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 2 12/06/2015 1 Chương 2: Cấu trúc hệ thống 2.1 Cấu trúc cơ bản của một HTĐK&GS 2.2 Mô hình phân cấp chức năng - Mục đích phân cấp - Đặc điểm và chức năng của từng cấp 2.3 Cấu trúc vào/ra - Vào/ra tập trung - Vào/ra phân tán - Vào/ra trực tiếp với các thiết bị bus trường 2.4 Cấu trúc điều khiển - Điều khiển cục bộ - Điều khiển tập trung - Điều khiển phân tán - Kết hợp với các cấu trúc vào/ra 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 2 2.1 Cấu trúc cơ bản một HTĐK&GS HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN ĐO LƯỜNG VÀ TRUYỀN ĐỘNG I/O I/O HỆ THỐNG KỸ THUẬT Nối qua mạng Nối thông thường 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 3 Các thành phần cơ bản Hệ thống máy tính điều khiển: Các hệ thống máy tính điều khiển chuyên dụng hoặc phổ thông. Giao diện quá trình: Giao diện giữa các MTĐK với hệ thống kỹ thuật thông qua các thiết bị đo lường và truyền động. 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 điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống. Hệ thống bảo vệ: Các thiết bị bảo vệ và cơ chế thực hiện chức năng an toàn hệ thống. 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 4 2.2 Mô hình phân cấp chức năng HỆ THỐNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT Giám sát, vận hành, chẩn đoán Điều khiển cao cấp, phối hợp Quản lý dữ liệu, lập báo cáo ĐIỀU KHIỂN Điều khiển, điều chỉnh, Bảo vệ, an toàn, Ghi chép, cảnh giới CHẤP HÀNH & CẢM BIẾN Đo lường, truyền động Chấp hành, đóng/cắt Chuyển đổi tín hiệu ĐIỀU HÀNH SẢN XUẤT Điều khiển cao cấp, phối hợp Quản lý dữ liệu, lập báo cáo Tối ưu hoá sản xuất Q. LÝ CÔNG TY Tính toán giá thành, lãi suất Thống kê số liệu sản xuất, kinh doanh, Xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên Cấp trường Điều khiển quá trình Quản lý thông tin 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 5 Mục đích phân cấp Định nghĩa các cấp theo chức năng, không phụ thuộc lĩnh vực công nghiệp cụ thể. Mỗi cấp có chức năng và đặc thù khác nhau Với mỗi ngành công nghiệp, lĩnh vực ứng dụng có thể có các mô hình tương tự với số cấp nhiều hoặc ít hơn Ranh giới giữa các cấp không phải bao giờ cũng rõ ràng. Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Càng ở cấp trên quyết định càng quan trọng hơn, lượng thông tin cần trao đổi và xử lý càng lớn hơn. Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế hệ thống 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 6 2.3 Cấu trúc vào/ra Vào/ra tập trung (central I/O) I/O: input/outputA: actuator S: sensor A S A S A S HIỆN TRƯỜNG MTĐK I/O PHÒNG ĐIỀU KHIỂN A S A S A S a) Vào/ra tích hợp MTĐK I/O b) Vào/ra kiểu module => Nối dây truyền thống 4-20mA 0-10V 4-20mA 0-10V 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 7 Vào/ra tập trung Công việc nối dây phức tạp, chi phí cho cáp dẫn cao: số lượng lớn các cáp nối, cấu trúc phức tạp, công thiết kế, lắp đặt lớn. Kém tin cậy: Phương pháp truyền dẫn tín hiệu tương tự giữa các thiết bị trường và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh hưởng của nhiễu, gây ra sai số mà không có khả năng phát hiện. Kém linh hoạt: Khó mở rộng bởi phải đi lại cáp dẫn, không thể lựa chọn các module vào/ra của hãng khác. Khó chẩn đoán lỗi: Một mặt lỗi do truyền tín hiệu khó phát hiện ra, mặt khác lỗi do thiết bị rất khó có thể định vị và đưa ra kết luận chẩn đoán. Phù hợp với các hệ thống qui mô nhỏ: Phạm vi địa lý hẹp, một máy tính điều khiển, số lượng vào/ra không lớn 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 8 Vào/ra phân tán (distributed I/O) - vào/ra từ xa (remote I/O) S A S A MTĐK Compact I/O S A bus trường PHÒNG ĐIỀU KHIỂN HIỆN TRƯỜNG S A S A S A Modular I/O => Ưu điểm nhiều, song vẫn còn nối dây truyền thống 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 9 Vào/ra phân tán với bus trường chuẩn Tiết kiệm chi phí dây dẫn và công lắp đặt: Từ bộ điều khiển xuống tới các vào/ra phân tán chỉ cần một đường truyền duy nhất. Cấu trúc đơn giản: Thiết kế và bảo trì hệ thống dễ dàng hơn. Tăng độ tin cậy của hệ thống: – Truyền kỹ thuật số => hạn chế lỗi được hạn chế – Nếu có lỗi truyền thông cũng dễ dàng phát hiện nhờ các biện pháp bảo toàn dữ liệu của hệ bus. Tăng độ linh hoạt của hệ thống: – Tự do hơn trong lựa chọn các thiết bị vào/ra – Tự do hơn trong thiết kế cấu trúc hệ thống. – Khả năng mở rộng dễ dàng hơn Vào/ra phân tán không nhất thiết phải đặt gần tại hiện trường (chỉ lợi dụng ưu điểm cuối cùng) 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 2 12/06/2015 10 Thiết bị thông thường và thiết bị bus trường D A D A µP D A Sensor MT điều khiển Thiết bị thông thường 4-20mA D A BI µP BI Sensor MT điều khiển Thiết bị bus trường Bus trường bus interface [...]...Vào/ra trực tiếp với thiết bị bus trường Chương 2 MTĐK PHÒNG ĐIỀU KHIỂN bus trường S S A HIỆN TRƯỜNG A S S A A S S A A Cấu trúc đơn giản, dễ thiết kế và lắp đặt 2004, HOÀNG MINH SƠN Giảm chi phí cáp truyền, các khối vào/ra và các phụ kiện khác Giảm kích thước tủ điều khiển Đưa vào vận hành và khả năng chẩn đoán các thiết bị trường qua mạng... 2 2004, HOÀNG MINH SƠN Độ tin cậy thấp: Tập trung chức năng điều khiển và xử lý thông tin tại một máy tính duy nhất Độ linh hoạt thấp: Mở rộng cũng như thay đổi một phần trong hệ thống đòi hỏi phải dừng toàn bộ hệ thống Hiệu năng kém: Toàn bộ thông tin đều phải đưa về trung tâm, chậm trễ do thời gian truyền dẫn và xử lý tập trung Chỉ phù hợp với các ứng dụng qui mô nhỏ 12/06/2015 16 Điều khiển... A Dây chuyền n 12/06/2015 12 Điều khiển song song Thường được sử dụng cho các hệ thống có qui mô vừa và nhỏ, đặc biệt tiêu biểu trong các ngành công nghiệp chế tạo, lắp ráp (các dây chuyền song song độc lập với nhau) Các thiết bị điều khiển được đặt tại hiện trường Có thể sử dụng kết hợp cấu trúc vào/ra tập trung hoặc vào/ra trực tiếp với bus trường Các máy tính điều khiển làm việc hoàn toàn độc... không xa với quá trình kỹ thuật) Chương 2 Mở ra các khả năng ứng dụng mới, tích hợp trọn vẹn trong hệ thống như lập trình cao cấp, điều khiển trình tự, điều khiển theo công thức và ghép nối với cấp điều hành sản xuất 12/06/2015 18 Điều khiển phân tán sử dụng bus trường MTGS MTGS Chương 2 bus hệ thống PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM MTĐK n TRẠM ĐIỀU KHIỂN CỤC BỘ MTĐK 1 MTĐK 2 2004, HOÀNG MINH SƠN bus... MTGS bus hệ thống TRẠM ĐK CỤC BỘ 2004, HOÀNG MINH SƠN MTĐK 1 A S MTĐK n MTĐK 2 A A S S HIỆN TRƯỜNG Phân đoạn 1 Phân đoạn 2 Phân đoạn n 12/06/2015 17 Điều khiển phân tán Điều khiển phối hợp giữa các máy tính điều khiển có thể diễn ra trực tiếp hoặc thông qua các máy tính giám sát trung tâm (MTGS) Độ linh hoạt cao hơn hẳn so với cấu trúc tập trung Hiệu năng cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống. .. sẻ giải quyết cùng một nhiệm vụ Một số môi trường công nghiệp không cho phép lắp đặt các thiết bị điều khiển tại hiện trường 12/06/2015 13 Điều khiển tập trung (centralized control) Nối dây truyền thống Chương 2 MTĐK PHÒNG ĐIỀU KHIỂN I/O HIỆN TRƯỜNG 2004, HOÀNG MINH SƠN A S Phân đoạn 1 A S Phân đoạn 2 A S Phân đoạn n 12/06/2015 14 Điều khiển tập trung Sử dụng bus trường PHÒNG ĐIỀU KHIỂN Chương