giới thiệu kiến trúc điều khiển phổ biến

Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, chúng ta đang đi những bước vững chắc trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Từ một nước nông nghiệp lạc hậu, cơ sở hạ tầng thấp kém, chịu nhiều hậu quả do chiến tranh để lại, chúng ta đã dần dần bắt kịp các nước có nền công nghiệp phát triển hơn. Có được những thành công đáng kể đú, chớnh là do chúng ta đã nắm bắt được những thành tựu khoa học công nghệ mới của thế giới, áp dụng một cách hiệu quả, phù hợp vào từng lĩnh vực công nghiệp, từng nghành nghề sản xuất đặc thù. Đây cũng chính là một trong những định hướng phát triển trọng tâm trong giai đoạn hiện nay, được Nhà nước, Chính phủ, Quốc hội Việt nam xác định rõ ràng. Là những sinh viên nghành Tin học công nghiệp, đứng trước trào lưu phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, đặc biệt là các công nghệ ứng dụng vào sản xuất công nghiệp, chúng ta không thể không suy nghĩ. Với những kiến thức đã thu nhập được trong trường học và thực tế, chúng em đó cú những kiến thức nhất định về các vấn đề này. Nhưng để bắt tay cụ thể vào công việc, đó không hề đơn giản, đòi hỏi chúng ta phải nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu, học hỏi và vận dụng sáng tạo các công nghệ tiên tiến, góp phần thúc đẩy nền công nghiệp nước nhà bắt kịp các nước trong khu vực và thế giới, đóng góp chung cho sự phát triển của đất nước. Đối với cá nhân em, trong Đồ án tốt nghiệp này, sẽ đi tìm hiểu về các hệ thống, kiến trúc điều khiển công nghiệp đang được áp dụng rộng rãi hiện nay, cụ thể hệ điều khiển quá trình PCS 7 của Siemens và bắt tay vào thiết kế một hệ thống thực, " Hệ thống kiểm soát điều khiền cửa đập tràn xả lũ"- Nhà máy thuỷ điện Thác Mơ. Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn Vũ Đức Trọng, Trần Quốc Hiệp, đã theo sát em trong suốt quá trình làm đồ án. Em cũng xin gửi lời cám ơn tới thầy Nguyễn Anh Tuấn, anh Nguyễn Nam Hải, đã cung cấp cho em tài liệu và công cụ phần mềm để hoàn thành đồ án. Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 1 Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 PHẦN I: GIỚI THIỆU CÔNG TY GIỚI THIỆU CÔNG TY CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HƯNG VIỆT • Giấy phép đăng ký kinh doanh (bản sao có công chứng đớnh kèm) • Tên đăng ký đầy đủ: Công ty Cổ phần Kỹ thuật Công nghiệp Hưng Việt Công ty Cổ phần Kỹ thuật Công nghiệp Hưng Việt Tờn viết tắt:IEC., JSC IEC., JSC Tên giao dịch:Hung Viet Industrial Engineering Joint Stock Company Hung Viet Industrial Engineering Joint Stock Company • Ngày thành lập: 06/07/2001 • Địa chỉ giao dịch:C1 Hà Thuỷ, Hoàng Cầu, Đống Đa, Hà nội C1 Hà Thuỷ, Hoàng Cầu, Đống Đa, Hà nội Điện thoại:(84.4) 8571192 (84.4) 8571192 Fax:(84.4) 8571709 (84.4) 8571709 • Số TK:11110137883017 :11110137883017 Tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Kỹ thương Việt Nam • Loại hình sản xuất kinh doanh và lĩnh vực chuyên ngành ο Hình thức doanh nghiệp:Cụng ty Cổ phần Công ty Cổ phần o Đăng ký kinh doanh (Lần 2) số: 0103000423 do Sở Kế Hoạch và Đầu Tư 0103000423 do Sở Kế Hoạch và Đầu Tư Thành Phố Hà Nội cấp ngày 29/04/2004. o Các lĩnh vực chuyên ngành: Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 2 Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 - Tư vấn giám sát thi công công trình, - Sản xuất phần mềm tin học, - Kinh doanh thiết bị viễn thông, - Dịch vụ kỹ thuật và chuyển giao công nghệ trong trong lĩnh vực điện, điện tử, tin học, viễn thông, tự động hoá công nghiệp , - Chế tạo, lắp đặt, tư vấn thiết kế các thiết bị và hệ thống điện tử viễn thông, - Mua bán, lắp đặt, sửa chữa, bảo trì, bảo hành các thiết bị rời, thiết bị đồng bộ và sản phẩm hoàn chỉnh cơ điện lạnh, - Buôn bán vật tư, thiết bị công nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, xử lý chất thải công nghiệp và dân dụng, thiết bị an toàn, thiết bị phòng cháy chữa cháy, thang máy, trang thiết bị y tế, đo lường thí nghiệm, thiết bị khoa học kỹ thuật và chế biến thực phẩm, Đại lý kinh doanh các thiết bị bưu chính viễn thông, - Xây lắp công trình điện đến 35KV, - Sản xuất bảng điện, tủ điện trung, hạ thế. • Sơ đồ tổ chức cỏc phũng ban và nhân sự chủ chốt: o Tổ chức Công ty IEC được chia thành các bộ phận sau : - Ban giám đốc điều hành : Giám đốc Công ty và 2 Phó giám đốc phụ trách kỹ thuật và kinh doanh. - Khối gián tiếp : Bộ phận văn phòng, Kế hoạch, Tài chính và Kho vật tư. - Khối kỹ thuật có 4 bộ phận :  Trung tâm tích hợp hệ thống  Trung tâm nghiên cứu và phát triển.  Trung tâm điện tử và công nghiệp.  Xưởng lắp ráp và chế tạo. - Khối kinh doanh : Bộ phận Tiếp thị, Kinh doanh, Dự án và Phòng trưng bày. Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 3 Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 o Sơ đồ tổ chức cỏc phũng ban Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 4 PGĐ PHỤ TRÁCH KINH DOANH PGĐ PHỤ TRÁCH KỸ THUẬT Bộ phận gián tiếp Trung tâm hệ thống Trung tâm nghiên cứu và phát triển Trung tâm điện tử công nghiệp Xưởng lắp ráp và chế tạo Văn phòng, Kế hoạch Tích hợp hệ thống Công nghệ tự động Thiết bị giám sát và an ninh Lắp ráp điện tử, Cơ khí Tài chính Vật tư Quản lý và phát triển dự án Công nghệ thông tin Thiết bị đo lường Đội thi công CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG QUẢN TRỊ KIÊM GIÁM ĐỐC Phòng kinh doanh và dự án Tiếp thị, Kinh doanh, Dự án Phòng trưng bày Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 o Nhân sự chủ chốt IEC có đội ngũ cán bộ đông đảo với hơn 25 kỹ sư, 2 tiến sĩ, cựng cỏc kỹ thuật viên và công nhân với chất lượng cao, giàu kinh nghiệm thực tiễn Hơn nữa, để đáp ứng mọi yêu cầu của khách hàng, IEC còn hợp tác với nhiều phòng thí nghiệm, viện nghiên cứu và các trường đại học lớn trong nhiều lĩnh vực. • Quản lý dự án:2 2 • Quản lý sản phẩm:3 3 • Kỹ sư TĐH & HT:4 4 • Kỹ sư phần mềm:2 2 • Kỹ sư điện tử:2 2 • Kỹ sư cơ khí:3 3 • Cán bộ kinh doanh3 3 • Cán bộ tài chính:2 2 • Hành chính VP:1 1 • Công nhân trình độ cao:10 10 • Cơ cấu tổ chức theo chiều dọc với cơ quan chủ quản: Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 5 SỞ KẾ HOẠCH VÀ ĐẦU TƯ THÀNH PHỐ HÀ NỘI CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HƯNG VIỆT Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 PHẦN II: LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG CỤ CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHỔ BIẾN GIỚI THIỆU KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHỔ BIẾN I.1. Kiến trúc DCS I.1.1. Giới thiệu chung  DCS = Distributed Control System  Tiến hóa từ giải pháp DDC, phân tán chức năng điều khiển xuống nhiều bộ điều khiển nối mạng.  Hệ điều khiển tích hợp trọn vẹn của một nhà sản xuất (tích hợp về phần cứng, phần mềm và chức năng).  Hệ DCS đầu tiên: TDC2000 của Honeywell (1975).  Các sản phẩm tiêu biểu: – ABB: Advant OCS, IndustrialIT – Emerson (Fisher-Rosemount): PROVOX, DeltaV – Honeywell: PlantScape – Invensys (Foxboro): I/A Series – Siemens: Teleperm, PCS7 – Yokogawa: Centum CS1000/CS3000 I.1.2. Phạm vi ứng dụng, ưu nhược điểm của DCS Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 6 Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45  Hệ DCS được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp chế biến: – Hóa chất, hóa dầu, thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm. – Khai thác dầu khí, than. – Điện năng, xi măng, giấy. – Luyện kim, cỏn thộp. –  Ưu điểm: – Tính tích hợp cao (phần mềm, phần cứng, giao tiếp, chức năng điều khiển và giám sát). – Phát triển ứng dụng trực quan, linh hoạt, đơn giản, gần gũi với công nghệ. – Độ tin cậy cao nhờ khả năng độc lập cảnh giới, chẩn đoán lỗi của các trạm, cấu trúc phân tán và cấu hình dự phòng.  Nhược điểm: – Giá thành hệ thống tương đối cao. – Nhiều hệ thống thể hiện tính đóng kín. I.1.3. Cấu hình cơ bản một hệ DCS Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 7 Cấu hình cơ bản một hệ DCS Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45  Ví dụ hệ CS 3000: I.2. Kiến trúc PLC I.2.1. Giới thiệu sơ lược về PLC  PLC (Programmable Logic Controller): Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 8 Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 – Thiết bị điều khiển có thể „lập trình mềm“, làm việc theo chương trình lưu trong bộ nhớ => máy tính điều khiển chuyên dụng. – Thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có thể chức năng điều chỉnh (PID, mờ, ) và các chức năng tớnh toán khác. – Ngày nay khái niệm „Programmable Controller“ được sử dụng nhiều hơn, mặc dù từ viết tắt „PLC“ vẫn thông dụng. I.2.2. Phạm vi ứng dụng, ưu và nhược điểm: – Lúc đầu chủ yếu trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình rời rạc. – Ngày nay cả trong điều khiển trình tự và điều khiển quá trình liên tục -> cạnh tranh với Compact Digital Controllers và các hệ DCS trong các ứng dụng “lai”. –Thiết bị thu thập dữ liệu trong các hệ SCADA.  Ưu điểm: – Phần cứng gọn nhẹ, thiết kế bền chắc, độ tin cậy cao, thích hợp với môi trường làm việc công nghiệp. – Khả năng xử lý tín hiệu logic (24VDC-240VAC) và tín hiệu tương tự. – Khả năng mở rộng số đầu vào/ra đơn giản. – Lập trình và thay đối chương trình đơn giản với kỹ sư điện. – Khả năng giám sát hoạt động của dây chuyền SX, khả năng phát hiện lỗi thiết bị trường từ máy tính điều khiển. – Tính năng thời gian thực.  Nhược điểm: – Giải pháp đơn lẻ, cần tích hợp giao diện người-mỏy (HMI) – Kiến trúc đóng kín, khó tích hợp sản phẩm ngoài – Năng lực tính toán tương đối yếu I.2.3. Cấu hình cơ bản một hệ PLC+HMI I.2.3. Cấu hình cơ bản một hệ PLC+HMI Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 9 Cấu hình cơ bản của một hệ PLC+HMI Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 I.3. Kiến trúc PC-Based I.3.1. Giới thiệu chung PC-Based  Tại sao sử dụng giải pháp IPC? – Hiệu năng tính toán cao với giá thành thấp, chu kỳ điều khiển có thể xuống tới 1ms. – Kiến trúc máy tính phổ thông, quen thuộc. – Tớnh năng mở. – Hệ điều hành thông dụng. – Nối mạng đơn giản. – Lập trình tự do, công cụ lập trình mạnh. – Sử dụng các thành phần chuẩn (off-the-shelf components) => component-based system (khác với integrated system). – Có thể kết hợp các chức năng điều khiển cơ sở, điều khiển cao cấp và vận hành-giỏm sát (all-in-one system), – Dễ dàng ghép nối với các ứng dụng cấp trên. – Độ tin cậy ngày càng được cải thiện. – Ghép nối vào/ra đơn giản qua bus trường. I.3.2. Phạm vi ứng dụng, ưu và nhược điểm I.3.2. Phạm vi ứng dụng, ưu và nhược điểm  Các dây chuyền chế tạo, lắp ráp, đóng bao: – Thay thế giải pháp PLC truyền thống => Slot-PLC, Soft-PLC. – Kết hợp chức năng điều khiển và vận hành-giỏm sỏt tại chỗ. – Độ tin cậy không phải là vấn đề đáng lo ngại. Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ 10 [...]... điều khiển trong công nghiệp II.2.1 Các cấu trúc điều khiển  Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung: Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được minh hoạ phía dưới Một máy tính duy nhất được dùng để điều khiển toàn bộ quá trình kỹ thuật Máy tính điều khiển Đồ án tốt nghiệp 19 Thuỷ điện Thác Mơ Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 (MTĐK) có thể là các bộ điều. .. trường, nếu sử dụng cấu trúc vào/ra phân tán  Các module vào/ra số cũng như tương tự, các module vào/ra an toàn cháy nổ Các chức năng do trạm điều khiển cục bộ đảm nhiệm gồm:  Điều khiển quá trình: Điều khiển các mạch vũng kớn (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, độ PH, độ đậm đặc ) Hầu hết các mạch vòng đơn được điều khiển trên cơ sở luật PID, giải quyết bài toán điều khiển điều chỉnh, điều khiển tỷ lệ Các hệ... sự điều khiển phối hợp giữa các máy tính điều khiển Do đó, các máy tính điều khiển được nối mạng với nhau và Đồ án tốt nghiệp 22 Thuỷ điện Thác Mơ Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 nối với 1 hoặc một vài máy tính giám sát trung tâm qua bus hệ thống Giải pháp này dẫn đến các hệ thống có cấu trúc điều khiển phân tán, hay được gọi là các hệ điều khiển phân tán Ưu thế của hệ thống điều khiển. .. máy tính điều khiển cục bộ và các máy tính này được nối mạng với nhau và kết nối về máy tính điều khiển trung tâm Hình dưới minh hoạ hệ thống với cấu trúc điều khiển phân tán Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặt rải rác tại cỏc phũng điều khiển của từng phân đoạn, phân xưởng, ở vị trí không xa với quá trình kỹ thuật Các phân đoạn có thể liên hệ tương tác với nhau Vì vậy, để điều khiển quá... cho phép điều khiển mờ điều khiển dựa theo mô hình, điều khiển thích nghi,  Điều khiển trình tự (Sequential Control)  Điều khiển logic  Điều khiển theo công thức (Recipe Control)  Đặt các tín hiệu đầu ra về trạng thái an toàn trong trường hợp có sự cố hệ thống  Lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc với trạm vận hành  Nhận biết các trường hợp quá ngưỡng giới hạn... niệm FCS = Field Control System  Điều khiển phân tán triệt để nhờ sử dụng công nghệ bus trường (Foundation Fieldbus, Profibus-PA, )  Phần lớn chức năng điều khiển cơ sở thực hiện tại thiết bị trường  Các thiết bị trường phối hợp trực tiếp để thực hiện chức năng điều khiển  Bộ điều khiển thực hiện chức năng phối hợp hoặc điều khiển cao cấp  Phát triển tích hợp: điều khiển và truyền thông  Tóm tắt... nghiệp-KSCLC-K45  Tăng độ tin cậy của toàn hệ thống  Điều khiển phân tán với vào/ra tập trung: Trong đa số các ứng dụng quy mô vừa và lớn, mô hình điều khiển tập trung sẽ không còn phù hợp do 1 thiết bị điều khiển trung tâm khó có thể đảm nhiệm được việc điều khiển toàn bộ hệ thống Do đó, các chức năng điều khiển sẽ được phân tán tới nhiều thiết bị điều khiển khác nhau Một dây chuyền sản xuất thường được... III.1.4.1 Các điều khiển Active X: Các điều khiển Active X là các module chương trình chuẩn của Windows và nó cú giao diện người sử dụng riêng WinCC cung cấp rất nhiều điều khiển Active X Các điều khiển Active X có thể do người sử dụng tự lập trình, hoặc được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau Lựa chọn WinCC/Industrial X hỗ trợ khi xây dựng các điều khiển Active X với Visual Basic Các điều khiển Active... phần điều khiển riêng cho việc đo lường/truyền động chính xác và nhạy cao Các thiết bị thông minh có thể đảm nhiện việc tiền xử lý thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển  Cấp điều khiển: Nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý thông tin đó theo một thuật toán định trước, và truyền đạt kết quả xuống các cơ cấu chấp hành Trong một hệ thống, nhiệm vụ điều khiển được thực hiện bằng máy tính  Cấp điều khiển. .. điều khiển trực tiếp, máy tính lớn, máy tính cá nhân hoặc các thiết bị điều khiển khả trình Trong điều khiển công nghiệp, MTĐK tập trung thường đặt tại phòng điều khiển trung tâm, cách xa hiện trường Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp, điểm-điểm với máy tính điều khiển tập trung qua các cổng vào/ra của nó Cách bố trí vào/ra tại MTĐK như vậy gọi là vào/ra tập trung Đây là cấu trúc . LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG CỤ CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHỔ BIẾN GIỚI THIỆU KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHỔ BIẾN I.1. Kiến trúc DCS I.1.1. Giới thiệu chung  DCS. II.2. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp II.2.1. Các cấu trúc điều khiển  Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung: Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được. trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như: điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự, và điều khiển theo công thức.  Cấp điều hành sản xuất: Nhận thông tin về trạng