن است از پروتکلهای ارتباطی مختلفی استفاده کنند و سطوح سازگاری متفاوتی داشته باشند.
اطمینان از ادغام و ارتباط یکپارچه بین این اجزا میتواند یک چالش مهم برای مهندسان سیستمهای کنترل باشد.
این امر مستلزم برنامه ریزی، طراحی و آزمایش دقیق است تا مطمئن شوند که همه اجزا به صورت هماهنگ با هم کار میکنند.
9-1# سیستمهای باز
وقتی کرم کامپیوتری استاکس نت به راحتی در سیستمهای کنترل نفوذ کرد و پخش شد، نشان داد که این سیستمها چقدر باز هستند.
شبکههای پروتکل باز، از ویژگیهای تاریخی سیستمهای کنترل توزیع شده هستند و معمولاً یک مزیت بزرگ محسوب میشوند؛ اما مسیرهای ریسک اضافی مرتبط با سیستمهای کنترل آنلاین و متصل، ممکن است تولیدکنندگان را آسیب پذیرتر کند.
مدل منطقه و مجرا میتواند به کاهش تهدید کمک کند و داراییهای حیاتی را از آسیب پذیرترین مناطق جدا نگه دارد.
این امر همچنین باعث میشود شبکههای باز در معرض مسیرهای آسان حمله قرار نگیرند.
10-1# نیروی کار در حال تکامل
جابهجایی کارکنان در داخل و همچنین در بین شرکا و فروشندگان خارجی، از جمله چالش های راه اندازی DCS برای تولیدکنندگان است.
جابهجایی کارکنان به ویژه برای یکپارچه سازان سیستم اغلب بسیار زیاد است.
افرادی که به کارخانه و سیستمهای شما دسترسی دارند، قطعه مهمی از پازل کلی امنیت سایبری هستند.
نقضهای موجود میتوانند، ناشی از اشتباهات غیرعمد و همچنین افرادی با نیات شوم باشند.
11-1# بازگشت سرمایه نامشخص
جلب موافقت مدیریت برای سرمایه گذاریها، زمانی که بازگشت سرمایه مشخص باشد، میتواند یکی دیگر از چالش های راه اندازی DCS باشد.
در امنیت سایبری یا کاهش ریسک، کمتر به این نکته پرداخته میشود که شرکت چقدر سود به دست خواهد آورد.
حملات سایبری میتوانند باعث از دست رفتن تولید و زمان آماده به کار، ارتباطات، اطلاعات و در بدترین حالت، ایمنی کارگران شوند.
با ارزیابی صحیح ریسک، میتوان آسیب پذیریها و استراتژیهای کاهش ریسک را ارزیابی کرد.
12-1# شکستهای ارتباطی
مشکلات ارتباطی بین دستگاهها میتواند DCS را فلج کند.
مرتباً میان افزار را به روز رسانی و از افزونگی در مسیرهای شبکه استفاده کنید تا از نقاط شکست تکی جلوگیری شود.
استفاده از پروتکلهای ارتباطی قابل اعتماد مانند اترنت و فیلدباس میتواند انعطاف پذیری شبکه را تقویت کند.
با نظارت مکرر بر شبکه برای تأخیر و از دست رفتن بستهها، میتوانید مشکلات ارتباطی را قبل از تشدید، تشخیص داده و برطرف کنید.
13-1# مشکلات تأخیر
تأخیر بالا از دیگر چالش های راه اندازی DCS است که عملیات بلادرنگ را مختل میکند.
شبکه خود را بهینه و از مدیریت ترافیک اولویت بندی شده برای کاهش تأخیرها استفاده کنید.
مکانیسمهای کارآمد مدیریت دادهها میتوانند به مدیریت مؤثر مشکلات تأخیر کمک کنند.
استفاده از سخت افزار شبکه پیشرفته که از پروتکلهای با تأخیر کم پشتیبانی میکند، گام مهم دیگری به منظور به حداقل رساندن تأخیر در DCS است.
14-1# اضافه بار دادهها
مدیریت حجم عظیمی از دادهها میتواند، طاقت فرسا باشد و یکی دیگر از چالش های راه اندازی DCS است.
برای مدیریت و تجزیه و تحلیل مؤثر اطلاعات، راهکارهای کارآمد فیلترینگ و ذخیره سازی دادهها را پیاده سازی کنید.
راه اندازی یکپارچه سازی میتواند فرآیندهای ذخیره سازی و بازیابی دادهها را ساده کند.
این یکپارچه سازی همچنین به مدیریت مؤثر دادهها کمک میکند، تعیین این که کدام دادهها حیاتی هستند و نیاز به پردازش فوری دارند در مقابل دادههایی که میتوان بایگانی کرد، میتواند به مدیریت اضافه بار دادهها کمک کند.
مدیریت کارآمد دادهها همچنین شامل راه اندازی ابزارهای خودکار پردازش و تحلیل دادهها برای فیلتر کردن و مرتب سازی دادهها بر اساس اولویت و ارتباط است.
15-1# خطاهای اپراتور
خطاهای انسانی میتوانند تأثیرات قابل توجهی در راه اندازی DCS داشته باشند.
آموزش و پشتیبانی جامعی را برای اپراتورها فراهم کنید تا از آمادگی آنها برای مدیریت DCS اطمینان لازم به دست آید.
تدوین برنامههای آموزشی ساختاریافته متناسب با نیازهای خاص اپراتورها میتواند احتمال خطاهای اپراتوری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
گنجاندن جلسات آموزشی عملی، یادگیری مبتنی بر شبیه سازی و دورههای بازآموزی منظم، اعتماد به نفس و مهارت اپراتورها را افزایش میدهد.
برنامههای آموزشی مؤثر باید دانش نظری و آموزش مهارتهای عملی را با هم ترکیب کنند.
16-1# مسائل مربوط به مقیاس پذیری
با افزایش نیازها، DCS نیز باید متناسب با آن مقیاس پذیر شود.
از ابتدا برای مقیاس پذیری برنامه ریزی و روی سیستمهای انعطاف پذیر و ماژولاری سرمایه گذاری کنید که بتوانند با عملیات شما رشد کنند.
طراحی یک معماری مقیاس پذیر که اجزای ماژولار را در خود جای داده باشد، سیستم را قادر میسازد تا به صورت یکپارچه گسترش یابد.
تهیه یک طرح مقیاس پذیری دقیق و بررسی منظم آن میتواند تضمین کند که DCS شما بدون به خطر انداختن عملکرد، نیازهای در حال تحول را برآورده میکند.
17-1# عدم پشتیبانی فروشنده
نداشتن پشتیبانی فروشنده میتواند شما را در مواقع بحرانی گیر بیندازد.
فروشندگانی را انتخاب کنید که سابقه خوبی در پشتیبانی و پاسخگویی داشته باشند.
پشتیبانی مداوم و قابل اعتماد فروشنده برای حفظ یکپارچگی عملیاتی DCS شما حیاتی است.
تعامل منظم با فروشنده و به روز ماندن در مورد آخرین خدمات پشتیبانی که ارائه میدهند، تضمین میکند که در مواقع اضطراری پشتیبان قوی داشته باشید.
2# چالش های راه اندازی DCS زیمنس در صنایع فرآیندی ایران
از جمله چالش های راه اندازی DCS زیمنس در صنایع فرآیندی ایران را در ادامه بررسی خواهیم کرد.
1-2# استفاده از لایسنسهای غیرمجاز (Pirated Licenses)
در بسیاری از پروژههای صنعتی ایران، به دلیل تحریمها یا هزینه بالا، نرم افزارهای زیمنس به صورت کرک شده (pirated) استفاده میشوند.
این موضوع پیامدهای زیر را به دنبال دارد:
- نبود امکان دریافت پشتیبانی فنی از شرکت اصلی
- ناپایداری نرم افزار و خطاهای غیرقابل پیش بینی
- ریسک امنیتی بالا به دلیل کدهای آلوده در نسخههای کرک شده
- مشکل در به روز رسانی نرم افزار و هماهنگی با نسخههای جدید سخت افزار
بهره بردار هنگام بروز مشکل، به تیمهای داخلی یا افراد غیررسمی وابسته میشود که میتواند بهره برداری ایمن را به خطر بیندازد.
2-2# مشکل در تأمین قطعات اورجینال
یکی دیگر از چالش های راه اندازی DCS تأمین تجهیزات اورجینال زیمنس مثل CPU، کارتهای I/O و منبع تغذیه بوده که به دلیل وجود تحریمها، محدودیت واردات و نرخ ارز بسیار دشوار است.
در نتیجه:
- قطعات با تأخیر زیاد به پروژه میرسند.
- قطعات گران تر از نرخ جهانی تهیه میشوند.
- تأخیر در تعمیرات یا راه اندازی سیستمها وجود خواهد داشت.
در نتیجه زمان پروژه به هم میریزد و بهره وری سیستم پایین میآید.
3-2# وجود قطعات غیراصلی و تقلبی در بازار
از دیگر چالش های موجود در راه اندازی DCS این است که در بازار تجهیزات اتوماسیون ایران، بسیاری از قطعات با عنوان زیمنس عرضه میشوند؛ اما در واقع:
- قطعات بازسازی شده، تقلبی یا Refurbished هستند.
- کیفیت پایین تری دارند و باعث خطا یا توقف سیستم میشوند.
- گارانتی واقعی ندارند.
در نتیجه پایداری سیستم به شدت آسیب پذیر میشود و اعتبار مهندسی پروژه زیر سؤال میرود.
4-2# حملات سایبری و امنیت پایین
اکثر سیستمهای DCS در ایران:
- از آنتی ویروس یا فایروال به روز استفاده نمیکنند.
- در برابر ویروسهایی مثل Stuxnet آسیب پذیر هستند.
در نتیجه نفوذ به سیستمهای کنترل و ایجاد اختلال در فرآیندهای حساس صنعتی مثل نفت، گاز و پتروشیمی ممکن میشود.
- آسیب پذیریهای موجود در سیستمهای کنترل جریان زیمنس: آسیب پذیریهای بحرانی در سیستمهای DCS زیمنس، مانند مؤلفه مدیریت کاربر (UMC) میتوانند شبکههای صنعتی را در معرض حملات و سایر نقضهای امنیتی قرار دهند.
- ایمن سازی سیستم: تضمین امنیت سیستم کنترل جریان مستقیم زیمنس، به ویژه در زمینه صنعت ۴.۰ و افزایش وابستگی به دادهها و اتصال، یک چالش بزرگ است.
- نرم افزار ضد بد افزار: ماهیت ناهمگن محیطهای اتوماسیون و نیاز به حداکثر دسترسی پذیری میتواند پیاده سازی نرم افزار ضد بد افزار را به یک چالش تبدیل کند.
5-2# فاصله زیاد بین قرارداد و اجرا
یکی دیگر از چالش های راه اندازی DCS در پروژههای صنعتی ایران، این است که معمولاً:
- بین زمان عقد قرارداد و اجرای واقعی پروژه چند ماه تا چند سال فاصله میافتد.
- طی این مدت، مدلهای سخت افزاری تغییر میکنند یا از رده خارج میشوند.
- مهندسی اولیه دیگر کاربرد ندارد و باید بازطراحی انجام شود.
در نتیجه هزینه دوباره کاری افزایش یافته و بهره وری کاهش پیدا میکند.
6-2# ضعف در مفاد قراردادهای بین المللی
عقد قرارداد با شرکتهای خارجی یکی دیگر از چالشها است؛ زیرا:
- خدمات پس از فروش و آموزش به درستی تعریف نمیشوند.
- شرایط تحریم و محدودیتهای انتقال پول در نظر گرفته نمیشود.
- مفاد فنی مبهم بوده و مسئولیتها مشخص نیستند.
در نتیجه کارفرما هنگام بروز مشکل دچار سردرگمی میشود و از لحاظ حقوقی هم نمیتواند پیگیری مؤثری داشته باشد.
7-2# استفاده از پیمانکاران یا مهندسان فاقد صلاحیت
بعضی پروژهها به دلیل کمبود نیروی متخصص داخلی یا برون سپاری با هزینه پایین:
- به شرکتهایی واگذار میشوند که تخصص واقعی در DCS ندارند.
- طراحیها استاندارد نیستند یا پر از خطا هستند.
- مستندسازی ناقص یا بدون ساختار انجام میشود.
در نتیجه بعد از راه اندازی سیستم، مشکلات زیادی در بهره برداری و نگهداری پیش میآید.
8-2# مهندسی معکوس غیراصولی
بهجای خرید رسمی و آموزش، برخی شرکتها سعی میکنند، تجهیزات را مهندسی معکوس کنند:
- کدهای داخلی پروژه را بدون درک واقعی تغییر میدهند.
- تجهیزات سازگار جایگزین تجهیزات اصلی میکنند.
- نرم افزار و سخت افزار ناهماهنگ میشود.
در نتیجه سیستم به ظاهر کار میکند، ولی پایداری، ایمنی و قابلیت توسعه ندارد.
9-2# ضعف ارتباط بین مهندسی و بهره برداری
در بسیاری از پروژهها:
- تیم طراحی با تیم بهره بردار در تعامل نیست.
- طراحی سیستم بدون نظر اپراتورها انجام میشود.
- مستندسازی برای بهره بردار ناقص یا نامفهوم است.
در نتیجه بهره بردار نمیتواند از تمام ظرفیت سیستم استفاده کند و در مواقع خطا عملکرد مناسبی ندارد.
10-2# آموزش ناقص و ناکارآمد
از جمله چالش های راه اندازی DCS میتوان به آموزش ناقص و ناکارآمد اشاره کرد:
- بسیاری از آموزشهای موجود تئوری هستند.
- آموزش عملی روی تجهیزات واقعی انجام نمیشود.
- اپراتورها توانایی تغییر در منطق کنترل یا رفع اشکال را ندارند.
در نتیجه سیستم وابسته به پیمانکار باقی میماند و هر تغییری پرهزینه خواهد بود.
11-2# محدود بودن آموزش رسمی به مراکز فنی حرفه ای
آموزش DCS در ایران بیشتر در قالب دورههای زیر خواهد بود:
- کوتاه مدت، با سرفصلهای کلی و غیراستاندارد
- بدون تمرکز بر برند خاص یا پروژه واقعی
- بدون صدور مدرک معتبر بین المللی
در نتیجه تربیت نیروی متخصص در مقیاس ملی دشوار است و نیاز به متخصصان خارجی یا دورههای آموزشی پرهزینه باقی میماند.
- کمبود تخصص: پیدا کردن و حفظ پرسنل ماهر با تخصص لازم برای پیاده سازی، بهره برداری و نگهداری از سیستم DCS زیمنس میتواند یک مانع مهم باشد.
- الزامات آموزشی: پیچیدگیهای سیستم مستلزم آموزش و توسعه مداوم پرسنل است تا مطمئن شوند که آنها میتوانند سیستم را به صورت مؤثر مدیریت کرده و به مشکلات احتمالی رسیدگی کنند.
12-2# ادغام و مهاجرت سیستمهای قدیمی
- مشکلات سازگاری: صنایع فرآیندی ایران اغلب دارای سیستمهای کنترل قدیمی هستند و ادغام یک سیستم کنترل جریان مستقیم جدید زیمنس با این سیستمهای موجود میتواند به دلیل مسائل مربوط به سازگاری و نیاز به راه حلهای سفارشی، چالش برانگیز باشد.
- زمان از کار افتادگی در طول مهاجرت: مهاجرت به یک سیستم DCS جدید میتواند مستلزم زمان از کارافتادگی قابل توجهی برای کارخانه فرآوری باشد که میتواند پرهزینه و مخرب باشد.
به حداقل رساندن زمان از کارافتادگی در طول فرآیند مهاجرت بسیار مهم است. - آموزش اپراتور: اپراتورها باید در مورد سیستم جدید DCS زیمنس آموزش ببینند و ممکن است به زمان و منابع بیشتری نیاز داشته باشد.
13-2# چالشهای دیگر
- محیط نظارتی پیچیده: چشم انداز نظارتی در ایران ممکن است لایه دیگری از پیچیدگی را به فرآیند راه اندازی اضافه کند.
- ملاحظات هزینه: هزینه کلی پیاده سازی یک سیستم کنترل جریان مستقیم زیمنس، شامل سخت افزار، نرم افزار، یکپارچه سازی و آموزش میتواند، قابل توجه باشد.
نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.
توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.