(TIỂU LUẬN) báo cáo tìm HIỂU FREELANCE SOFTWARE và ỨNG DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐO VÀ TIN HỌC CÔNG NGHIỆP ***** BÁO CÁO TÌM HIỂU FREELANCE SOFTWARE VÀ ỨNG DỤNG Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Tuấn Ninh Sinh viên : Đoàn Hữu Phong Mssv : 20192012 Lớp : TĐH 06 Lời mở đầu Hiện nay, ngành công nghiệp phát triển vô mạnh mẽ Song hành với cơng cụ, máy móc phục vụ cho sản xuất ngày đại giúp đẩy mạnh sản lượng, chất lượng sản phẩm Việc tự động hóa máy móc nhà máy trọng phát triển để đạt hiệu cao, giảm bớt nhân công dễ dàng cho việc sửa chữa, lắp đặt Trong tập kỹ thuật Em giao đề tài tìm hiểu phần mềm Freelance hãng ABB phát triển Sau đây, em xin phép trình bày hiểu biết phần mềm báo cáo sau tháng tìm hiểu Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) 1.1 Khái niệm DCS từ viết tắt “Distributed Control System” tiếng anh, dịch nghĩa “hệ thống điều khiển phân tán” DCS hệ thống điều khiển cho dây chuyền sản xuất, trình hệ thống động học nào, điều khiển không đặt tập trung nơi mà phân tán toàn hệ thống với hệ thống điều khiển nhiều điều khiển 1.2 Phân loại 1.Hệ thống DCS truyền thống Các hệ thống sử dụng điều khiển trình theo kiến trúc riêng nhà sản xuất Các hệ thống cũ thường đóng kín, tuân theo chuẩn giao tiếp công nghiệp, điều khiển sử dụng thường làm nhiệm vụ điều khiển trình, phải sử dụng kết hợp thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) 2.Hệ thống DCS PLC Hầu hết PLC đại khơng thực phép tính logic đơn giản, mà cịn có khả làm việc với tín hiệu tương tự thực phép toán số học, thuật toán điều khiển phản hồi PLC sử dụng hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự với phương pháp lập trình đại 3.Hệ thống DCS PC Nếu so sánh với điều khiển khả trình PLC điều khiển DCS đặc chủng mạnh PC tính mở, khả lập trình tự do, hiệu tính toán cao đa chức năng, giá thành cạnh tranh DCS: Hệ thống điều khiển phân tán 1.3 Cấu trúc Một hệ thống điều khiển phân tán DCS bao gồm thành phần sau: Trạm điều khiển cục (local control station, LCS) Trạm điều khiển cục đơi cịn gọi khối điều khiển cục (local control unit, LCU) trạm trình (process station, PS) Các trạm điều khiển cục thuộc cấp điều khiển, nơi thực chức điều khiển cho công đoạn Các trạm thường đặt phòng điều khiển phòng điện cạnh phòng điều khiển trung tâm rải rác gần khu vực trường Trạm vận hành (operator station, OS) Trạm vận hành đặt phòng điều khiển trung tâm Các trạm vận hành hoạt động song song, độc lập với Để tiện cho việc vận hành hệ thống, người ta thường xếp trạm vận hành tương ứng với phân đoạn phân xưởng Trạm kỹ thuật (engineering station, ES) Trạm kỹ thuật nơi cài đặt công cụ phát triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống, tạo theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển giao diện người – máy, đặt cấu hình tham số hóa thiết bị trường Hệ thống truyền thông Hệ thống truyền thông gồm bus trường (field bus) bus hệ thống (system bus) Bus trường có chức ghép nối trạm điều khiển với trạm vào/ phân tán thiết bị trường thơng minh, cịn bus hệ thống nối mạng trạm điều khiển cục với với trạm vận hành, trạm kỹ thuật Ngồi thành phần trên, hệ DCS cụ thể bao gồm thành phần khác trạm vào/ra từ xa (remote I/O station), điều khiển chuyên dụng, v.v 1.4 Ưu điểm Mức điều khiển cao Hầu hết hệ thống dcs bao gồm điều khiển, hệ thống mạng truyền thơng phần mềm điều hành hệ thống tích hợp Do đó, DCS có khả quản lý nhiều điểm vào/ra Cấu hình linh hoạt Nhờ khả dự phòng kép tất thành phần, hệ thống dcs có khả thay đổi chương trình, thay đổi cấu trúc hệ hay thêm bớt thành phần mà không làm gián đoạn hay khởi động lại trình Tỷ lệ lỗi thấp Theo thiết kế, hệ thống dcs thường có hệ thống mở, khả tích hợp cao với PLC khác điều khiển máy công đoạn sản xuất độc lập Vì vậy, hệ thống điều khiển phân tán dcs có tỷ lệ lỗi thấp, nhờ đó, việc điều khiển nhà máy hay xí nghiệp vừa tiết kiệm chi phí, vừa dễ bảo trì vận hành Tính sẵn sàng độ tin cậy Các hệ thống điều khiển phân tán dcs đại có chế dự phịng, an tồn, khởi động lại xảy cố chế độ bảo trì, chẩn đốn thị lỗi Bên cạnh đó, hệ thống dcs cho phép người sử dụng cài đặt chế độ bảo mật để hạn chế, kiểm soát quyền truy nhập liệu điều khiển ABB Freelance Software 2.1 Giới thiệu Freelance hệ thống điều khiển phân tán thức kết hợp ưu điểm PLC DCS, với chức đầy đủ DCS Là phần mềm giúp đơn giản hóa kỹ thuật, vận hành, bảo trì quản lý Fieldbus Giao diện điều hành trực quan cho phép vận hành dễ dàng chẩn đoán toàn hệ thống Freelance phát triển 25 năm hồn tồn tương thích với phiên cũ ABB Freelance software Ngày nay, mục đích cơng ty ngành cơng nghiệp xác định rõ ràng: Nâng cao tính tự động hóa sản xuất với chi phí thấp Dựa vào nguyên tắc này, ABB xác định lại hệ thống điều khiển nhỏ gọn có khả mở rộng ABB coi công ty tiên phong việc xác lập xu tự động hóa ngành cơng nghiệp Hệ thống Freelance mang lại giải pháp tự động hóa mạnh mẽ khơng với chi phí thấp xét phần cứng phần mềm, mà dễ sử dụng Thiết kế tiên tiến Freelance khiến hệ thống trở thành sản phẩm lý tưởng cho nhiều ứng dụng ngành Năng lượng, yêu cầu điều khiển q trình (process control) dự án Cơng Nghệ Môi Trường 2.2 Những điểm mạnh phần mềm Chi phí thiết kế tối thiểu, hiệu tự động hóa tối đa Hệ thống điều khiển Freelance làm đơn giản hóa q trình thiết kế hệ thống hệ thống kiến trúc mở đại Nói cách chi tiết, điều có nghĩa là: * Chỉ sử dụng công cụ kỹ thuật Control Builder F cho yêu cầu thiết kế, chạy thử chuẩn đốn tình trạng hệ thống; * Việc quản lý thiết bị trường hồn tồn tích hợp với việc thiết kế hệ thống điều khiển; * Tích hợp tự động q trình điện khí hóa q trình; * Rút ngắn thời gian thiết kế, vận hành, chạy thử, dịch vụ bảo trì; Lắp đặt trường, giảm chi phí dây tín hiệu tiết kiệm khơng gian lắp đặt ABB giành vị trí số DCS Cấp vận hành – DigiVis Thiết kế kỹ thuật cấp vận hành DigiVis đơn giản Một số thành phần trực quan là: * Giao diện điều khiển (faceplates); * Chuẩn đốn mơ-đun (Module Diagnostics); * Khả xử lý cố mở rộng; * Tự động tạo lưu đồ (sequence diagrams); * Thư viện truyền thông sẵn có; * Danh sách kiện cảnh báo; * Đồ thị (trendy) Các thành phần sử dụng ngay, giảm thời gian cơng sức lập cấu hình hệ thống tới 50% Bộ điều khiển mở rộng Hai điều khiển AC 700F AC 800F thành phần cốt lõi hệ Freelance AC 700F điều khiển chiếm không gian lắp đặt nhỏ gọn, sử dụng dịng mơ đun S700 I/O ghép trực tiếp lên rack có hỗ trợ chuẩn Profibus Master Nhưng với điều khiển AC 800F mở rộng lên đến mơ-đun kết nối fieldbus Trong số trường hợp chúng mô-đun fieldbus theo chuẩn khác AC700F mở rộng khả hệ Freelance cho ứng dụng cỡ nhỏ ngành công nghiệp Các điều khiển Freelance cho phép tối ưu hóa khả mở rộng Các ứng dụng trải rộng từ vài tới vài nghìn tín hiệu Cả hai điều khiển sử dụng hệ điều khiển Hai điều khiển AC700F AC 800F phù hợp để lắp đặt phòng điều khiển hay sử dụng kết hợp tủ điều khiển lắp trường Dễ dàng thiết kế hệ thống Freelance sử dụng công cụ phần mềm Control Builder F Nó dùng để cấu hình chức hệ thống tự động hóa, giao diện vận hành với hình hiển thị truy cập hệ thống, quản lý thiết bị trường Tồn ngơn ngữ lập trình tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn IEC 61131-3 có sẵn Người sử dụng sử dụng ngơn ngữ quen thuộc với để lập trình với phần mềm Control Builder F Được hỗ trợ tảng liệu đồng qua toàn hệ thống chức tham chiếu chéo, phần mềm Control Builder F cho phép người sử dụng vận hành tồn cấu hình cách nhanh chóng dễ dàng, bao gồm: * Lên cấu hình tham số hóa thiết bị trường tín hiệu vào/ra * Thiết lập cấu trúc mạng tham số tốc độ địa nút mạng Phần mềm Control Builder F hoạt động theo phương cách với hai loại điều khiển AC 700F AC 800F Hệ Freelance hỗ trợ FDT/DTM cho việc cấu hình hiệu hay hoạt động bảo trì thiết bị trường mà khơng cần tới tác vụ tốn thời gian việc tích hợp thiết bị thơng qua GSD file Một thiết bị DTM không cung cấp tham số đồ họa trực quan mà mang lại chức dự đốn tham số tồn diện cho phép thực bảo trì hiệu Cấu trúc cấp thiết bị trường Ở cấp thiết bị trường, ABB cung cấp nhiều lựa chọn phong phú Nhờ có tiêu chuẩn truyền thơng thiết lập, nên việc tích hợp thiết bị trường vào quy trình tự động hóa q trình trở nên giản đơn Sử dụng chuẩn Profibus liên kết với điều khiển AC 700F AC 800F tới I/O từ xa cấp trường liên kết với thiết bị thông minh cách trực tiếp từ cấp thiết bị trường Lựa chọn loại fieldbus Hệ Freelance cho phép tích hợp tồn fieldbus quan trọng, giúp người sử dụng tự lựa chọn chọn loại Fieldbus Nhiều loại fieldbus chí vận hành đồng thời với điều khiển Điều cho thấy tác dụng thực hiệu có tác vụ cụ thể, loại fieldbus sử dụng Giao diện hình điều khiển DigiVis DigiVis đáp ứng tất yêu cầu tiêu chuẩn liên quan đến vận hành quy trình tự động hóa quan sát hệ thống sản xuất với mức giá hấp dẫn DigiVis cung cấp tùy chọn trực quan sau đây: * Các cấu trúc faceplates rõ ràng can thiệp điều hành (bao gồm hiển thị nhóm); * Hiển thị Đồ thị trình (Trending) bao gồm lịch sử vận hành; * Trang báo động cho khu vực cụ thể nhà máy, hiển thị điều khiển tuần tự, ghi thay đổi, ghi kiện liệu lưu trữ; * Hệ thống hiển thị tự động cho chuẩn đoán liên quan tới phần cứng; * Thiết kế đồ họa tùy biến bên cạnh yếu tố đồ họa chuẩn, hỗ trợ định dạng thư viện ảnh Bitmaps 3D; * Hỗ trợ vận hành với hình kép (Dual monitor operation) Cấu hình DigiVis hồn tồn tích hợp với cơng cụ với Control Builder F Một tùy chọn khác hệ thống tích hợp mở rộng tới hệ điều khiển q trình Industrial IT 800xA Chức quản lý thông tin tiên tiến có sẵn sử dụng PGIM 800F Cơng nghệ tân tiến tầm tay Tính sẵn sàng cao Công nghệ chứng minh giá trị cơng nghiệp qua nhiều năm sử dụng đạt yêu cầu khắt khe tính ổn định hệ thống phần cứng kết cấu dự phịng nhiều cấp khác nhau, bao gồm tính dự phịng cho mơ-đun fieldbus, đường mạng fieldbus, dự phòng mạng điều khiển dự phòng điều khiển (Redundant Controller) Khả mở rộng Từ hệ thống nhỏ với tín hiệu tới hệ thống lớn với 10.000 tín hiệu Hệ điều khiển phân tán Freelance mở rộng với mở rộng nhà máy để đáp ứng yêu cầu thời điểm Restart máy hoàn tất cài đặt 3.2 Sử dụng ( Freelance tải có phần tài liệu cho sinh viên PDF đầy đủ bước tạo project, lập trình mà thiết kế DigiVis hệ thống đơn giản nên em xin phép bỏ qua bước vào phần hiển thị thao tác làm Control Builder F) First step Màn hình khởi động Control Builder F Tại ta tạo Project mới, mở projects có sẵn Sau tạo thành cơng project ta có sau: Tại ta thấy 01 tenproject ( project node) : nơi bao gồm tất hệ thống thiết kế, lập trình cho dự án 02 pool ( pool node) : nơi chưa liệu riêng để sử dụng dự án, hay gọi vùng nháp Ở pool node ta thêm trạm, lập trình khơng ảnh hưởng đến vùng project node Tiếp theo ta làm theo bước có tài liệu có sẵn Tại ta thấy sử dụng EMULATOR chạy giả lập EMULATOR giúp chạy chương trình giả lập máy tính mà khơng cần phải kết nối tới phần cứng thật AC700F hay AC800F Dưới Tasklist trạm, ta them nhiều tasklist cho dự án phức tạp Tác vụ người dung với chu kỳ máy 500ms, bên bao gồm danh sách chương trình gồm phần tử cấu trúc Cuối chương trình viết dạng FBD ( Function blocks diagram) Ose ( VIS): dung để thiết kế giao diện DigiVis (lưu ý: phần mềm cho phép sử dụng nhiều ngơn ngữ lập trình khác ladder,… để thuận tiện với người sử dụng) Project tree VD: Quan sát Project Ví dụ project tree dự án nhỏ Ta thấy plant (TASK) có chứa phần tử cấu trúc project Inlet (ống vào ), tank ( bình chứa), Outlet ( ống ra) khối lập trình cho chúng - Inlet ta có khối lập trình cho biến điều khiển: - - + NP10 : điều khiển bơm + FI10 : đo lưu lượng dòng chảy + PI10 : đo áp suất Tank: + Trend : nắm bắt xu hướng biến thiên mức bình + Tank_B10 : Giám sát mức có bình điều khiển Outlet: Giống với Inlet có them NS21: để giám sát lượng nước tiêu thụ Hình ảnh DigiVis project Phần mềm cho phép di chuyển hay chép phần tử Tree Project thao tác kéo thả chuột đơn giản hiệu 3.Cấu hình phần cứng cho trạm Sau tạo xong Project ta chuyển sang cấu hình phần cứng để gán trạm PS OS cho phù hợp với mục đích sử dụng mơ ( EMULATOR) hay kết nối thực tế với trạm (AC800F AC700F) Đây bước quan trọng để kết nối trạm điều khiển tới phần cứng cần điều khiển giám sát Các bước cấu hình trình bày tài liệu cho sinh viên nên không nhắc lại Hình sử dụng để mơ nên cần Emu Function Block Diagram Là ngơn ngữ lập trình chủ yếu sử dụng project Sơ đồ khối chức (FBD:Function Block Diagram ) Đây ngôn ngữ đơn giản trực quan để lập trình nhiều chương trình lúc chương trình PLC Ngơn ngữ FBD dễ học cung cấp nhiều tính Hầu hết kỹ sư u thích ngơn ngữ FBD cách phổ biến trực quan để mô tả hệ thống Các kỹ sư thích xếp thứ vào hộp (block) Và xác khái niệm ngơn ngữ FBD Ngơn ngữ FBD hữu ích khái niệm điều khiển hàng loạt từ ISA-88 áp dụng Trong Control Builder F ta FBD thẻ ( FBD) ta tạo thiết lập Project tree Giao diện lập trình có dạng sau: Ta lấy khối chuột phải vào hình  Block để lấy khối điều khiển hay Chuột phải  Variables để them biến vào -Giới thiệu số khối Block bản: * Khối Constant module CSTRE (Block → Constant → REAL constant ): tạo số thực không đổi Ta mở Parameter khối cách nhấp đúp chuột trái vào khối ta đặt tên cài số thực muốn tạo cách thay đổi giá trị Constant box * Khối đếm Analog CT_ANA (Block → Analog → Counter with analog input): Cộng dồn giá trị đầu vào IN đưa CTC Trong Parameter hộp ta chọn dải đếm Scale start Scale end Time base thời gian cộng dồn lần nhận tín hiệu ( VD : second giây đếm lần) Và chọn giá trị tín hiệu cho hai chân SL1 SL2 ô Messages( VD: Khi CT đếm đến 100 SL1 đưa lên mức cao (1) kiểu liệu BOOL) *Phần tử MUX (Block → Standard → Switcher → MUX ): để chọn nhiều luồng liệu *Các khối logic bản: And, Or, Not… *Các khối tính tốn, so sánh: khối trừ, so sánh… *Khối điều khiển có phản hồi ( Block  open-loop control  IDF_1) : Khối điều khiển phần tử đóng mở Ta thêm biến điều khiển chế độ Manual ( người chỉnh) hay Auto ( tự động) chân MM MA Tại Parameter ta cài đặt trạng thái mức cao thấp Status texts ( thường ON OFF) Chọn phản ứng gặp cố Reaction after trouble ( Và chọn có sử dụng biến phản hồi không Feedback Tại trang parameter chọn chế độ bắt đầu vận hành Manual start mode *Biến vào: Ta chọn kiểu biến để đưa vào khối điều khiển ( REAL, BOOL, INT, ) *Biến ra: Tương tự biến vào, ta linh hoạt lựa chọn kiểu biến VÍ DỤ: Lập trình hệ thống cảnh báo mức nước Lập trinh FBD cho hệ thống cảnh báo mức nước Lưu ý: Control Builder F cung cấp cho ta nhiều khối điều khiển logic mạnh mẽ, đặc thù để điều khiển giải toán điều khiển cách nhanh gọn Để tìm hiểu them chọn khối  mở Parameter  help để có them thơng tin khối chọn ... khả hệ Freelance cho ứng dụng cỡ nhỏ ngành công nghiệp Các điều khiển Freelance cho phép tối ưu hóa khả mở rộng Các ứng dụng trải rộng từ vài tới vài nghìn tín hiệu Cả hai điều khiển sử dụng hệ... đặt Trong tập kỹ thuật Em giao đề tài tìm hiểu phần mềm Freelance hãng ABB phát triển Sau đây, em xin phép trình bày hiểu biết phần mềm báo cáo sau tháng tìm hiểu 1 Hệ thống điều khiển phân tán... mạnh mẽ khơng với chi phí thấp xét phần cứng phần mềm, mà dễ sử dụng Thiết kế tiên tiến Freelance khiến hệ thống trở thành sản phẩm lý tưởng cho nhiều ứng dụng ngành Năng lượng, yêu cầu điều khiển