hệ thống điểu khiển phân tán

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CHƢƠNG I: CẤU TRÚC CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 3/20/2014 3 Chƣơng I : Mở đầu 1.1: Mục đích và phạm vi đề cập của môn học 1.2: Các nội dung cơ bản của môn học 1.3: Tổng quan các giải pháp điều khiển 1.4: Cấu trúc các hệ thống điều khiển giám sát 3/20/2014 4 1.1: Mục đích và phạm vi đề cập của môn học Phạm vi đề cập Các hệ thống tự động hóa hiện đại có cấu trúc phân tán trong công nghiệp cũng nhƣ trong nhiều lĩnh vực khác Mục đích: Sinh viên cần nắm được * Các khái niệm cơ bản và tổng quan về các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại trong công nghiệp * Các nguyên tắc và phƣơng pháp cơ bản cho hƣớng giải quyết những bài toán thƣờng đƣợc đặt ra trong thực tế 3/20/2014 5 1.2: Các nội dung cơ bản của môn học • Cấu trúc hệ thống ĐK&GS. Mô hình phân cấp, các thành phần chức năng cơ bản • Các kiến trúc và giải pháp hệ thống điều khiển phân tán DCS, PLC-based DCS, PC-based DCS, FCS • Cơ sở lý luận của điều khiển phân tán • Cơ sở tin học: Xử lý phân tán, công nghệ hƣớng đối tƣợng, phần mềm thành phần • Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) • Các chuẩn giao tiếp công nghiệp: MMS, OPC, XML • Các hƣớng nghiên cứu và ứng dụng 3/20/2014 6 1.3: Tổng quan các giải pháp điều khiển 1.3.1: Đặc trưng các lĩnh vực ứng dụng điều khiển * Điều khiển các thiết bị máy móc đơn lẻ (Công nghiệp và gia dụng) * Tự động hóa công nghiệp -Tự động hóa quá trình + Công nghiệp chế biến, khai thác, năng lƣợng (hóa chất, dầu khí, thực phẩm, dƣợc phẩm, sản xuất điện năng ) + Quy mô lớn, chi phí sản xuất cao, thị trƣờng sp lớn + Các quá trình vận hành theo mẻ, các biến quá trình có giá trị tƣơng tự 3/20/2014 7 + Yêu cầu cao về độ tin cậy, an toàn hệ thống, chất lƣợng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trƣờng + Vai trò rất quan trọng của điều khiển quá trình là: Điều khiển, hiển thị, giám sát, nghi chép, lƣu trữ + Các thiết bị đƣợc dùng phổ biến là PLC, DCS, PC… + Yêu cầu năng lực rất cao của các công ty tích hợp hệ thống 3/20/2014 8 - Tự động hóa xí nghiệp + Công nghiệp chế tạo, lắp ráp ( xe hơi, điện tử, máy công cụ, nhựa, đóng bao, đóng chai…) + Quy mô sản xuất vừa và nhỏ + Các quá trình rời rạc, vận hành gián đoạn, các quá trình diễn ra rất nhanh (các quá trình cơ điện) + Yêu cầu cao về tốc độ, độ chính xác, sự linh hoạt, tính tích hợp cao giữa các cấp + Các bài toán điều khiển tiêu biểu là điều khiển logic, điều khiển chuyển động, điều khiển rời rạc + Các thiết bị đƣợc dùng phổ biến là PLC, CNC, PC + Ngày nay các hệ DCS cũng có một số ứng dụng trong lĩnh vực này 3/20/2014 9 * Tự động hóa tòa nhà + Công sở, trung tâm thƣơng mại, nhà ga, khách sạn, sân bay, bệnh viện… + Các hệ thống lò sƣởi, điều hòa, cửa tự động, thang máy, gara, chiếu sáng, cảnh báo cháy, báo động… + Phạm vi địa lý hẹp nhƣng mức độ hỗn tạp cao, số lƣợng thiết bị lớn nên giải pháp điều khiển phân tán là lý tƣởng 3/20/2014 10 * Điều khiển và giám sát hệ thống giao thông -vận tải + Hệ thống tín hiệu đèn giao thông, chiếu sáng đô thị, điều vận bến cảng, điều hành xe bus, xe lửa… + Quy mô vừa và lớn, phạm vi địa lý rộng, đối tƣợng hỗn hợp + Các bài toán điều khiển tiêu biểu là điều khiển logic, điều khiển rời rạc + Các thiết bị đƣợc phổ biến đƣợc dùng là PLC, DCS, PC, µP, µC [...]... công sức phát triển hệ cơ sở dữ liệu  Độ tin cậy trong sản xuất kém  Nếu muốn thay đổi chƣơng trình PLC ta phải dừng PLC dẫn đến làm gián đoạn sản xuất 3/20/2014 20 Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) Khái niện: Hệ thống điều khiển phân tán là hệ điều khiển mà các chức năng điều khiển đƣợc phân bổ trên toàn bộ hệ thống thay vì đƣợc xử lý tập trung ở một trạm trung tâm HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT Máy... ngƣời-máy - Cảnh báo & báo động - Giám sát & chẩn đoán - Lập báo cáo tự động 3/20/2014 16 1.3.3 Các hệ thống điều khiển công nghiệp Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) Hệ thống điều khiển lai 3/20/2014 17 Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) 3/20/2014 18 3/20/2014 19 Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) Ưu điểm của PLC Là xử lý các phép tính logic với tốc độ rất cao Thơi...* Các lĩnh vực ứng dụng khác • Điều khiển và giám sát hệ thống quốc phòng • Điều khiển và giám sát hệ thống thủy lợi, môi trƣờng • Điều khiển và giám sát hệ thống viễn thông 3/20/2014 11 1.3.2: Các hệ thống điều khiển công nghiệp Nội dung môn học trọng tâm nghiên cứu vào các giải pháp điều khiển công nghiệp Có hai lĩnh vực ứng dụng cơ bản là: - Công nghiệp chế biến... thể thực hiện các thay đổi một cách dễ dàng và thuận tiện - DCS là một hệ thống tích hợp với một hệ cơ sở dữ liệu rộng lớn Không giống nhƣ với các hệ thống dựa trên PLC - DCS là một hệ thống hoàn thiện và việc truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các bộ phận của hệ là một thể thống nhất - Hệ DCS đƣợc ứng dụng trong các hệ thống điều khiển quá trình nhƣ các nhà máy hoá chất, nhiệt điện, khai khoáng, giấy... nổi bật nữa của hệ DCS là việc sử dụng các tagname 3/20/2014 23 Hệ thống điều khiển lai -Hệ lai có khả năng thực hiện cả quá trình liên tục và gián đoạn - Có khả năng quản lý đƣợc đến 10000 điểm vào/ra - Hệ thống lai có các thiết bị điều khiển nhỏ hơn các hệ DCS thƣờng phẩm nhƣng tận dụng đƣợc các ƣu điểm thiết kế của các hệ DCS - Hầu hết các hệ lai được trang bị các chức năng điều khiển theo mẻ ,... đổi tín hiệu + Thiết bị điều khiển tự động: Các thiết bị điều khiển như các bộ điều khiển chuyên dụng, bộ điều khiển khả trình PLC (programmable logic controller), thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ (compact digital controller) + Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người máy, các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp + Hệ thống truyền thông: Ghép nối... 12 Điều khiển cao cấp Điều khiển cơ sở 3/20/2014 13 Thiết bị điều khiển - Control equipment: Thiết bị điều khiển, vd PLC, IPC, Digital Controller, DCS Controller, - Controller: Bộ điều khiển, có thể hiểu là + Cả thiết bị điều khiển, hoặc + Chỉ riêng khối tính toán điều khiển, vd PI, PID, FLC, ON/OFF, 3/20/2014 14 Thiết bị chấp hành - Actuator: Thiết bị chấp hành, cơ cấu chấp hành (van điều khiển, ... , theo khối và điều khiển giám sát - Các công cụ phát triển ứng dụng với nhiều chức năng, giao diện thân thiện ngôn ngữ lập trình bậc cao đã chuẩn hóa giúp cho các kỹ sƣ xây dựng, phát triển một ứng dụng dễ dàng nhanh chóng hơn 3/20/2014 24 1.4 Cấu trúc các hệ thống điều khiển và giám sát 1.4.1 Cấu trúc và các thành phần cơ bản 3/20/2014 25 Ví dụ 3/20/2014 26 Một hệ thống điều khiển và giám sát bao... cấp + Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống + Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn 3/20/2014 27 1.4.2 Mô hình phân cấp 3/20/2014 28 Cấp chấp hành chức năng chính là đo lƣờng, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trƣờng hợp cần thiết Cấp điều khiển Nhiệm vụ chính là nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một... ĐIỀU KHIỂN CI854 PM856 CI801 CI801 AI 810 AI 810 AO 810 AO 810 DI 810 + + + + Analog Input: 2 Analog output: 2 Digital Input: 6 Digital output: 6 DI 810 DI 810 DI 810 DI 810 DI 810 DO 820 DO 820 3/20/2014 DO 820 DO 820 DO 820 DO 820 21 3/20/2014 22 - Một hệ DCS điển hình bao gồm các trạm điều khiển có chức năng hoàn toàn độc lập và các trạm điều hành theo dõi và xử lý dữ liệu trong các trạm điều khiển, . HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CHƢƠNG I: CẤU TRÚC CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 3/20/2014 3 Chƣơng I : Mở đầu 1.1:. động 3/20/2014 17 1.3.3 Các hệ thống điều khiển công nghiệp Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) Hệ thống điều khiển lai 3/20/2014 18 Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) 3/20/2014. khiển và giám sát hệ thống quốc phòng • Điều khiển và giám sát hệ thống thủy lợi, môi trƣờng • Điều khiển và giám sát hệ thống viễn thông 3/20/2014 12 1.3.2: Các hệ thống điều khiển công nghiệp Nội