Hệ thống ₫iều khiển phân tán-Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI pdf

Hệ thống ₫iều khiển phân tán © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI 8/14/2006 Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI 3.1 Giới thiệu sơ lược PLC Lịch sử phát triển PLC Các ưu nhược điểm 3.2 Cấu hình hệ PLC/HMI Cấu trúc máy tính PLC Thiết kế phần cứng PLC 3.3 Phương pháp lập trình PLC Chuẩn IEC 61131-3 3.4 SCADA/HMI cho giải pháp PLC 3.5 Các điểm mấu chốt kiến trúc PLC/HMI So sánh DCS PLC/HMI Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 3.1 Giới thiệu sơ lược PLC PLC (Programmable Logic Controller): – Thiết bị điều khiển „lập trình mềm“, làm việc theo chương trình lưu nhớ => máy tính điều khiển chuyên dụng – Thích hợp cho điều khiển logic (thay rơle), song chức điều chỉnh (PID, mờ, ) chức tính tốn khác – Ngày khái niệm „Programmable Controller“ sử dụng nhiều hơn, từ viết tắt „PLC“ thông dụng Phạm vi ứng dụng: – Lúc đầu chủ yếu ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển trình rời rạc – Ngày điều khiển trình tự điều khiển trình liên tục -> cạnh tranh với Compact Digital Controllers hệ DCS ứng dụng “lai” – Thiết bị thu thập liệu hệ SCADA Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS Lịch sử phát triển 1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General Motors 1969: PLC (Allen Bradley Bedford), GM sử dụng công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte nhớ) 1971: Ứng dụng PLC ngồi CN ơ-tơ 1973: PLC „thơng minh“ với khả tính tốn, điều khiển máy in, xử lý liệu, giao diện hình 1975: PLC với điều khiển PID 1976: Lần sử dụng hệ thống phân cấp điều khiển dây chuyền sản xuất 1977: mP-based PLC 1980: Các module vào/ra thông minh 1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, hình CRT màu 1982: PLC lớn với 8192 I/O đời 1992: Chuẩn IEC 61131 (phần 1-5) 1996: Slot-PLC, Soft-PLC, Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS Các ưu nhược ₫iểm Ưu điểm: – Phần cứng gọn nhẹ, thiết kế bền chắc, độ tin cậy cao, thích hợp với môi trường làm việc công nghiệp – Khả xử lý tín hiệu logic (24VDC-240VAC) tín hiệu tương tự – Khả mở rộng số đầu vào/ra đơn giản – Lập trình thay đối chương trình đơn giản với kỹ sư điện – Khả giám sát hoạt động dây chuyền SX, khả phát lỗi thiết bị trường từ máy tính điều khiển – Tính thời gian thực Nhược điểm – Giải pháp đơn lẻ, cần tích hợp giao diện người-máy (HMI) – Kiến trúc đóng kín, khó tích hợp sản phẩm ngồi – Năng lực tính tốn tương đối yếu Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 3.2 Cấu hình hệ PLC+HMI SCADA/HMI Programming Device PLC RS-232/RS-485 Peripheral bus Central I/O Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI RIO bus Remote I/O (RIO) © 2006 - HMS Cấu trúc máy tính PLC CPU Vi xử lý Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI Nguồn nuôi (PS) Bộ nhớ làm việc Tín hiệu điều khiển Bộ nhớ chương trình Giao diện truyền thông Cổng tương tự (AI) cổng số (DI) Tín hiệu đo Cổng vào tương tự (AI) cổng vào số (DI) Đồng hồ nhịp © 2006 - HMS Thiết kế phần cứng PLC Các cổng vào/ra a) Thiết kế gọn Giá đỡ Nguồn CPU Module ghép nối Các module vào/ra Module truyền thông Nguồn b) Thiết kế module Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS Ví dụ: SIMATIC S7-300/S7-400 Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS Ví dụ: PLC-5 1771 (Allen Bradley) Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 10 Các chức thông dụng PLC Xử lý giá trị vào/ra: – Chuyển đổi D/A, A/D, lọc nhiễu – Hạn chế tín hiệu Điều khiển: – Điều khiển logic, khóa liên động, điều khiển trình tự – Điều chỉnh tự động: Điều khiển PID, điều khiển mờ Tự chẩn đoán Xử lý truyền thơng Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 11 Các tính quan trọng PLC Tính thời gian thực – Hiệu CPU, dung lượng nhớ – Xử lý đa nhiệm, theo kiện theo thời gian – Chu kỳ vòng quét, chu kỳ task Khả ghép nối vào/ra – Các loại tín hiệu vào/ra – Vào/ra phân tán – Ghép nối bus trường, bus thiết bị Lập trình thuận tiện – Ngôn ngữ theo chuẩn quốc tế IEC 61131-3 – Khả điều khiển lai (liên tục, trình tự logic) – Thư viện khối chức mạnh Khả ghép nối truyền thông – Khả hỗ trợ chuẩn giao thức – Khả lập trình phân tán Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 12 3.3 Phương pháp lập trình Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình RS232/ RS485 DC V Mã chương trình Dữ liệu cấu hình Dữ liệu tham số Mã chương trình Dữ liệu cấu hình Dữ liệu tham số Bus DC V DC 5V DC 4V D C 5V FRCE DC 5V FRCE FRCE RUN RU N RUN STOP S TOP STOP V O LT V O LT S EL E S EL E O N O N O FF V O LT S EL E O FF O N O FF PLC a) Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI PLC PLC b) © 2006 - HMS 13 Chuẩn IEC 61131: Programmable controllers Part (General Information): Các định nghĩa chung đặc tính chức tiêu biểu (cơ chế thực tuần hoàn, ảnh trình, thiết bị lập trình giao diện người-máy) Phần (Equipment requirements): Các yêu cầu điện học, học chức cho thiết bị (nhiệt độ, độ ẩm, cung cấp nguồn, độ kháng nhiễu, phạm vi tín hiệu logic sức bền học), phương pháp kiểm tra thử nghiệm kiểu thiết bị Phần (Programming languages): Mơ hình phần mềm ngơn ngữ lập trình Phần (Guidelines for users): Các nguyên tắc đạo cho nhà tích hợp hệ thống (phân tích hệ thống, lựa chọn thiết bị, vận hành, bảo trì hệ thống) Phần (Communication): Các khốI chức truyền thông PLC PLC thiết bị khác sở khối hàm chuẩn Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 14 3.4 Máy tính giám sát SCADA/HMI Thiết bị HMI chuyên dụng: – Operator Pannel (OP), Touch Pannel (TP) – Thiết kế gọn, độ bền công nghiệp cao, giá thành cao – Riêng cho họ PLC (giao thức độc quyền) cho nhiều họ PLC (giao thức mở) – Phần mềm sở cài đặt sẵn – Phát triển ứng dụng HMI với PC + phần mềm công cụ phát triển cung cấp kèm theo PC phổ thông, PC công nghiệp: – Sử dụng đa năng, linh hoạt – Phát triển ứng dụng với công cụ SCADA/HMI chuyên dụng (độc lập) với cơng cụ lập trình phổ thơng – Có thể thực thêm chức quản lý liệu, điều khiển cao cấp, – Kết hợp với PLC để xây dựng hệ lớn Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 15 Thiết bị HMI chuyên dụng Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 16 Phần mềm HMI/SCADA chuyên dụng Thơng thường chạy PC + Windows Có khả ghép nối với nhiều loại PLC nhiều hãng Phát triển ứng dụng cách soạn thảo cấu hình thay cho lập trình > 50 sản phẩm có mặt thị trường Các sản phẩm tiếng: – – – – iFIX (Intellution, GE Fanuc) InTouch, Factory Suits (Wonderware) WinCC (Siemens) RSView (Rockwell Automation) Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 17 3.5 Các ₫iểm mấu chốt kiến trúc PLC/HMI Kiến trúc hệ thống: linh hoạt, lỏng lẻo – Theo chiều ngang: PLC không thiết kế từ đầu cho cấu trúc điều khiển phân tán – Theo chiều dọc: tách biệt rõ rệt cấp điều khiển với cấp điều khiển giám sát, sở liệu chung Phát triển hệ thống: riêng biệt cho phần Giao diện trình: chủ yếu theo cách nối dây truyền thống (vào/ra tập trung vào/ra từ xa) Cơ chế làm việc: chủ yếu theo chế vòng quét theo kiện – Thích hợp với điều khiển logic, điều khiển trình tự – Ít thích hợp với tốn điều khiển q trình Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 18 ... Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS 17 3.5 Các ₫iểm mấu chốt kiến trúc PLC/HMI Kiến trúc hệ thống: linh hoạt, lỏng lẻo – Theo chiều ngang: PLC không thiết kế từ đầu cho cấu trúc điều khiển phân. .. kế module Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS Ví dụ: SIMATIC S7-300/S7-400 Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 - HMS Ví dụ: PLC-5 1771 (Allen Bradley) Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI © 2006 -... hợp hệ thống (phân tích hệ thống, lựa chọn thiết bị, vận hành, bảo trì hệ thống) Phần (Communication): Các khốI chức truyền thông PLC PLC thiết bị khác sở khối hàm chuẩn Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI