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 7 12/06/2015 Chương 7: Qui trình tích hợp hệ thống Chương 7 HMS 2 12/06/2015 Nội dung 7.1 Các bước phát triển hệ thống 7.2 Mục đích điều khiển 7.3 Mô tả các chức năng điều khiển 7.4 Đánh giá và lựa chọn giải pháp hệ thống Chương 7 HMS 3 12/06/2015 7.1 Các bước phát triển hệ thống HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Đặc tả chức năng hệ thống Xây dựng & khảo sát mô hình quá trình Lựa chọn giải pháp hệ thống Phát triển phần mềm ứng dụng Chỉnh định & đưa vào vận hành Yêu cầu và mô tả công nghệ Các định luật vật lý và hóa học Lý thuyết điều khiển tự động Kinh nghiệm từ các dự án khác Các mục đích điều khiển cơ bản Dữ liệu vận hành thực tế Công nghệ phần mềm công nghiệp Thông tin, hỗ trợ từ nhà cung cấp Công nghệ hệ thống điều khiển Phân tích & nhận dạng quá trình Thiết kế sách lược điều khiển Thiết kế thuật toán điều khiển Chương 7 HMS 4 12/06/2015 7.2 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 Chương 7 HMS 5 12/06/2015 7.3 Đặc tả chức năng Các chức năng điều khiển quá trình: Lưu đồ P&ID (Pipe and Instrumentation Diagram) Chi tiết chức năng điều khiển rời rạc: Biểu đồ logic (Binary Logic Diagram) Chi tiết chức năng điều khiển trình tự: Biểu đồ trình tự (Sequential Function Charts) Chương 7 HMS 6 12/06/2015 Nhắc lại các chức năng điều khiển cơ sở (Theo ANSI/ISA 88.01-1995) Điều chỉnh (regulatory control): Duy trì các biến đầu ra của một quá trình tại các giá trị đặt tương ứng trong điều kiện có tác động nhiễu và giá trị đặt thay đổi – Ví dụ điều chỉnh nhiệt độ, mức, lưu lượng, áp suất, nồng độ Điều khiển rời rạc (discrete control): Duy trì các trạng thái của thiết bị quá trình tại một giá trị chọn từ tập các trạng thái ổn định biết trước. – Ví dụ điều khiển đóng/mở máy bơm, quạt gió, máy khuấy Điều khiển trình tự (sequential control) : một lớp chức năng điều khiển quá trình công nghiệp với mục đích đưa quá trình qua một trình tự các trạng thái riêng biệt (đóng/mở, khởi động/dừng) – Ví dụ: Điều khiển quá trình khởi động/dừng một nhóm thiết bị quá trình, điều khiển một mẻ pha chế hỗn hợp Chương 7 HMS 7 12/06/2015 Ví dụ chức năng điều chỉnh Chương 7 HMS 8 12/06/2015 Ví dụ điều khiển rời rạc Điều khiển thiết bị: điều khiển và giám sát việc khởi động, dừng hoặc chuyển chế độ cho các thiết bị quá trình đơn lẻ, ví dụ van on/off, băng tải, động cơ, máy bơm, v.v Trạng thái ổn định DO1 DI1-1 DI1-2 ON ON OFF OFF OFF ON Ví dụ trạng thái lỗi ON OFF OFF Trạng thái ổn định Start Stop Motor ON OFF Running OFF OFF Running OFF ON Stopped OFF OFF Stopped Chương 7 HMS 9 12/06/2015 Ví dụ điều khiển rời rạc (tiếp) Trạng thái ổn định V1 V2 V3 Đóng Đóng Đóng Mở Mở Đóng Mở Đóng Mở Ví dụ trạng thái lỗi Mở Đóng Đóng Mở Mở Mở Khóa liên động: Đảm bảo chức năng bảo vệ, an toàn cho hệ thống máy móc thiết bị và cho con người bằng cách ngăn chặn tình huống dẫn đến trạng thái lỗi cũng như giảm thiểu tác hại của trường hợp xảy ra sự cố: Khóa liên động quá trình (process interlocks): Đảm bảo logic vận hành bình thường, tránh gây lỗi và sự cố cho thiết bị quá trình Khóa liên động an toàn (safety interlocks): Kích hoạt các thao tác can thiệp mạnh (tách, cách ly hoặc dừng khẩn cấp để giảm thiểu hậu quả của sự cố tới máy móc, con người và môi trường Chương 7 HMS 10 12/06/2015 Ví dụ điều khiển trình tự Ví dụ các bước điều khiển bình trộn theo mẻ – Kiểm tra van xả đã đóng chưa, nếu chưa thì đóng lại và mở các van cấp vào ở chế độ làm việc (ví dụ 50%) – Khởi động các máy bơm cấp, khởi động các vòng điều khiển mức và lưu lượng để điều khiển các van cấp – Khi mức dung dịch đạt được một giá trị nào đó, khởi động động cơ quay trộn – Chờ một thời gian và dừng động cơ quay trộn – Dừng theo thứ tự các máy bơm, vòng điều khiển lưu lượng, mức, Mở van xả và bơm hút sản phẩm [...]... quản lý và xử lý sự kiện, sự cố Hỗ trợ ActiveX-Control và OPC Hỗ trợ giao diện cơ sở dữ liệu ODBC Chức năng Web Cấu trúc hệ thống và các thiết bị thành phần Cấu trúc vào/ra: Chương 7 – vào/ra tập trung – vào/ra phân tán – vào/ra trực tiếp với các thiết bị bus trường HMS 12/06/2015 31 Cấu trúc cấp điều khiển Cấu trúc cấp điều khiển giám sát Các chủng loại thiết bị hỗ trợ Các hệ thống mạng... cực – Trạng thái hệ thống được xác định qua các bước tích cực Transition: Chuyển tiếp, được thực hiện khi điều kiện chuyển tiếp thỏa mãn Action: Hành động đi với một bước – Nằm trong một "Action Block" – Được kiểm soát thực thi qua các "Qualifier" HMS 12/06/2015 28 Initial T1 Active T2 Final T3 7.4 Đánh giá và lựa chọn giải pháp hệ thống Phạm vi chức năng Cấu trúc hệ thống và các thiết bị...7.3.1 Lưu đồ P&ID Lưu đồ P&ID: Pipe and Instrumentation Diagram Chương 7 – Lưu đồ công nghệ + các biểu tượng thiết bị và chức năng tự động hóa – Một trong các tài liệu thiết kế quan trọng nhất về hệ thống đo lường, điều khiển và giám sát – Cơ sở cho lựa chọn và lắp đặt thiết bị, phát triển phần mềm điều khiển và giám sát quá trình (bài toán điều khiển quá trình) Các biểu tượng lưu đồ được ISA (Instrumentation... 1-0 hoặc ON/OFF hoặc ADD Điều khiển ON/OFF hoặc chuyển mạch (Switch) Cộng hoặc tổng (cộng và trừ), với 2 hoặc nhiều đầu vào hoặc SUB Hiệu (với hai hoặc nhiều đầu vào) , +, AVG Độ dịch (1 đầu vào) %, 1:3 hoặc 2:1 Khuếch đại (đầu vào : đầu ra) x , hoặc SQ RT Chương 7 Ký hiệu Nhân, chia (2 hoặc nhiều đầu vào) Trung bình xn hoặc x1/n f(x) 1:1 Đảo ngược E/P, P/I, A/D, D/A 19 Chọn giá trị lớn nhất... linh hoạt Khả năng tự mở rộng hệ thống: Chương 7 – Tích hợp thiết bị hãng thứ ba – Tích hợp phần mềm hãng thứ ba – Tích hợp phần mềm tự viết Hỗ trợ các chuẩn công nghiệp: – – – – – HMS 12/06/2015 32 COM (Component Object Model) OPC (OLE for Process Control) ActiveX-Control ODBC (Open Database Connection) IEC 61131-3 Khía cạnh phát triển hệ thống Cấu hình hệ thống Chương 7 – Đơn giản, hướng... trợ trong hầu hết các hệ thống điều khiển quá trình Xuất phát từ Grafcet (phát triển tại Pháp) và là một dạng đặc biệt của mạng Petri Phù hợp nhất cho cả mô tả bài toán, lập trình và giám sát điều khiển trình tự (rất khó nếu sử dụng các biểu đồ logic) Có thể xây dựng với cấu trúc phân cấp => khả năng mô tả ở nhiều mức sơ lược hoặ chi tiết khác nhau Rất gần gũi với kỹ sư công nghệ Các phần tử SFC Step:... ActiveX-Control ODBC (Open Database Connection) IEC 61131-3 Khía cạnh phát triển hệ thống Cấu hình hệ thống Chương 7 – Đơn giản, hướng đối tượng – Khả năng phát triển hệ thống một cách xuyên suốt – Cấu hình và tham số hóa các thiết bị và mạng truyền thông dễ dàng qua phần mềm từ trạm kỹ thuật Lập trình điều khiển – – – – – HMS 12/06/2015 33 Đơn giản, hướng đối tượng Các ngôn ngữ lập trình chuyên... mở rộng (Auxilary Location) Hiện trường (Local) Biểu tượng tín hiệu và đường nối Tín hiệu không định nghĩa Đường nối tới quá trình kỹ thuật hoặc cấp năng lượng Chương 7 Tín hiệu khí nén Tín hiệu điện Tín hiệu thủy lực Tín hiệu điện từ hoặc âm thanh (có dẫn định) * Tín hiệu điện từ hoặc âm thanh (không dẫn định)* Đường nối nội bộ hệ thống (liên kết phần mềm hoặc dữ liệu) Đường nối cơ học Ống mao dẫn... nguyên tử và ánh sáng Ký hiệu các đường cấp năng lượng HS (Hydraulic supply): cấp thủy lực NS (Nitrogen supply): cấp nitơ SS (Steam supply): cấp hơi nước SS 15 GS (Gas supply): cấp gas 12/06/2015 ES (Electric supply): cấp điện HMS AS (Air supply): cấp không khí Chương 7 WS (Water supply): cấp nước WS AS ES GS HS NS Nhãn thiết bị và ký hiệu chức năng Chỉ thị (Indication) và điều khiển... Symbols and Identification – ISA S5.3: Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems HMS 12/06/2015 11 Các biểu tượng lưu đồ bao gồm: – Các biểu tượng thiết bị – Các biểu tượng tín hiệu và đường nối – Ký hiệu nhãn thiết bị và các biểu tượng chức năng Chương 7 Lưu đồ điều khiển quá trình trao đổi nhiệt HMS 12/06/2015 12 Biểu tượng thiết bị Phòng . S5.3: Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems Các biểu tượng lưu đồ bao gồm: – Các biểu tượng thiết bị – Các biểu tượng tín hiệu và