Kiến trúc DCS trong hệ thống điều khiển phân tán.pdf

Kiến trúc DCS trong hệ thống điều khiển phân tán. © 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 1Chương 1Hệ thống ₫iềukhiểnphân tán8/27/2005Chương 4: KiếntrúcDCS 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMSChương 4: KiếntrúcDCS4.1 Giớithiệu chungPhạmvi ứng dụng4.2 Cấuhìnhcơ bảncủacáchệ DCSGiớithiệu các thành phầnchínhCác ví dụ sảnphẩmminhhọa4.3 Các điểmmấuchốt trong kiếntrúcDCS4.4 So sánh kiến trúc PLC/HIM với DCS 3© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMS4.1 Giớithiệuchung về DCS DCS = Distributed Control System –Tiến hóa từ giải pháp DDC, phân tán chứcnăng điềukhiểnxuống nhiềubộđiềukhiểnnốimạng–Hệđiều khiển tích hợp trọn vẹncủa một nhà sản xuất (tíchhợpvề phầncứng, phầnmềmvàchứcnăng) Hệ DCS đầu tiên: TDC2000 của Honeywell (1975) Các sảnphẩmtiêubiểu:– ABB: Advant OCS, IndustrialIT– Emerson (Fisher-Rosemount): PROVOX, DeltaV– Honeywell: PlantScape– Invensys (Foxboro): I/A Series– Siemens: Teleperm, PCS7– Yokogawa: Centum CS1000/CS3000 4© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMSPhạmvi ứng dụng củaDCS Chủ yếu trong công nghiệpchế biến:–Hóachất, hóa dầu, thựcphẩm, mỹ phẩm, dượcphẩm– Khai thác dầu khí, than– Điệnnăng, xi măng, giấy– Luyện kim, cán thép– . Ưu điểm:– Tính tích hợpcao(phầnmềm, phầncứng, giao tiếp, chứcnăng điềukhiểnvàgiámsát)–Pháttriển ứng dụng trực quan, linh hoạt, đơngiản, gầngũivới công nghệ– Độ tin cậy cao nhờ khả năng độclậpcảnh giới, chẩn đoán lỗicủacáctrạm, cấu trúc phân tán và cấuhìnhdự phòng Nhược điểm:– Giá thành hệ thống tương đốicao–Nhiềuhệ thống thể hiệntínhđóng kín 5© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMS4.2 Cấuhìnhcơ bản một hệ DCSPROCESSSystem bus/ Control NetworkLANLocal Control Unit (LCU)OSOSESOperator StationEngineering StationRemote I/O (RIO)4-20mAFieldbusAlarm PrinterReport Printer 6© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMSCác thành phầnchính Khối điềukhiểncụcbộ (LCU), bộđiềukhiển: Chứcnăng điềukhiểncơ sở và giám sát (chủ yếu cho cácbiếntương tự), có thể cảđiềukhiểncaocấp Vào/ra từ xa (RIO), vào/ra phân tán Trạmvận hành: Chứcnăng giao diệnvận hành & giámsát, quảnlýdữ liệu Trạmkỹ thuật: Phát triểnphầnmềm, cấuhìnhvàchẩnđoán hệ thống Bus hệ thống (system bus, data highway), bus điềukhiển Tùy chọn: Các loạitrạmchủ, các máy tính điềukhiểncao cấp, các loại bus trường, bus thiếtbị (Foundation Fieldbus, DP, DeviceNet .) 7© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMSVí dụ: DeltaV (Fisher-Rosermount)EngineeringWorkstationOperatorWorkstationApplicationServerOperatorWorkstationDeltaVControllersFast Ethernet 8© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMSVí dụ: PlantScape (Honeywell) 9© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMSVí dụ: Centum CS3000 (Yokogawa)Remote I/O NodesLocalI/O NodesHISEWSHistorian/ PerformancePlant EthernetFCSVnetEWS: Engineering WorkstationHIS: Human Interface Station 10© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS© 2005 - HMSVí dụ: PCS7 (Siemens) [...]... điềukhiểnmờ – Điềukhiểntrìnhtự, điềukhiển khóa liên động – Điềukhiểncaocấp: ĐiềukhiểnMPC, điềukhiểntheocơng thức, điềukhiển thích nghi  Tự chẩn đốn  Xử lý truyền thơng 2 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Chương 4: KiếntrúcDCS 4.1 Giớithiệu chung Phạmvi ứng dụng 4.2 Cấuhìnhcơ bảncủacáchệ DCS Giớithiệu các thành phầnchính Các ví dụ sảnphẩmminhhọa 4.3 Các điểmmấuchốt trong kiếntrúcDCS 4.4... cấuhìnhvàchẩn đốn hệ thống  Bus hệ thống (system bus, data highway), bus điều khiển  Tùy chọn: Các loạitrạmchủ, các máy tính điềukhiển cao cấp, các loại bus trường, bus thiếtbị (Foundation Fieldbus, DP, DeviceNet ) 3 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS 4.1 Giớithiệuchung về DCS  DCS = Distributed Control System –Tiến hóa từ giải pháp DDC, phân tán chứcnăng điềukhiển xuống nhiềubộđiềukhiểnnốimạng Hệ iều... điểmmấuchốt trong kiếntrúcDCS 4.4 So sánh kiến trúc PLC/HIM với DCS 21 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Bus hệ thống  Chứcnăng: –Nốimạng các bộđiềukhiểnvớicáctrạmvận hành/trạmkỹ thuật –Nốimạng các bộđiềukhiểnvới nhau (bus điềukhiển)  Đặc điểmkỹ thuật: –Mạng tốc độ cao (10-100MBit/s) –Yêucầutínhnăng thờigianthực, đặcbiệtvới bus điềukhiển – Độ tin cậy cao, thường có dự phịng... SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Bộ₫iềukhiển (Controller, LCU)  Cấutrúcmodule: –Giáđỡ, thanh ray –Khối cung cấp nguồn (PS) –Khối xử lý trung tâm (CPU) – Các module vào/ra (thông thường, HART, an toàn cháy nổ) – Giao diện với bus hệ thống, bus điềukhiển – Giao diện với bus trường (tùy chọn)  Kiếntrúcmáytính: – Máy tính đặcchủng, chỉđiềukhiển liên tục-> DCS truyềnthống – PLC -> PLC-based DCS –... 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Các chức năng của bộ₫iềukhiển  Xử lý và giám sát các giá trị vào/ra: –Chuyển đổi D/A, A/D, lọc nhiễu, chuyển thang – Giám sát ngưỡng giá trị, tạo các thơng báo báo động –Lưutrữ tạmthời các giá trị vào/ra –Hạnchế tín hiệura, đặtcáctínhiệuravề trạng thái an tồn trong trường hợpcósự cố  Điềukhiển: – Điềuchỉnh tựđộng: ĐiềukhiểnPID, điềukhiểntỉ lệ, điều khiểntầng, điềukhiểnmờ –... nốitrựctiếpvớicácthiếtbị bus trường  Chứcnăng điềukhiển: có thểđưaxuống cấptrường 24 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS KiếntrúcDCS"truyềnthống"  Kiếntrúc"đóng kín" –Hỗ trợ ít các chuẩn cơng nghiệp –Phương pháp lập trình riêng – Khó tích hợpsảnphẩm hãng thứ 3 (phầncứng, phầnmềm)  Bộđiềukhiển: –Chuyêndụng, đặcchủng –Chỉđiềukhiển các quá trình liên tụchoặctheomẻ ... BUS Controller Controller Cấutrúcphẳng Cấu trúc phân cấp OS OS OS TERMINAL BUS SYSTEM BUS DATA SERVER Controller Controller Controller 6 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Các thành phầnchính  Khối điềukhiểncụcbộ (LCU), bộđiềukhiển: Chức năng điềukhiểncơ sở và giám sát (chủ yếu cho các biếntương tự), có thể cảđiềukhiểncaocấp  Vào/ra từ xa (RIO), vào/ra phân tán  Trạmvận hành: Chứcnăng... khơng dùng bus chuẩn hóa  Phân tán chưatriệt để (chứcnăng điềukhiểnvẫnchỉ nằm ở các bộđiềukhiển) 10 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Ví dụ: PCS7 (Siemens) 15 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Các tính năng quan trọng củabộ₫iều khiển  Tính năng thời gian thực –Hiệunăng CPU, dung lượng bộ nhớ –Xử lý đa nhiệm, hỗ trợ củah điều hành TGT –Thờigianchuyển... liệucấuhìnhhệ thống – Tham số hóa, đưacácthiếtbị trường vào vận hành –Lậptrìnhđiềukhiển (LD, FBD/CFC, SFC, C/C++/BASIC, ) –Thử nghiệmvàgỡ rốichương trình –Tạogiaodiệnngười-máy và các chứcnăng điềukhiểngiám sát khác – Quan sát và chẩn đoán lỗihệ thống 18 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS Cấutrúcbố trí các trạmvậnhành Controller OS OS OS SYSTEM BUS Controller Controller Cấutrúcphẳng Cấu...25 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 4: Kiến trúc DCS © 2005 - HMS KiếntrúcDCShiện ₫ại  Kiếntrúcmở: –Hỗ trợ nhiềucácchuẩngiaotiếp công nghiệp (COM, OPC, Ethernet, ODBC, ActiveX, MMS, XML) –Phương pháp lập trình theo chuẩn IEC 61131-3 –Cóthể tích hợpsảnphẩm hãng thứ 3 (PLC, I/O, biếntần, MES, ERP, )  Bộđiềukhiển: – Đadạng –Khả năng điềukhiểnlai  Giao diện quá trình: – 4-20mA, HART –Vào/ratập . thái an tồntrong trường hợpcósự cố Điềukhiển:– Điềuchỉnh tựđộng: ĐiềukhiểnPID, điềukhiểntỉ lệ, điềukhiểntầng, điềukhiểnmờ– Điềukhiểntrìnhtự, điềukhiển khóa. 1Chương 1Hệ thống ₫iềukhiểnphân tán8 /27/2005Chương 4: KiếntrúcDCS 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 4: Kiến trúc DCS 2005 - HMSChương 4: KiếntrúcDCS4.1 Giớithiệu