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.
HMS Chương 4 1 12/06/2015 Chương 4: Kiến trúc DCS 4.1 Giới thiệu chung Phạm vi ứng dụng 4.2 Cấu hình cơ bản của các hệ DCS Giới thiệu các thành phần chính Các ví dụ sản phẩm minh họa 4.3 Các điểm mấu chốt trong kiến trúc DCS 4.4 So sánh kiến trúc PLC/HIM với DCS HMS Chương 4 2 12/06/2015 4.1 Giới thiệu chung về DCS 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 HMS Chương 4 3 12/06/2015 Phạm vi ứng dụng của DCS 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, cán thép – 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 HMS Chương 4 4 12/06/2015 4.2 Cấu hình cơ bản một hệ DCS PROCESS LAN System bus/ Control Network Local Control Unit (LCU) O S O S ES Operator Station Engineering Station Remote I/O (RIO) 4-20mA Fieldbus Alarm Printer Report Printer HMS Chương 4 5 12/06/2015 Các thành phần chính Khối điều khiển cục bộ (LCU), bộ điều khiển: Chức năng điều khiển cơ sở và giám sát (chủ yếu cho các biến tương tự), có thể cả điều khiển cao cấp Vào/ra từ xa (RIO), vào/ra phân tán Trạm vận hành: Chức năng giao diện vận hành & giám sát, quản lý dữ liệu Trạm kỹ thuật: Phát triển phần mềm, cấu hình và chẩn đoán hệ thống Bus hệ thống (system bus, data highway), bus điều khiển Tùy chọn: Các loại trạm chủ, các máy tính điều khiển cao cấp, các loại bus trường, bus thiết bị (Foundation Fieldbus, DP, DeviceNet ) HMS Chương 4 6 12/06/2015 Ví dụ: DeltaV (Fisher-Rosermount) Engineering Workstation Operator Workstation Application Server Operator Workstation DeltaV Controllers Fast Ethernet HMS Chương 4 7 12/06/2015 Ví dụ: PlantScape (Honeywell) HMS Chương 4 8 12/06/2015 Ví dụ: Centum CS3000 (Yokogawa) Remote I/O Nodes Local I/O Nodes HIS EWS Historian/ Performance Plant Ethernet FCS Vnet EWS: Engineering Workstation HIS: Human Interface Station HMS Chương 4 9 12/06/2015 Ví dụ: PCS7 (Siemens) HMS Chương 4 10 12/06/2015 Ví dụ: ProcessLogix (Allen-Bradley) [...]... độc lập => phức tạp hơn DCS PLC+ HMI HMS 12/06/2015 25 DCS hay PLC/ HMI? Chương 4 HMS 12/06/2015 26 Đầu tư ban đầu: Mức độ tích hợp: Công cụ phát triển: Độ tin cậy, sẵn sàng: Qui mô ứng dụng lớn: Quá trình liên tục: Quá trình rời rạc: Quá trình hỗn hợp: DCS DCS DCS DCS DCS DCS DCS DCS + PLC hoặc hệ lai PLC/ HMI PLC/ HMI PLC/ HMI PLC/ HMI PLC/ HMI PLC/ HMI PLC/ HMI ... Đặt cấu hình hệ thống, lưu trữ và quản lý dữ liệu cấu hình hệ thống – Tham số hóa, đưa các thiết bị trường vào vận hành – Lập trình điều khiển (LD, FBD/CFC, SFC, C/C++/BASIC, ) – Thử nghiệm và gỡ rối chương trình – Tạo giao diện người-máy và các chức năng điều khiển giám sát khác – Quan sát và chẩn đoán lỗi hệ thống Chương 4 Ví dụ bố trí phòng điều khiển trung tâm HMS 12/06/2015 19 Bus hệ thống Chức... Các module vào/ra (thông thường, HART, an toàn cháy nổ) Giao diện với bus hệ thống, bus điều khiển Giao diện với bus trường (tùy chọn) Kiến trúc máy tính: – – – – Máy tính đặc chủng, chỉ điều khiển liên tục-> DCS truyền thống PLC -> PLC- based DCS PC/IPC -> PC-based DCS Các bộ điều khiển lai Chương 4 DeltaV Controller PCS 7 Controller HMS 12/06/2015 12 Các chức năng của bộ điều khiển Xử lý và giám... đưa xuống cấp trường So sánh DCS và PLC/ HMI Ngày càng giống nhau về: Chương 4 – Cấu trúc phần cứng – Phạm vi chức năng – Ngôn ngữ lập trình Khác nhau cơ bản: mức độ tích hợp – DCS: Phần cứng trọn gói, môi trường phát triển tích hợp (điều khiển cơ sở, điều khiển cao cấp, HMI, ), cơ sở dữ liệu toàn cục – PLC/ HMI: Cấu hình phần cứng tương đối tự do, công cụ lập trình PLC và công cụ SCADA/HMI độc lập... nhóm, hình ảnh từng mạch vòng, hình ảnh điều khiển trình tự – Các hình ảnh đồ họa tự do: lưu đồ công nghệ, các phím điều khiển – Các đồ thị thời gian thực và đồ thị quá khứ Hỗ trợ vận hành: – – – – Các công cụ thao tác tiêu biểu, xử lý mệnh lệnh Hệ thống hướng dẫn chỉ đạo Hướng dẫn trợ giúp Bảo trì hệ thống Quản lý dữ liệu quá trình – Xử lý, lưu trữ – Phục vụ truy vấn Xử lý các sự kiện, sự cố – Gửi... Xử lý đa nhiệm, hỗ trợ của hệ điều hành TGT Thời gian chuyển đổi tương tự-số Chu kỳ task (tối thiểu 100ms) Khả năng ghép nối vào/ra – Các loại tín hiệu vào/ra – Vào/ra phân tán – Ghép nối thiết bị HART, ghép nối bus trường Lập trình thuận tiện, cho phép sử dụng các thuật toán cao cấp – Ngôn ngữ theo chuẩn quốc tế IEC 61131-3 – Khả năng điều khiển lai (liên tục, trình tự và logic) – Thư viện khối chức... các bộ điều khiển) Kiến trúc DCS hiện đại Kiến trúc mở: Chương 4 – Hỗ trợ nhiều các chuẩn giao tiếp công nghiệp (COM, OPC, Ethernet, ODBC, ActiveX, MMS, XML) – Phương pháp lập trình theo chuẩn IEC 61131-3 – Có thể tích hợp sản phẩm hãng thứ 3 (PLC, I/O, biến tần, MES, ERP, ) Bộ điều khiển: – Đa dạng – Khả năng điều khiển lai Giao diện quá trình: – 4-20mA, HART – Vào/ra tập trung hoặc từ xa qua... logic) – Thư viện khối chức năng mạnh HMS 12/06/2015 14 Độ tin cậy và tính sẵn sàng – Khả năng tự chẩn đoán, tự kiểm tra và sửa lỗi – Cơ chế dự phòng nóng – Thời gian chuyển mạch khi có sự cố Chương 4 Trạm vận hành (Operator Station) HMS 12/06/2015 15 Cấu hình tiêu biểu: – Máy tính trạm (Workstation) hoặc máy tính cá nhân (PC) – Hệ điều hành Windows NT/2000/XP hoặc UNIX, LINUX – Màn hình CRT 21",... khiển cao cấp – Vận hành & giám sát, Kiến trúc DCS "truyền thống" Kiến trúc "đóng kín" Chương 4 – Hỗ trợ ít các chuẩn công nghiệp – Phương pháp lập trình riêng – Khó tích hợp sản phẩm hãng thứ 3 (phần cứng, phần mềm) Bộ điều khiển: – Chuyên dụng, đặc chủng – Chỉ điều khiển các quá trình liên tục hoặc theo mẻ Giao diện quá trình: – 4-20mA, HART – Vào/ra tập trung hoặc từ xa, không dùng bus chuẩn... Chương 4 DeltaV Controller PCS 7 Controller HMS 12/06/2015 12 Các chức năng của bộ điều khiển Xử lý và giám sát các giá trị vào/ra: Chương 4 – – – – Chuyển đổi D/A, A/D, lọc nhiễu, chuyển thang Giám sát ngưỡng giá trị, tạo các thông báo báo động Lưu trữ tạm thời các giá trị vào/ra Hạn chế tín hiệu ra, đặt các tín hiệu ra về trạng thái an toàn trong trường hợp có sự cố Điều khiển: – Điều chỉnh tự . Kiến trúc DCS 4.1 Giới thiệu chung Phạm vi ứng dụng 4.2 Cấu hình cơ bản của các hệ DCS Giới thiệu các thành phần chính Các ví dụ sản phẩm minh họa 4.3 Các điểm mấu chốt trong kiến trúc DCS 4.4. điểm mấu chốt trong kiến trúc DCS 4.4 So sánh kiến trúc PLC/HIM với DCS HMS Chương 4 2 12/06/2015 4.1 Giới thiệu chung về DCS DCS = Distributed Control System – Tiến hóa từ giải pháp DDC, phân. trúc máy tính: – Máy tính đặc chủng, chỉ điều khiển liên tục-> DCS truyền thống – PLC -> PLC-based DCS – PC/IPC -> PC-based DCS – Các bộ điều khiển lai CPUPS CPUCPUPS CPU IM AI AO DI DO