Ngay từ khi ra đời, DCS đã có đầy đủ các chức năng điều khiển Logic như các PLC vì DCS ra đời sau vì vậy DCS đã kịp kế thừa các chức năng này. Trong quá trình phát triển của PLC, đã có rất nhiều xu hướng làm xoá dần ranh giới của PLC và DCS. C7Module2906061PLC và DCS ra đời không cách xa nhau nhiều. Nếu PLC chuyên sâu về điều khiển Logic rời rạc (discrete) thì DCS lại thiên về điều khiển quá trình (Process control). Tuy nhiên, ứng dụng của DCS thường dành cho các nhà máy xí nghiệp lớn, cho nên nếu dùng điều khiển tập trung sẽ rất tốn kém, cả về đầu tư ban đầu lẫn giá thành bảo trìvận hành. Vì vậy, các hệ DCS đã ứng dụng phương thức điều khiển phân tán thay vì điều khiển tập trung như PLC. Ngay từ khi ra đời, DCS đã có đầy đủ các chức năng điều khiển Logic như các PLC vì DCS ra đời sau vì vậy DCS đã kịp kế thừa các chức năng này. Trong quá trình phát triển của PLC, đã có rất nhiều xu hướng làm xoá dần ranh giới của PLC và DCS. Thực tế, với các hệ thống PLC lớn như 9070 của GE Fanuc hay S7400 của Siemens đều có các hình bóng của DCS như điều khiển phân tán qua mạng, điều khiển PID, dự phòng nóng... và giá thành của các hệ PLC này cũng tiệm cận giá của các hệ DCS. Như vậy, các đặc điểm chính của 1 hệ thống DCS là: Điều khiển quá trìnhPID, Cascade PID, Ratio control, Feedforward... Điều khiển phân tán qua mạng FieldBUSProfibus, Device Net, FF... Dự phòng nóng (Redundancy) và có khả năng Hot plug. Nạp chương trình khi hệ thống đang chạy. Và nhiều đặc điểm khác. Do vậy, DCS là một trong các thiết bị sử dụng phương pháp điều khiển phân tán, nhưng không phải là duy nhất. Ngược lại, DCS không chỉ điều khiển phân tán mà còn rất nhiều chức năng như trên. C7Module2906061_copy Rất nhiều người nhầm lẫn các hệ SCADA với DCS, cũng có người cho rằng PLC+PC= DCS. Tại sao lại dễ nhầm như vậy? Vì hệ SCADA cũng có yếu tố điều khiển qua mạng, SCADA cũng có các phần mềm HMI, các data server. Tuy nhiên, đây là 2 hệ thống khác nhau. Trong hệ thống DCS, có cả điều khiển đối tượng và điều khiển giám sát. Chức năng điều khiển đối tượng được thực hiện bởi các trạm điều khiển (Control station), còn chức năng điều khiển giám sát được thực hiện tại trạm vận hành (Operator station). Trong khi đó, SCADA chỉ có điều khiển giám sát, còn điều khiển đối tượng cũng có thể tồn tại trong các hệ thống điều khiển chung, nhưng nằm ngoài chức năng của hệ SCADA. Còn PLC+PC=DCS, có đúng vậy không? Giống vậy nhưng không đúng vậy. Vì PLC dù đã còn rất ít sự khác biệt với DCS nhưng vẫn không phải là DCS do thiếu những tính năng chủ đạo hoặc các tính năng này không hoàn thiện như DCS. Còn PC trong hệ PLC và DCS có nhiệm vụ không hoàn toàn giống nhau. PC trong hệ DCS có cả chức năng trạm vận hành lẫn trạm thiết kếkỹ thuật. PC trong hệ PLC có thể chạy các phầm mềm HMI, SCADA, nhưng chưa thể là trạm vận hành một cách đầy đủ như trong hệ DCS. Để xây dựng một hệ thống điều khiển phân tán, chúng ta có thể sử dụng rất nhiều loại thiết bị khác nhau và có tích hợp của tất cả các loại thiết bị này. Ví dụ, chúng ta có thể dùng PLC để xây dựng 1 hệ thống điều khiển phân tán, nếu bài toán điều khiển thiên về Logic và ít đòi hỏi cao về điều khiển quá trình. Hiện nay, xuất hiện nhiều hệ điều khiển lai (hybrid) trong đó có cả PLC và DCS hoặc thực hiện chức năng của cả hai hệ thống này. CommanD Automation đang là đại lý của Supcon về DCS và GE Fanuc về PLC và HMI. Trong đó, Supcon DCS ngoài chức năng của hệ DCS còn rất mạnh về điều khiển logic. Vì vậy, Supcon DCS sẽ có lợi thế hơn các hệ điều khiển lai khác về tính đồng bộ và tính hệ thống. Còn GE Fanuc có các hệ thống PAC, có tính năng mạnh mẽ của cả PLC, DCS mà lại còn là hệ thống PC based tuyệt vời. PAC của GE Fanuc còn cho phép nhà sản xuất thứ ba nối ghép sản phẩm nhúng của mình vào bus hệ thống vì dùng chuẩn chung VME và Ex PCI. Chúng ta lại được nhìn thấy tính mở thật sự của 1 hệ thống điều khiển không thua kém gì với chiếc PC chúng ta đang dùng. Ngoài ra, CommanD Automation còn đang phát triển sản phẩm điều khiển phân tán riêng của mình với các thế hệ Preloaded PLC Cd5000, PLC tích hợp HMI Cd6000, Compact PLC C7. Các thiết bị này vừa có thể là 1 thiết bị điều khiển khả trình độc lập, vừa có thể là các Module điều khiển phân tán. Nghĩa phân tán của CommanD PLC không chỉ ở ý nghĩa phân tán chấp hành như các hệ DCS mà phân tán cả tính toán và điều khiển. Vì vậy, trong hệ điều khiển phân tán của CommanD, các Field device chấp hành các lệnh của Master Control Unit vừa có thể thực hiện một số chức năng riêng biệt của mình, cho nên khi hệ thống trung tâm có trục trặc thì các field device vẫn có khả năng tiếp tục thực hiện chức năng của mình.
2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 CÁC HỆ PLC VÀ DCS 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 2 Chương 1: Mở đầu 1.1 Các nội dung cơ bản của bài giảng 1.2 Phương pháp học và đánh giá kết quả Các nguồn tài liệu tham khảo 1.3 Các chức năng cơ bản của một hệ thống điều khiển 1.4 Tổng quan các lĩnh vực ứng dụng 1.5 Lược sử phát triển các giải pháp điều khiển 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 3 1.1 Các nội dung đề cập chính Cấu trúc và các thành phần cơ bản của các hệ ĐK Nguyên tắc làm việc của các hệ thống PLC và DCS Giao tiếp trong các hệ PLC và DCS Hệ điều hành thời gian thực Phương pháp lập trình Thiết kế điều khiển cơ sở Thiết kế điều khiển cao cấp Tính sẵn sàng và độ tin cậy Qui trình tích hợp hệ thống Giới thiệu một số hệ điều khiển tiêu biểu Giới thiệu các hướng nghiên cứu 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 4 1.2 Phương pháp học và đánh giá Nghe, đọc, hỏi, thảo luận, trình bày Chủ động liên hệ thực tế Đánh giá kết hợp trình bày tiểu luận và thi trắc nghiệm (không sử dụng tài liệu) Bài giảng Tiểu luận (30%) Tài liệu Trắc nghiệm (70%) Điểm 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 5 Tài liệu tham khảo Đĩa CD tập hợp tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau – Bài giảng (HTML) – Tài liệu sản phẩm, giới thiệu sản phẩm của nhiều hãng – Một số chuẩn quốc tế quan trọng Tạp chí Tự động hóa ngày nay Các trang Web: www.controleng.com, www.automationtechies.com, www.abb.com, www.ad.siemens.de, www.easydeltav.com, 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 6 1.3 Các chức năng của HTĐK&GS Phạm vi quan tâm THIẾT BỊ ĐO ĐIỀU KHIỂN CƠ SỞ Tham số Trạng thái Đầu vào Đầu ra HT VẬN HÀNH & GIÁM SÁT HỆ THỐNG KỸ THUẬT (Máy móc, quá trình công nghệ) THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CHẤP HÀNH VẬN HÀNH & GIÁM SÁT AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CAO CẤP 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 7 Mục đích điều khiển 1. Đảm bảo vận hành ổn định, trơn tru: đảm bảo năng suất (tốc độ sản xuất), kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện 2. Đảm bảo chất lượng sản phẩm: giữ các thông số chất lượng sản phẩm biến động trong một khoảng nhỏ 3. Đảm bảo vận hành an toàn: cho con người, máy móc, thiết bị và môi trường 4. Nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng lợi nhuận: giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi của thị trường 5. Giảm ô nhiễm môi trường: Giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, nước thải, giảm bụi, giảm sử dụng nguyên liệu và nhiên liệu 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 8 Các chức năng cơ bản Điều khiển cơ sở: – Điều chỉnh tự động (regulatory control) – Điều khiển servo, ĐK bám (servo mechanism, tracking problem) – Điều khiển rời rạc (discrete control) – Điều khiển trình tự (sequence control) Điều khiển vận hành & giám sát: – Giao diện người máy (Human-Machine-Interface, HMI) – Quản lý dữ liệu quá trình (process data management) – Lập báo cáo tự động (reporting) 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 9 Các chức năng cơ bản Điều khiển cao cấp: – Điều khiển mẻ (batch control) – Điều khiển chất lượng (quality control) – Điều khiển tối ưu, tối ưu hóa quá trình (process optimisation) An toàn hệ thống: – Khóa liên động, – Cảnh giới, báo động 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 12/06/2015 10 1.4 Tổng quan các lĩnh vực ứng dụng Nghiên cứu đặc điểm các lĩnh vực ứng dụng Làm rõ các bài toán điều khiển tiêu biểu Tìm ra giải pháp hệ thống điều khiển phù hợp [...]... Ứng dụng HĐKPT trên cơ sở tích hợp các thành phần hỗn hợp (ít khi từ một dòng sản phẩm duy nhất!) 12/06/2015 14 ĐK&GS các hệ thống phân phối Chương 1 2004, HOÀNG MINH SƠN Hệ thống mạng lưới cung cấp điện, hệ thống đường ống dẫn dầu, khí, hệ thống cung cấp nước sạch Qui mô lớn và rất lớn, phạm vi địa lý rất rộng, đối tượng hỗn hợp, bản chất phân tán cố hữu HĐKPT phân cấp mạnh, ứng dụng các chuẩn... trực tiếp (DDC, 1965-1975) 2004, HOÀNG MINH SƠN Bộ điều chỉnh số gọn (CDC, 1980) Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, 1970) Hệ ĐKPT tích hợp (DCS, 1975) PC công nghiệp (IPC) PC-104, CompactPCI, SBC (PC-based Control) PLC- based DCS PLC mềm (Soft -PLC, 1996) PC-based DCS Hệ điều khiển lai Hệ điều khiển trường (FCS, 2000) 12/06/2015 17 2004, HOÀNG MINH SƠN 12/06/2015 18 Chương 1 ... tương tự Yêu cầu cao về độ tin cậy, an toàn hệ thống, chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường Vai trò rất quan trọng của điều khiển quá trình (process control): điều chỉnh, hiển thị, giám sát, ghi chép, lưu trữ, Thị trường lớn nhất của các sản phẩm tự động hóa (DCS, PLC, PC, HMI, SCADA, ) Yêu cầu năng lực rất cao của các công ty tích hợp hệ thống 12/06/2015 11 Tự động hóa xí nghiệp... HĐKPT phân cấp mạnh, ứng dụng các chuẩn giao tiếp công nghiệp là vấn đề cốt lõi 12/06/2015 15 Các lĩnh vực ứng dụng khác Chương 1 2004, HOÀNG MINH SƠN ĐK&GS các hệ thống viễn thông ĐK&GS các hệ thống quốc phòng ĐK&GS các hệ thống thủy lợi, môi trường, 12/06/2015 16 TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH (Công nghiệp chế biến, khai thác) TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP (Công nghiệp chế tạo, lắp ráp) Các bộ điều chỉnh... (motion control) Các giải pháp điều khiển tiêu biểu: PLC, PC, CNC, Robot Các hệ điều khiển phân tán cũng ngày càng được ứng dụng nhiều hơn (trên nền PLC, PC, hệ điều khiển lai, ) 12/06/2015 12 Tự động hóa tòa nhà (Building Automation) Chương 1 2004, HOÀNG MINH SƠN Công sở, trung tâm thương mại, khách sạn, nhà ga, sân bay, bệnh viện, Các hệ thống lò sưởi, điều hòa, đóng mở cửa, thang máy, gara,... số lượng thiết bị lớn => ĐKPT là giải pháp lý tưởng 12/06/2015 13 ĐK&GS các hệ thống giao thông-vận tải Chương 1 2004, HOÀNG MINH SƠN Hệ thống đèn tín hiệu giao thông, đèn chiếu sáng đô thị, điều khiển sân bay, không lưu, điều vận bến cảng, nhà ga, điều hành xe buýt, xe lửa, giám sát các trục lộ giao thông Qui mô vừa và lớn, phạm vi địa lý rộng, đối tượng hỗn hợp, bản chất phân tán cố hữu Ứng... Chương 1 Qui 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) 2004, HOÀNG MINH SƠN Yêu cầu cao về tốc độ, độ chính xác, sự linh hoạt, tính tích hợp cao giữa các cấp => CIM (computer integrated manufactoring) Vai trò đặc biệt quan trọng của điều khiển rời rạc (discrete control) và điều khiển chuyển động (motion