Điều khiển nhà máy sản xuất điện năng phần 1

BÙI QUỐC KHÁNH - NGUYỀN DUY BÌNH PHẠM QUANG ĐĂNG - PHẠM HồNG SƠN ■ ■ CHO NHÀ MÁY NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT https://tieulun.hopto.org BÙI Q l ỏ c KHẢNH - NGUYỄN DUY BÌNH PHẠM QUANG ĐĂNG - PHẠM HÒNG SƠN HỆ ĐIỀU KHIẺN DCS CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐỈỆN NĂNG (Sách giáo trình dùng cho sinh viên trường đại học kỹ thuật) (Tái ban lần thứ - có sưa chữa ) NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỢC VÀ KỶ THUẬT HÀ NỘI 2013 https://tieulun.hopto.org ■ X ■ r ■ HI A Lời nói đâu Sàn xuất diện trình phức tạp liên quan tới nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác M ỗi nhà máy điện có nhiều tơ máy, nhà máy điện găn kêt với lưới điện thành hệ thống điện quốc gia Vì hệ thống điều khiển nhà máy điện hệ thống lớn, sở liệu phải thống nhất, đảm bào tính ổn định bền vững, độ tin cậy cao Trong năm gần đây, hệ thống tự động hóa nhà máy điện thừa hường thành tựu khoa học công nghệ điện tử, tin học kỹ thuật điều khiên, có phát triên vưọt bậc Hệ tự động hóa nhà máy điện đại ứng dụng gần phần lớn sử dụng hệ điều khiên phân tán (DCS - Distributed Control System) Hệ xây dựng mơi trường số, có sờ dừ liệu tồn cục (Global) cho giám sát vận hành điều khiển Những chức điều khiên phân bô cho điêu khiên với khả điều khiển lớn có đầu vào/ra phân tán đê kết nôi với thiết bị chấp hành đo lường thông minh (Smart Sensor) Tất hệ tích hợp kết nối với bời mạng truyền thông chuẩn công nghiệp V iệt Nam năm gần có hàng loạt nhà máy điện xây dựng đưa vào vận hành với mức độ tự động hóa cao trang bị hệ điều khiên DCS đại hãng nôi tiếng giới như: Yokogawa, A B B , Siemens, Honeywell, Emerson Chính lưọ*ng kỹ sư tự động hóa làm việc nhà máy điện dự báo ngày tăng Đẻ đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất, Bộ mơn Tự động hóa - Trường Đ H B K Hà nội cho giảng dạy mơn học Hệ điều khiên DCS tự động hóa nhà máy nhiệt điện cho sinh viên Bộ môn giao cho PGS Bùi Quốc Khánh chủ biên phối họp với cán phịng Hệ thống Tự động hóa phịng Cơng nghệ Năng lượng - Trung tâm N C T K Công nghệ cao (nay Viện K ỹ thuật Điều khiển Tự động hóa - Trưcrng Đ H B K Hà nội) biên soạn giáo trình ';Hệ điều khiên DCS cho nhà máy sản xuất điện năng'\ Nội dung giáo trình đà Hội đồng xét duyệt giáo trình Trng Đại học Bách khoa Hà nội thơng qua N ội dung giáo trình chia làm phần: ■ Phần I: Tổng quan Điều khiển phân tán (DCS) ■ Phan II: Phân tích cấu trúc mạch vịng điều khiển điển hình nhà máy nhiệt điện đốt than ■ Phan III: Hệ DCS cho nhà máy điện đốt than PGS Bùi Quốc Khánh, TS Phạm Quang Đăng, ThS Phạm Hồng Son tham gia biên soạn phần I PGS Bùi Quốc Khánh biên soạn phần II, PGS Bùi Quốc Khánh, Ks Nguyễn Duy Binh, Ths Phạm Hồng Son’, tham gia biên soạn phần III Giáo trình biên soạn phục vụ cho sinh viên ngành Tự động hóa đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư ngành có liên quan Tập thê tác già xin cảm on thầy giáo Bộ mơn Tự động hóa, cán nghiên cứu Trung tâm N C T K Công nghệ cao (nay Viện K ỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Trường Đ H B K Hà nội), cán kỹ thuật ngành điện lực quan tâm góp ý cho nội dung giáo trinh Tiếp thu ý kiến đóng góp cùa bạn đọc đồng nghiệp, lần tái số nội dung sửa chữa chinh sửa Tuy nhiên nội dung sách đề cập tới vấn đề lớn, https://tieulun.hopto.org phức tạp lại mang tính thực tiễn cao việc biên soạn không tránh khỏi thiếu sót Tập thê tác già mong bạn đồng nghiệp độc giả tiếp tục góp ý kiến đẻ cho cn sách ngày hồn thiện Thư góp ý xin gửi Viện kỹ thuật điều khiên tự động hóa, nhà Cơng nghệ cao, Trường Đại học Bách khoa Hà N ội Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 70 Trân hưng Đạo - Hà N ội Chứng xin chân thành cảm ơn Các tác giả https://tieulun.hopto.org PHÀN I: TÒNG QUAN HỆ ĐIÈU KHIẾN DCS CHƯƠNG ĐIỀU KHIÊN PHÂN TÁN 1.1 Tổng quan tự động hóa q trình sản xuất hệ đỉều khiến 1.1.1 Tự động hóa trình sản xuất tự động hóa q trình cơng nghệ Hệ thống điêu khiên, điều hành quản lý sản xuất cách tự nhiên phân chia thành nhiều câp Phù hợp với thực tẽ này, hệ thơn« tự độn« hóa q trình sản xt phân chia thành nhiêu câp điên hình hệ thốn« tự độn« hóa q trình sản xuất thường bao gơm cấp trẽn Hình 1-1 Đặc điêm cấp sau: Câp thứ nhất: cấp cảm biến - chấp hành hay cấp trường Nó thực kết thiết bị điêu khiên vói cảm biến co* cấu chấp hành https://tieulun.hopto.org cấp thứ hai: cấp điều khiên thực chức điêu khiên q trình cơng nghệ thực việc kết nối thiết bị điều khiên, thiết bị điều khiên logic kha trình PLC thiẻt bị điều khiển máv điều khiên số CNC máy tính PC cơng nghiệp Cấp thứ ba: cấp vận hành, giám sát chi huy thực chức vận hành giam sát Tại cấp thứ ba thực chức giao diện người - máy lưu trữ sô liệu liên quan tới sản xuất, lệnh, thiết lập cấu hình thay đơi chế độ làm việc cho q trình cơng nghệ, máy sản xuất Chức điều khiên câp điêu khiên câp cao người vận hành dam nhiệm máy tính thực chức điều khiên cấp cao Thiết bị cấp thứ ba máy trạm làm việc, máy tính PC Các câp câp trực tiêp thực q trình cơng nghệ Cấp thứ tư: cấp điều hành sản xuất thực phối hợp q trình cơng nghệ với với hệ thống phụ trợ sán xuất kho tàng, hệ thống cung ứng vật tư, nguyên liệu, nhiên liệu nhiều nhiệm vụ quản lý khác quản lý kỹ thuật, quản lv san xuất, quan lý nguỗn lực, Cấp thứ năm: cấp quản lý công ty thực kết nối phối hợp hoạt động quản lý khác nhà máy, chi nhánh vãn phịng cơng ty nhiêu thành phố quốc gia khác Trong SO' đỏ phân cắp cúa hệ thống tự động hóa q trình sản xuất cấp 1, cấp trực tiẽp thực q trình cịng nghệ hệ thống điều khiên tự động áp dụng cho câp gọi hệ thống tự động hóa q trình cơng nghệ cịn cấp thứ thứ thực chức điều hành, quản lý hệ thống tự động hóa áp dụng cho hai cấp gọi hệ thống tự động hóa điều hành quản lý sán xuất Trong khn khỏ cua sách nàv hệ thống đề cập chù yếu hệ thống tự động hóa q trình cơng nghệ, có nghĩa cấp SO' đô phân cấp hệ thống tự động hóa q trình sản xuất cấu chấp hành Hình 1-2 Thông tln hệ thống điều khiển đơn giản https://tieulun.hopto.org 1.1.2 Sự đòi phát triên hệ thống điều khiên Mục tiêu hệ thống tự động hóa q trình san xuất la để đảm bào hoạt động an toàn kinh tế Trong hâu hét nhà máy công nghiệp nav có sơ loại thiết bị điều khiên định, cấp độ đon giản nhất, nhà máy chi bao gồm động co- điện truyền động cho quạt làm mát để điều khiển nhiệt độ phịng Ớ dạng phức tạp có thẻ lò phản ứng hạt nhân tạo điện cung cấp cho kinh tế Bẽn cạnh quy mô độ phức tạp, tất cà hệ thống điều khiên chia thành ba phần theo chức năng: thiết bị đo thiết bị điêu khiên CO' cấu chấp hành Thiết bị điều khiên giám sát thơng số trạng thái q trình nhà máy thông qua thiết bị đo Thiết bị đo có chức chun đơi thơng tin vật lý thành tín hiệu điện đưa vào đầu vào cùa thiết bị điều khiên Dựa trẽn trạng thái từ đau vào, thiết bị điều khiển sử dụng thuật tốn chương trình hóa đẽ tính tốn cho tín hiệu điều khiên cấu chấp hành Tùy thuộc yéu câu công nghệ, mức đâu tư trình độ ứng dụng mà hệ thống điêu khiên dua vào thực tế có nhiêu mức độ khác Tuy nhiên hệ thong điêu khiên đêu có mục đích chung: • An toàn cho người thiẻt bị hoạt động san xuất; • Vặn hành tin cậy, kinh tẻ: • Nâng cao chất lượng, suất; • Tăng sản lượng Những hệ thống điều khiên dã địi Cách mạng cơng nghiệp vào cuối kỷ X IX Chức điều khiên thực thơng qua thiết bị khí tinh xảo câu cam chương trình, thực tụ động hóa cho vài cơng đoạn quan trọng, phức tạp có tính lặp lặp lại dây chun Các thiết bị thưỊTìg thiết kế cho ứng dụng cụ thẻ riêng biệt Đâu the kỳ 20 đèn điện tử khuêeh đại điện tử băt đâu xâm nhập vào công nghiệp làm cho dâv chuyền sản xuât tự động đỡ công kênh hon Thiêt bị tự động điên hình thời gian thiết bị điều khiên dùng dẻn diện tư thiét bị điều khiên tô hợp điện kế tự động ghi rơle thời gian diện tứ Vào cuối năm 1960 đâu năm 1970 điện tử công suất, vi mạch điện tử đặc biệt vi xử lý 4-bit 8-bit dòi đâ làm thay đòi rắt nhiều thiết bị điều khiên Các thiết bị điêu khiên tương tự thiết bị điều khiến số thiết bị điều khiển số lập trình 4-bit Nhị' tiến kỹ thuật hệ điều khiên có cải thiện rõ rệt, gọn nhẹ tính giám sát vận hành tập trung bất đâu xuât Điên hình công nghệ giai đoạn ỏ' Việt Nam dây chuyền tự động X i măng Hoàng Thạch I giấv Bãi Bằng, nhiệt điện Phả Lại Vào cuối thập kỷ 80 ký 20 tính vi xử lý vi điều khiển nâng cao nên đà xuất thiết bị điều khiên mạnh PLC (thiết bị điều khiên logic kha trình) chađiều khiên logic, thiêt bị điều khiên sỏ trình có mạch vịng tín hiệu liên tục Vào thập kỷ 90 thể kv 20 hệ điều khiển DCS đòi, PLC thiết bị điều khiên sô kêt nôi với với trung tâm giám sát vặn hành qua đường truyền thông Các hệ thống điêu khiên sản xuảt hoàn thiện phát triẽn hoàn chinh ngày https://tieulun.hopto.org Đen nhũng năm cuối cùa kỷ 20 năm đầu kỷ 21 chửng kiến xu hướng quan điểm hệ điều khiển Giờ ranh giới hệ điều khiển ngày bị lu mờ ngày xuất them nhiêu hệ thống điều khiển mói nhằm đáp ứng cầu công nghệ sản xuất như: hệ điều khiển lai (H ybrid Control System), hệ điều khiển máy tính (Computer Based), Những năm chứng kiến đòi hàng loạt tiêu chuân điều khiên tiêu chuẩn ngôn ngừ lặp trình, tiêu chn truyền thơng, tiêu chn giao diện mang hệ điều khiên lại gân hon phá bo the độc quven nhà cung cắp trước đó, tạo thuận lợi lớn cho khách hàng Xu hệ thống điều khiên giảm thiêu chi phí phân cứng, tăng cường áp dụng thuật toán, cấu trúc điều khiên đại, tiến tiên điều khiên mờ, điều khiên noron, điều khiển theo mơ hình dự báo, vào cơng nghiệp nhằm giảm chi phí sản xuất, tăng chất lượng tiết kiệm lượng 1.1.3 Các hệ thống điều khiển Sự phát triển kỹ thuật vi điện tử tin học làm xuất thiết bị hệ thống điều khiển sử dụng kỹ thuật số Ngày thiết bị hệ thống điều khiển phô biến sử dụng kỹ thuật ,số với chủng loại quy mô vô phong phú gần khơng có gianh giói lớp thiết bị, hệ thống điều khiển Tuy nhiên cho dù nhà máy quy mơ lón hay nhị ta thấy tồn ba ứng dụng điều khiển co sau: • Điều khiển logic Thực liên động, logic trình tự cho q trinh cơng nghệ Nền tảng khoa học cho ứng dụng phép tốn logic • Điều khiển - điều chinh ủ n g dụng thực mạch vòng điều khiên - điều chinh nhằm trì đại lượng xác định q trình cơng nghệ theo lượng đặt cho trước để đảm bao điều kiện yêu cầu q trình cơng nghệ Nền tảng khoa học cho việc xây dựng phát triển ứng dụng lý thuvết điều khiển tự động • Giám sát, vận hành thu thập số liệu (S C A D A ) Úng dụng hỗ trợ người vận hành giám sát vận hành toàn trinh công nghệ, ủ n g dụng thực chức điều khiên cấp cao người thực với hỗ trợ phần mềm chuyên dụng điều khiển mẻ, tối ưu trình, Tùy theo tính chất q trình cơng nghệ nhà máy ứng dụng điều khiến logic chiếm ưu the hon ứng dụng điều khiên - điều chỉnh ngược lại cỏ thể phân chia chúng thành cac nhóm sau: • Hệ thống tự động hóa nhà máy (Factory Automation): Hệ thống tự động hóa nhà máy kết nối thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) với trạm vận hành giám sát Úng dụng chủ yếu cùa hệ thông cho ứng dụng sản xuất rời rạc đỏ ứng dụng điêu khiên logic chủ yếu hệ thống sàn xuất, lắp ráp khí mà điên hình nhà máy sàn xuất lap ráp ỏ-tơ;• • Hệ thống tự động hóa q trình (Process Automation): Hệ thống tự động hóa q trình kết nối thiết bị điều khiên số trình với với trạm vận hành giám sát Điẻm nơi bật hệ thống cho phép thiết bị điều khiển trực tiếp trao đồi liệu với đẽ cho phép thiết lập cấu trúc điều khiển phân tán (DCS) nhằm nâng cao chất lưọng hiệu điều khiển, ủ n g dụng yếu hệ thống cho q trình sản xuất liên tục vòng https://tieulun.hopto.org điều khiên điều chinh liên tục chu yếu trình sản xuảt điện nhà máy nhiệt điện, trình san xuất nhà hóa chât lọc dâu, ; • Hệ thống điều khiển lai hệ thống điều khiển trung gian giừa hai hệ thong kê thiết bị điều khiển có thẻ tùy biến cho hoạt động theo chẻ độ cua PLC theo chế dộ thiết bị điều khiển số trình, ú n g dụng chu yếu hệ thống trinh cỏng nghệ cỡ vừa tưong quan ứng dụng điều khiển logic điều khiên-điều chỉnh tương đưong a) Thiết bị điều khiển điển logic khả trình (PLC) Các thiết bị điều khiên logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) phát triên lĩnh vực điện, ban đầu nhằm thay bảng mạch rơ le Các thiết bị PLC có ưu diêm tốc độ xử lý tín hiệu logic nhanh (cõ' micro tới m ili giây) nhiên khả xử lý tín hiệu analog lại Trên Hình 1-3 cấu trúc tổng quan phần cứng thiết bị PLC: u T p u T Central Processing Unit X \l s Sỵ' ,-^s — ÍM /— y~< S À LJ Hình 1-3 Tồng quan phần cứng PLC Các PLC thiết kế cho ứng dụng điều khiên logic độc lập ứng dụng điều khiên nội máy sản xuất hay công đoạn san xuảt độc lập tưong cơng đoạn khác N ói chung PLC thiên ừng dụng đon le Ưu điểm cua PLC xử lv phép tính logic với tơc độ rât cao thời gian vịng qt nhị (cõ' JUS ms/vòỉigquét) Ban đầu PLC chi dược sử dụng cho dieu khiên logic chi quàn lý đâu vào/ra sơ Qua q trình phát triẻn, ngày số loại PLC bô xung thêm nhiều chức khả quàn lý đầu vào/ra analog, khả hỗ trợ hệ thống truyền thông công nghiệp Các giao thức truyền thông công nghiệp mà PLC hỗ trợ là: PROF1BUS AS-i DeviceNet Việc hỗ trợ thêm chuẩn giao diện truyền thông hệ sau cua PLC mờ khả ứng dụng PLC hệ thống lớn cách nối mạng với tạo thành mạng PLC kết nối với hệ thống lớn (hệ DCS), có thẻ két nối vói mảy tính có phần mềm giao diện người - máy (H M I) tạo thành hệ PLC /H M I đẻ điêu khiên, giám sát thu thập số liệu - Tuy có khả quản lý dầu vào/ra analog số lượng quản lý CỊĨ1 hạn che, khơng hỗ trợ hoạt động đa nhiệm (multi-task) nên thuật toán xử lý biến analog không phù hợp với yêu cầu điều khiển-điều chinh PLC cộng với máy tính cá nhân (PC), máy tính cơng nghiệp (IPC) thực phương án điều khiên phân tán sè mât rât nhiêu công sức lặp trình khơng thê thav thê hệ DCS thương phẩm có hạn chế sau:• • Co sị' dừ liệu nhị chua mang tính tồn cục dẫn tới dòi hòi kỹ sư thiết kế phái tiêu tôn nhiều thời gian vả công sức đẻ phát triẻn hệ sị' dũ' liệu q trình https://tieulun.hopto.org muôn sử dune PLC cho ứng dụng lớn, phức tạp Đặc biệt nêu muôn thiẻt lập cấu trúc điêu khiên phân tán phái nhiều cơng sức cho lập trình truyền thịng chia sẻ liệu PLC • Độ tin cậv sản xuất kha dự phịng PLC thực số khâu hạn chế cua PLC khơng có thay đơi chương trình trực truyền - thay đơi chương trình PLC làm việc Nẻu muôn thav đôi chương trình PLC, ta phải dừng PLC dan đẻn làm gián đoạn sản xuất M ỏt số nhà cung cấp sản phâm PLC: Rockwell Automation, Schneider Electric, Siemens Yokogawa, Omron A B B A B b) Hệ thống điều khiển với cấu trúc điều khiển phân tán (DCS) DCS chừ viết tắt cua Distributed Control System - hệ thống điều khiên phân tán - dược dùng đẻ chi lớp hệ thông điêu khiên sử dụng cấu trúc điều khiên phân tán Khác với hệ thống điêu khiên xảy dựng CO' sờ PLC DCS giải pháp tơng thê kẻ cà pìiần cứng, phần mêm truyền thơng cho tồn hệ thống phát triên từ ứng dụng điều khiên ngành công nghiệp hóa chât với thiêt bị điêu khiên ban đầu sử dụng kỹ thuật tương tự Giải pháp thiết kẽ hệ thống điêu khiên sản xuất thương phâm hướng vào hỗ trợ ứng dụng điêu khiên phân tán nên thường thiết kế theo hệ thống mờ khả tích hợp cao kẻ ca tích hợp với PLC khác điều khiên máy công đoạn sản xuất độc lập Đặc biệt đẻ hỗ trợ cho cấu trúc điều khiên phân tán nên hệ thống điều khiên có chức nàng trao đổi dừ liệu trực tiếp thiết bị điều khiên Mục tiêu tạo thuận lợi cao cho người kỹ sư thiết kế tích hợp hệ thống điêu khiên Thê mạnh hệ thống điều khiên sản xuất với cấu trúc DCS khả xử lý tín hiệu tưong tự thực chi q trình phức tạp khả tích hợp dề dàng Các hệ thống điều khiên san xuất thương phàm ngày thường bao gồm thiết bị điều khiển (controller), hệ thống mạng truyền thông phân mềm điều hành hệ thống tích hợp hồ trợ điều khiên phân tán Các hệ thống có the quản lý từ vài nghìn điểm đến hàng chực nghìn diêm vào/ra Nhị' câu trúc phân cứng phân mẻm có tính thống nhất, hệ điều khiển thực đồng thòi nhiều vòng điều chỉnh, điều khiên nhiều tầng, hay theo thuật thuật toán điều khiên đại: nhận dạng hệ thơng, điêu khiên thích nghi, tối ưu, bền vững, điều khiển theo mơ hình dự báo (MPC) Fuzzy, Neural, điều khiên chất lượng (ỌCS) Đê phục vụ cho việc trao đôi thông tin chức DCS hệ thống điều khiển thương phâm ngày hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý Hiện giao thức nàv đă chuân hoá (Profibus, Foundation FieldBus Ethernet) Các hệ điêu khiên thương phâm với câu trúc DCS ngày có độ tin cậv cao nhờ có kha dự phòng kép tất thành phần hệ (controller, modul I/O, bus truyền thông), khả thay đôi chương trình (sửa chừa download), thay đơi cấu trúc hệ thêm bót thành phần mà khơng làm gián đoạn, khơng cần khơi động lại q trình (thay đổi online) Co' sờ dừ liệu trình hệ điêu khiên với câu trúc DCS thiết kế sẵn CO' sờ dừ liệu lớn có tính tồn cục thống Các nhà sản xuất hệ điều khiên hỗ trợ tính DCS cam kết thời gian hồ trợ với sản phâm từ 15 tới 20 năm đẻ đảm bảo thời gian hoạt động khai thác hệ thống lớn Tắt đặc diêm cho thấy hệ điều khiển sản xuất với tính DCS hồn tồn đáp ứng yêu câu giải pháp tự động hoá tích hợp tơng thẻ Các chun gia cho tới 10 https://tieulun.hopto.org nav hệ thống điều khiển theo cấu trúc DCS không thay ứng dụng lớn thị trường hệ điều khiển theo cấu trúc DCS toàn cầu tăng trường 2-3%/năm M ột số nhà cung cấp hệ DCS thông dụng Việt Nam: AB A B B Yokogawa, Emerson Toshiba, c) Hệ lai Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng công nghiệp xu hướng giảm chi phí cho hệ thống điêu khiên, gằn đâv nhà cung cáp cho đời hệ điều khiên gọi hệ điêu khiên lai (H ybrid Control System) Do đòi sau kế thừa tảng công nghệ cùa hệ thống điều khiên CO' sô' PLC hệ thống điều khiên với cấu trúc DCS nên hệ lai pha trộn thuộc tính cua hệ điều khiên sơ PLC hệ điều khiển với câu trúc DCS Trong hệ thông điêu khiên lai thiết bị điêu khiển có thẻ tùy biến để hoạt động PLC hoạt động thiết bị điều khiên trình nên có khả thực trình liên tục gián đoạn, có khả quản lý đến khoảng mười nghìn điểm vào/ra Hệ thống lai cỏ thiết bị điều khiên nhò hệ thống điều khiên thương phâm có cấu trúc DCS tận dụng ưu điêm thiết kế hệ điều khiển có cấu trúc DCS thương phâm Các hệ lai cung cấp việc sử dụng công nghệ Bus trường bao gồm Foundation Fieldbus, AS-i Profibus DeviceNet Các hệ lai thường hỗ trợ chuẩn mở OPC (OLE for Process Control), X M L ODBC Chúng có ưu việc tích hợp vào hệ thống lập kế hoạch cho doanh nghiệp cấp thiết bị thấp nhu điện thoại không đâv, máy nhắn tin PDA Hầu hết hệ lai trang bị chức điêu khiển theo mẽ, theo khối vận hành giám sát Ngoài ra, công cụ phát triẽn ứng dụng với nhiều chức năng, giao diện thân thiện, ngơn ngừ lập trình bậc cao chuân hoá giúp cho kỹ sư thiêt kê, phát triên ứng dụng dễ dàng nhanh chóng Với nhũng ưu điểm trên, hệ điêu khiên lai ngày phát triên mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi công nghiệp Mức tăng trường toàn cầu thị trường khoảng - 7%/ năm Hạn chế ứng dụng cua hệ thống điều khiên lai thiêt bị điều khiên nhò dẫn tới lưu lượng truyền thơng lớn sè hạn clìẻ vè so lượng diêm vào/ra đặc biệt hệ thống yêu cầu chu kỳ điều khiển nhò Với khả IT1Ờ rộng sờ liệu hạn chế (tối đa khoang 60.000 tags) hệ lai không đu phục vụ cho ứng dụng lớn M ột số hệ điều khiên lai kể như: DeltaV (Fisher-Rosemount) Simatic PCS7 (Siemens) Stardom (Yokogavva), Freelance (ABB) 1.1.4 Điều khiển phi tập trung, điều khiển tập trung điều khiển phân tán Có nhiều định nghĩa vẻ hệ điều khiển phân tán, hầu hết nhà cung cấp giải pháp điều khiên, nhà tích hợp hệ thơng có định nghĩa cho riêng điều khiên phân tán Các định nghĩa có khác cách trình bày định nghĩa xuất phát từ câu trúc phần cứng, phân bố chức điều khiển chức quản lý, CO' sô' liệu, tính mờ rộng, độ săn sàng, độ tin cậy, hệ thống Đẻ người đọc có nhìn tơng thê hệ điều khiên phân tán đâv chúng tơi trình bày khái niệm điều khiển phân tán tương quan với câu trúc điêu khiên khác điều khiển phi tập trung điều khiên tập trung Khi xem xét đôi tượng điều khiên với nhiều đầu vào nhiều đầu (hệ M IM O ), người kỹ sư thiêt kẽ điều khiên có hai lựa chọn cho chiến lược điều khiên đối tượng sử dụng https://tieulun.hopto.org chiến lược điểu khiên nhiều mạch ròng (multi-loops) điêu khiên đa hiên (m ultivariable) Theo truyền thống, để hệ thống điều khiển đơn giản dễ thực hiện, chiên lược điêu khiển nhiều mạch vòng thường lựa chọn vịng điều khiên cặp đỏi cùa biến bị điều khiên biến tác động Trong chiến lược điều khiên người ta thường bỏ qua tác động chéo vòng điều khiên coi tác động chéo nhiêu đẽ thiêt kẽ điêu khiển Chiến lược điều khiên cho phép người ta thực riêng rẽ mồi mạch vịng điều khiển thiết bị điều khiển độc lập vói thiết bị điều khiển khác Dữ liệu trình với vịng điều khiên độc lập riêng rê mà việc tập hợp chúng lại máy tính vận hành - giám sát chi có ý nghĩa cho vận hành - giám sát khơng có ý nghĩa cho điều khiên Câu trúc hệ điêu khiên vậv gọi điêu khiên phi lập trung Việc bô qua tác động chéo giừa vòng điều khiên mang lại chât lượng điêu khiên không cao chiến lược điều khiên nhiều mạch vịng nói chung câu trúc điẻu khiên phi tập trung nói riêng Đê nâng cao chất lượng điều khiên ta phai chuyên sang chiên lược điêu khiên đa biên Trong chiến lược điều khiên đa biến, tác động chéo mạch vòng điều khiên phải tính tới phải thực thuật toán tách kênh Việc thực chiến lược điều khiên đa biến địi phải có sở dừ liệu chung thống cấu trúc điêu khiên phi tập trung không đáp ứng Đê giải khó khăn có số phương án mơi cách thực có ưu điểm nhược diêm riêng Giải pháp cho chiến lược điều khiên đa biên ban đầu hệ thống điểu khiên tập trung với thiết bị điêu khiên (thường máv tính lớn) đẻ điều khiên tồn q trình cơng nghệ Trong hệ thống điều khiên theo phương án tập trung, q trình tính toán thực chiến lược điều khiên đa biên thực trẽn hệ xử lý trung tâm Phương án điều khiên tặp trung có ưu diêm hệ sờ dừ liệu trình thống nhất, tập trung ta thực thuật tốn điều khiên đê điều khiên q trình cơng nghệ cách tập trung thống Nhược điẻm phương án điều khiên tập trung đối tượng điều khiên lớn, phức tạp có thê dẫn tới khối lượng tính tốn lớn hệ xử lý khơng đáp ứng đưọ*c vẽu câu tính tốn cua hệ thông M ột nhược điẻm phương án điều khiển tập trung giá trị đo lường phai tập trung máy tính điêu khiên dan tới khối lượng dây dẫn lớn làm tăng chi phí khó khăn cho cống tác bảo trì sửa chừa Giải pháp khắc phục hạn chê điều khiên tập trung điều khiên phán tán Dưới góc độ nhà nghiên cứu nhà kỹ thuật lĩnh vực điều khiên khái niệm “ điều khiên phân tán” sử dụng đẽ phân biệt với điêu khiên tập trung truyền thống Khác với phương án điều khiển tập trung, điều khiến phân tán có q trình tính tốn điều khiển q trình tính tốn phản tán Có nghĩa q trình tính tốn điều khiển thực trẽn nhiều hệ xử lý hệ sờ liệu q trình tập trung phân tán trẽn hệ xử lý đảm bảo tính thống Đẻ đảm báo tính thống khả chia sẻ dừ liệu thiết bị điều khiên, phương án điều khiển phân tán phải thực chức trao dôi dừ liệu trực tiếp thiết bị điều khiển với Với hệ thống sờ dừ liệu thống chia sẻ giừa thiết bị điều khiển khác cho phép hệ thống điều khiên theo phương án phân tán thực toán điều khiển đa biến hệ thống điêu khiến tập trung chí cịn cho phép thực luật điều khiển phức tạp bị giới hạn lực xử lý tính tốn điều khiển tập trung Hạn chế điều khiển phân tán phải thực việc trao đỏi thông tin thiết bị điều khiển làm tăng tính phức tạp hệ thống Tóm lại, hệ thông điêu khiên phân tán hệ thống điều khiên có hệ liệu q trình thơng chức điều khiên với chiến lược điêu khiên đa biến thay tập trung vào thiết bị điều khiên nhất, phân chia trẽn nhiều thiết bị điều khiên khác Việc trao đổi thông tin thiết bị điều khiển hệ điều khiển phân tán ngày nav 12 https://tieulun.hopto.org thường sư dụng mạng truyền thơng kv thuật số Nhìn chung tính ưu việt hệ điều khiên phân tán thẻ rõ điẻm sau: • Tiẻt kiệm dây nối còng nối dây nhờ mạng truyền thơng • Hiệu st độ tin cậy tơng thẻ hệ thống nâng cao nhò' sựphân tán chức xng cấp • Độ linh hoạt cao, thê tính mờ việc mở rộng hệ thống, thay thiết bị, nâng câp tạo chương trình phân mềm ứng dụng Đê thực điều khiên phản tán ta có thê cỏ phương án sau: • Sử dụng P LC với mạng truyền thơng cơng nghiệp: Có thê sử dụng PLC đẻ thực câu trúc điều khiên phân tán đòi hỏi người kv sư thiết kế phải tự thực việc xây dựng hệ sờ liệu trình, phái tự thiết kế lập trinh giao thức truyền thông thời gian thực đẻ trao đôi dừ liệu PLC, phải tự đánh giá xắp xếp thứ tự thực luật điều khiên đẻ đảm bảo yêu cầu thời gian thực, M ột khó khăn phải tự thực lập lịch cho PLC đôi với tác vụ điều khiển trinh đẻ đảm bảo chu kỳ điêu khiên cho môi tác vụ hăng sơ Nói chung khơi lượng cơng việc lớn hệ thống lớn thi phương án sử dụng PLC để thực điều khiển phân tán khơng khả thi Chi phí đâu tư ban đầu cho hệ PLC nhò hon đem so sánh với chi phí cho hệ điêu khiên thương phâm có chức điều khiển phân tán Tuy nhiên, chi phí phát triẻn ứng dụng (cả thời gian tài chính) hệ thống điều khiển sử dụng PLC cho trình phức tạp lại lớn làm cho phương án sử dụng PLC không cạnh tranh với phương án khác Trong chu kỳ sống ứng dụng, chi phí sửa chữa, xử lý cố, bào tri hệ thống phần cứng, hệ thống phần mềm, sờ dừ liệu vấn đề truyền thơng làm chi phí dài hạn cho hệ PLC tăng lên nhiều • Sừ dụng hệ điều khiến thương phẩm với cấu trúc DCS: Các hệ thương phẩm hỗ trợ cấu trúc DCS thiết kế đê hưóng tới ứng dụng phân tán nên phù họp ta sư dụng đê thực điêu khiên phân tán cho hệ thống lớn phức tạp đòi hòi độ tin cậy cao Vói hệ thơng lớn phức tạp việc sử dụng hệ thương phẩm hỗ trợ cấu trúc DCS cho phép rút ngan nhiều thời gian thiết kế phát triển ứng dụng điêu khiên Các hệ điều khiên với cấu trúc DCS thường có giá cao cho phân cứng phân mềm lại có chi phí phát trien ứng dụng chi phí vận hành thấp so với phưong án khác • Sử dụng hệ thống điểu khiên lui: V ói ứng dụng điều khiên cồ' trung bình, trình điêu khiên phức tạp việc sử dụng hệ thống điều khiên lai để thực phù họp cho phép tận dụng nhừng ưu diêm hệ thống điều khiên DCS điều khiển PLC với chi phí đầu tư thấp hon 1.2 u cầu cơng nghệ sản xuất Dưới góc độ điều khiên có thẻ phân chia cơng nghệ sản xuất thành ba dạng sau: • Các nhà máy có cơng nghệ liên tục từ đầu đến cuối q trình sản xuất • Các nhà máy mà q trình cơng nghệ có thê chia thành cơng đoạn gián đoạn, độc lập với nhau• • Các nhà máy tồn cà hai loại q trình liên tục gián đoạn 13 https://tieulun.hopto.org 1.2.1 Các nhà máy có q trình cơng nghệ liên tục Các nhà máy loại hoạt động có tính liên tục với đầu vào nguvên liệu, đầu sản phâm Đặc điẻm nhà máv loại cơng nghệ có độ phức tạp cao sỏ lượng thiết bị tín hiệu phục vụ điều khiên lớn Quá trinh khởi động hay dừng thực cho cà nhà máy Neu khâu dừng dẫn đen phai dừng ca nhà máy khâu mắt ồn định dan đến tồn q trình ôn định, sản phẩm không đảm bảo chất lượng Các ngành tiêu biêu cỏ thể kẻ là: ngành hoá dầu, hoá chất, nhiệt điện, Tuỳ quy mô nhà máy mà số lượng vào/ra cỏ thê từ vài nghìn tới vài chục nghìn diêm đo điều khiên M ột đặc diêm công nghệ cằn điều khiên nhiều tham số dạng tương tự: áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, tốc độ, tỳ lệ thành phần Các tham số có quan hệ chặt chẽ tác động đa chiêu, biến đôi phức tạp ảnh hưởng lớn tới chât lượng sản phâm Nhà máy dạng thường có ứng dụng điều khiên - điều chinh chiếm ưu so với ứng dụng điều khiển logic Hệ thống điều khiên sản xuất liên tục có đặc điểm sau: ■ Là hệ đa thông số, nhiều đầu vào/ra (M1MO) ■ Là hệ thông số rải, thông số biến thiên lớn với phần lớn đối tượng điều khiển phi tuyến Từ đặc diêm ta thấy hệ điều khiên cho hệ thống sản xuất liên tục phải có khả thực chức năng: ■ Điẻu khiên tối ưu, thích nghi, điều khiên theo mơ hình dự báo điều khiên thông minh ■ Điều khiên bền vững ■ Điều khiên chất lượng Hệ thông điều khiên nhà máyphải đảmbảo ucầu cao tính an tồn tin cậy M ôi cố xảy chigây thiệt hại lớn kinh tế mà cịn nguyhiểm đên tính mạng nguời ảnh huờng tới mơi trường Trong nhà máy có khâu điêu khiên gián đoạn đê điều khiên logic liên động trình tự làm việc thiết bị Trong lĩnh vực từ trước nay, hệ điều khiên phù họp hệ điều khiển DCS 1.2.2 Các nhà máy có q trình cỗng nghệ gián đoạn Có thẻ kẻ ngành lap ráp ô tỏ, gia công chi tiết máy, chế biên thức ăn chăn nuôi, M ột nhà máy kiêu thường phân chia thành khu vực theo chức mỏi khu vực lại có thê chia nhị nừa M ồi khu vực có thẻ có hệ điều khiển riêng Các tín hiệu điêu khiên chủ yếu tín hiệu logic, dùng đẻ liên động khâu, đóng cắt cho động cơ, đóng mờ van theo sơ đồ logic cho trước, mặt điều khiển nhà máy nàv có ứng dụng điêu khiển logic chiếm ưu hon so với ứng dụng điều khiến - điều chinh Trong nhà máy, yêu câu tính an tồn độ tin cậv khơng cằn thiết phải chặt chẽ nhà máy cỏ trình xử lý liên tục Giải pháp thường sử dụng PLC (Programmable Logic C ontroller) 1.2.3 Các nhà máy tồn đồng thịi q trình liên tục gián đoạn Bao gôm ngành như: sản xuất xi măng, đường, dược phâm, rượu bia, linh kiện bán dân Trong nhà máy chia thành công đoạn độc lập M ỗi cơng đoạn q trình 14 https://tieulun.hopto.org lièn tục hồn tồn có thẻ gián đoạn Ta có thẻ khởi động hay dừng công đoạn mà không làm ảnh hường tới công đoạn khác Các nhà máy loại nàv sản phâm cua chiếm tv trọng lớn tồn ngành cơng nghiệp, mặt điều khiên nhà máy dạng có ứng dụng điêu khiên logic điều khiên - điều chinh tương đương Đẻ đáp ứng u cầu cơng nghệ có thề thực hai giải pháp: sử dụng hệ m iniDCS kết họp PLC PC điều khiến trình đặc biệt Giai pháp ban đau xuất phát tư tảng DCS phát triẻn cho ứng dụng có điều khiên q trình liên tục rời rạc G iải pháp thường có chi phí lớn Một giai pháp khác lại dựa chu yếu vào PLC kẽt hợp thêm thiẻt bị điều khiên đặc biệt có kha thực hay nhiều mạch vòng điều khiên cho chức điêu khiên trình Giải pháp có chi phí nhị lại phức tạp có độ tin cậy hon G iai pháp phù họp cho ứng dụng loại sử dụng hệ điều khiên lai (Hybrid System) Các thiết bị diêu khiên lai có thẻ tùy biến đẽ hoạt động điêu khiên sô trình PLC Các hệ thống hướng tới ngành công nghiệp phát trien nhanh, lợi nhuận cao thực phâm rượu bia dược phâm linh kiện bán dân Các hệ lai thực điều khiên trình liên tục khâu gián đoạn Chúng trang bị chức đẽ cạnh tranh thị trường điều khiên trình theo mẻ khối điều khiên giám sát 1.3 Cấu hình hệ DCS M ột hệ thống điều khiên sản xuất theo cấu trúc DCS thơng thường có cấp thực việc lien kết với phần cua cấp quán lý điều hành sàn xuất thông qua hệ thống quản lý thơng tin cấp đẽ tích họp vào hệ thống quan lý sản xuất, quản lv thông tin phối hợp quản lý diện rộng SAP PRM Dặc diêm câu trúc điều khiên phân tán việc phân bô thiêt bị điều khiên xng vị trí gần kề với q trình kỹ thuật, sử dụng mạng truyền thơng cơng nghiệp đê kết nối trao đôi thông tin So' đồ cấu trúc tiêu biêu cho hệ thống điều khiên phân tán Hình 1-4 1.3.1 Cấp cháp hành - cảm bien Cảp châp hành cam biên bao gôm vào/ra phản tán dỏ ghép nối với thiết bị đo lường, câu châp hành có chức nấng kết nối với tín hiệu vào/ra xử lý sơ trước chuyên lẽn câp điều khiên Ngày nay, thiẻt bị cảm biến chắp hành có phát triẻn mạnh mẽ xuât thiết bị đo thông minh (Smart sensor), cấu chấp hành thông minh (smart actuator) Các thiết bị đo thịng minh, cấu chấp hành thơng minh kết nối trực tiếp vào hệ thống mạng để liên kêt với cấp điều khiên mà không cần qua vào/ra phân tán Thiêt bị thông minh có chức thu thập dừ liệu q trình, có nâng truyền thơng cài thuật toán tự hiệu chuẩn, tự kiểm tra, chuẩn đốn lồi Thiết bị đo thơng minh thực việc thu thập dừ liệu đại lượng vật lý trình cằn đo nhiệt dộ, tơc độ độ PH từ trường, mă hóa dừ liệu truyền tới thiết bị khác thơng qua mạng truyền thơng Ngồi thiết bị đo thơng minh cịn có khả tự hiệu chn, tự chn đốn lơi hịng hóc có thẻ gặp phải đẻ phát cánh báo can thiết Thiết bị đo thơng minh cịn có chức khác đẻ có thê hoạt động phần tử mạng hệ điều khiên phân tán 15 https://tieulun.hopto.org Tương tự thiết bị đo thông m inh; câu chấp hành thơng minh ngồi chức thực tác động theo lệnh điều khiên trang bị thêm chức tự chuẩn đốn lỗi, mã hóa/giải mã thơng tin truyền thơng Ngồi cấp chấp hành cảm biến có thê có PLC, máy tính cơng nghiệp điều khiên máy sản xuất công đoạn sàn xuất tương đối độc lập Cấp chấp hành cảm biển cung cấp giao diện sau: • Giao diện kết nối trực tiếp với vào/ra tưong tự (như áp suất, nhiệt đ ộ , ) vào/ra số (như tín hiệu rơ le tín hiệu chuyên mạch, liên động, ) • Giao diện Bus trường: cung cấp giao diện với chuân Bus trường như: Foundation Fieldbus, Profibus, H AR T Cho phép biến đổi cấu chấp hành \vao đôi thông tin trực tiếp với thiết bị điều khiển đường truyền thông số • Giao diện kết nối với PLC: PLC nối vào hệ DCS thơng qua so card giao diện truyền thông Thông thường nối với giao diện vào/ra sô trường họp kết nối trực tiếp với thiết bị điều khiên Các PLC kết nối vói hệ DCS gọi Subsystems / = H Lưi trữ PC PC Quản lý [hông tin Cấp quản lý s x PC 'mạng giám sát - chi huy T § Trạm van hành Trạm van hành Trạm vận hành mạng ơiéu khíén pxT ( mạng điếu khiẽn px2 ^ IRC mang thiét bi (bus trifong) s c A máy sx Controller mang thiêt bi (bus trường) s c A công đoạn SX Smart sensor Cấp điều khiển Controller Controller c ầ p vận hành, giám sát -chỉ huy Ồ Smart actuator é Smart actuator Cấp trường (càm biến - chấp hành) Trạm I/O PLC Smart sensor Hình 1-4 Cấu hình tiêu biểu hệ thống DCS 16 https://tieulun.hopto.org 1.3.2 Cấp điều khiển Cấp điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển, nơi thực chức điều khiển cua toàn nhà máy Bẽn cạnh cấp điều khiển cịn phải thực chức năn« truyền thông với cấp cảm biến chấp hành đê lấy liệu từ đầu vào sau đỏ xử lý tín hiệu, thực thuật toán điêu khiên gửi tín ỉhiệu điều khiển đầu đến thiết bị chấp hành cấp cảm biến chấp hành Các thiết bị điều khiển đọc, trao đổi liệu với thông qua mạng truyền thông cấp điều khiển 1.3.3 Cấp vận hành, giám sát huy Cắp vận hành, giám sát chi huy bao gồm trạm vặn hành, cung cấp giao diện cho người vận hành với trình.Cung cấp giao diện với hình ảnh đồ họa mơ tả hoạt động tồn q trình cách sinh động trực quan, cấp thể ứng dụng giám sát - vận hành thu tỄiập số liệu Chức điều khiển cấp vận hành, giám sát chi huy điều khiển cắp cao thực bôi người vận hành máy tính điều khiên với phần mềm điều khiển cấp cao chuyên dụng điều khiến mé, tối ưu hóa q trình, 1.3.4 Hệ thống quản lý thông tin Hệ tihống quản lý thông tin phần cắp điều hành quản lý sản xuất Hệ thống bao gồm lóp con: -+ Gateway: phục vụ việc trao đôi liệu với thiết bị điều khiên phân xưởng, công đoạn khác -+ Database: phục vụ việc định dạng lưu trữ dừ liệu -+• Management: xử lý thơng tin'lưu trữ lóp Database a) Lớp Gateway: Tron g khứ nhà cung cấp giai pháp điểu khiển có chuân giao thức truyền thông riêng phục vụ việc trao đồi liệu với thiết bị điều khiển Điều nảy sinh việc độc quyền cua hãng cung cấp hệ thống điều khiển, khách hàng có lựa chọn lựa chọn sản phâm nhà cung cấp cần nâng cấp, mờ rộng, khách hàng phải sử dụng sản phâm hăng N gày nay, M icrosoft với số hãng khác phát triển chuân truyền thông gọi OPC (O L E fo r Process Control) cho phép tất máy tính có thề kết nối với hệ DCS có hỗ trợ OPC Chuân truyền thông OPC từ đời nhận đồng thuận hỗ trợ hâu hêt hãng cung cấp giải pháp DCS Đen hầu hết hệ DCS có hỗ trợ OPC OPC có thê cài đặt trẽn trạm điều khiển cài đặt máy tính riêng biệt OPC cung cấp chuẩn giao diện công nghiệp mờ, đơn giản phù họp, cho phép nhà cung câp phân mềm tập trung vào việc phát triển thêm đặc tính cho gói phân mẽm thay phát triên loạt phần mềm điều khiên (driver) độc quyền cho thiẽt bị phân cứng Chuân OPC đă định nghĩa cung cấp môi trường chung cho nhà sàn xuâtt thiết bị đê từ phát triển thành OPC server cùa riêng vói đặc điểm server c ó thẻ sử dụng nhiều phần mềm khác nhà cung cấp giải pháp H M I, PLC, 17 https://tieulun.hopto.org DCS Các nhà sản xuât phân cứng có thê mang nhừng hiẻu biêt \ơn có cua họ irons mạng truyên thông công nghiệp đẻ phát trien OPC server nhảm phát huy tơi đa đặc tính cùa hệ thống OPC bao gồm công cụ sau: + OPC Data Access: Là công cụ trao đôi dừ liệu thời gian thực từ PLC, DCS thiết bị điều khiên khác với trạm H M I + ® OPC Alarms & Events: Thiết lập cung cấp thông điệp cảnh báo, báo động kiện xảy hệ thống theo yêu cầu + OPC Batch: Công cụ ứng dụng triết lý OPC q trình ứng dụng cụ thẻ có tính chất theo mè -ỉ- OPC Data exchange: Công cụ cho phép trao đôi thông tin giừa servers với nhau, mị khả trao đơi thơng tin giừa máy chủ nhiều nhà cung cấp khác thông qua mạng truyén thông Ethernet Công cụ cho phép ta thêm chức định cấu hình, chân đoán giám sáưquản lý hệ thống từ xa + OPC Hystorical Data Access: Khác với OPC Data Access cho phép truy cập dừ liệu thời gian thực, OPC Hystorical Data Access cho phép truy cập dừ liệu lưu trữ + OPC Security: Tất máy chù OPC cung cấp liệu có giá trị nhà máy mà khơng quản lý chặt chẽ mang lại hậu đáng tiếc OPC Security định nghĩa cách thức truy nhập client vào máy chủ theo phương thức nhằm bảo vệ liệu ngăn cản m ội hành động không phép Ngồi cịn có OPC X M L Data, OPC Complex Data, OPC Commands nhằm phục vụ ứng dụng có sử dụng dịch vụ Web, loại định dạng liệu phức tạp giám sát lệnh thực trẽn thiết bị OPC tồ chức OPC Foundation sáng lập quán lý điều hành Hội đồng quản trị OPC Foundation tính đến năm 2005 bao gồm thành viên cùa Siemens AG, Emerson Process Management, Yokogawa, Honeywell, Rockwell Software ICONICS b) Lớp Database: Đọc dừ liệu từ thiết bị điều khiển thông qua Gateway OPC lưu trữ định dạng liệu chuẩn MS SQL, Oracle, đồng thời cung cấp chức khác ghi dừ liệu vào ô đĩa, nén liệu, lập báo cáo thực chức hiển thị đơn giản Trên Hình 1-5 cấu trúc liệu hệ điều khiển phân tán c) Lớp quản lý: Lóp quản lý cung cấp thơng tin cho người sử dụng dạng templates bao gồm: lập báo cáo, qn lý theo mẻ, tính tốn theo công thức, quản lý tài nguyên nhà máy, tối ưu hố q trình,.: Lớp quản lý đọc liệu từ lớp Database trao đổi thông tin với thiết bị điều khiên thông qua gateway OPC 18 https://tieulun.hopto.org Hình 1-5 Cấu trúc hệ sở liệu hệ thống điều khiển phân tán 1.3.5 Cấu trúc thiết bị điều khiển Phần cứng thiết bị điều khiển thường bao gồm phận sau: • Giá đõ’ (Back-plane Rack): giá đỡ module thiết bị điều khiển • CPU: trung tâm xử lý thiết bị điêu khiên Thông thường thiết bị điều khiển có xử lý trung tâm Tuy nhiện sơ hệ thơng có độ tin cậy cao, người ta sử dụng hai xử lý trung tâm thiêt bị dieu khiên Khi hai CPU làm việc song song với nhau: nhận tín hiệu, tính tốn kẻt q ci so sánh với nhau, hai CPU khơng cho kết tính tốn giơng nhau, thiết bị điều khiên coi nhu làm việc khơng bình thường V ói hệ thống su dụng hai CPU thiết bị điều khiển, độ tin cậy đạt bảy số sau dấu phây Đối với hệ thống chi sử dụng CPU thiết bị điều khiển, độ tin cậy đạt bốn số sau dâu phây • Bộ nhó*: Bao gồm nhớ ROM RAM • Ngn: Cung cấp nguồn ni • Pin: Lưu giữ chương trình diện, thơng thường có thê lưu giữ chương trình khoảng 36 đến 72 lớn hon tùv thuộc vào thời gian mức độ sử dụng pin • Các card truyền thơng: Tích hợp vi xử lý truyền thơng chương trình phán mềm điều khiên việc truyền thông với thiết bị khác vào/ra phân tán PLC thiết bị trường thơng minh Trẽn Hình 1-6 cấu trúc thiết bị diều khiên Yokogawa ' K o r s ( entum CS3000 hàng 19 https://tieulun.hopto.org Trong cấu trúc thành phần CPU nguồn, card truyền thông, pin nhớ đêu đà tính hợp module lớn Hình 1-6 Cấu trúc phần cứng thiet bị điều khiển CS3000 hãng Yokogawa Tuy nhiên số hệ DCS khác, nhà cung cấp tách thành phân nguôn card truyền thông thành module riêng biệt để tiện cho việc thay lựa chọn phù hợp với khả ứng dụng 1.3.6 Các thiết bị giao tiếp vào/ra (Các vào/ra phân tán) Các tín hiệu vào/ra truyền truyền tói vi xử lý cua thiết bị điều khiên thông qua thiết bị giao tiếp vào/ra Các thiết bị giao tiếp vào/ra bao £ồm module vào/ra, nguồn card truyền thông với vi xử lý điều khiên Các module vào/ra thône thường gồm có module số module tương tự ngồi cịn có module khác đẻ đáp ứng yêu câu thiẻt bị cảm biến chấp hành PWM xung Power supply CPU Digital Input Digital Output Analog Input Analog Output I Hình 1-7 Bố trí vào/ra kiểu module https://tieulun.hopto.org ... 1- 4 Cấu hình tiêu biểu hệ thống DCS 16 https://tieulun.hopto.org 1. 3.2 Cấp điều khiển Cấp điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển, nơi thực chức điều khiển cua toàn nhà máy Bẽn cạnh cấp điều khiển. .. https://tieulun.hopto.org điều khiên điều chinh liên tục chu yếu trình sản xuảt điện nhà máy nhiệt điện, trình san xuất nhà hóa chât lọc dâu, ; • Hệ thống điều khiển lai hệ thống điều khiển trung gian... CHƯƠNG ĐIỀU KHIÊN PHÂN TÁN 1. 1 Tổng quan tự động hóa q trình sản xuất hệ đỉều khiến 1. 1 .1 Tự động hóa q trình sản xuất tự động hóa q trình cơng nghệ Hệ thống điêu khiên, điều hành quản lý sản xuất