Hệ thống điều khiển phân tán CENTUM CS3000 cho công đoạn trộn bột: Cấu trúc, phân loại, chức năng và tính năng
MỤC LỤC
Cấu trúc mạng và giao thức công nghiệp
Cấu trúc mạng (topology)
Liên kết logic thì các đối tác là các trạm truyền thông không nhất thiết phải là phần cứng mà có thể là chơng trình hệ thống, ứng dụng trên một trạm nên quan hệ có tính logic. Tuy nhiên một nhợc điểm dễ thấy là tất cả các trạm có khả năng phát và luôn lắng nghe đờng dẫn để phát hiện ra một thông tin có phải gửi cho mình hay không nên phải thiết kế sao cho đủ tải và số trạm tối đa.
Giao thức công nghiệp
Nếu áp dụng độc lập, Token Passing thích hợp với các mạng FMS dùng ghép nối thiết bị điều khiển và máy tính giám sát đẳng quyền trong khi đó Master Slave thích hợp với việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị điều khiển với các thiết bị hiện trờng cấp dới sử dụng Profibus DP hay Profibus PA. Hệ thống bao gồm các Module phân tán có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo lờng, đa ra các quyết định điều khiển đối tợng theo các luật đã định sẵn đồng thời nhận các yêu cầu từ cấp điều khiển giám sát để thực hiện các yêu cầu nh gửi số liệu quá trình để lu trữ lên trên, điều khiển trực tiếp đối tợng khi cần , thực hiện các chức năng phân tán trên các phân đoạn phân tán ( chẳng hạn nh phân tán về mặt địa lý, về mặt điều khiển.
Phân loại các hệ thống DCS
Hệ thống bao gồm các module phân tán với các chức năng điều khiển phân tán đợc liên kết với nhau theo một hệ thống mạng tuân theo các giao thức truyền thông công nghiệp. Cấu trúc này ra đời đã khắc phục đợc tính năng thời gian thực, tiết kiệm dây dẫn và tính ổn định bền vững của hệ thống tốt hơn, linh hoạt, phạm vi hoạt động của hệ thống này cũng vì thế đợc mở rộng.
Tổ chức của một hệ điều khiển phân tán
- Trạm giao diện ngời - máy HIS ( Human Inteface Station ) : Đó là các máy tính cá nhân có cài đặt phần mềm điều khiển, có khả năng hiển thị các thông tin của hệ thống DCS và các hệ thống phụ khác. - Trạm thiết kế kỹ thuật EWS ( Engineering Work Station ) : Thực hiện các chức năng thiết kế, định nghĩa cấu hình mọi thiết bị kết nối trong hệ thống, phân vùng quản lý hệ thống, giải quyết các công việc về kỹ thuật, mở rộng hệ thống.
Cấu trúc của hệ thống điều khiển phân tán
Bao gồm các mạng máy tính đợc nối mạng với nhau và có chức năng nh : - Giỏm sỏt, theo dừi, đỏnh giỏ quỏ trỡnh sản xuất, vận hành. Hệ thống bao gồm các Module phân tán có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo lờng, sử dụng các hệ thống Bus trờng với kỹ thuật truyền tin số để truyền số liệu lên cấp điều khiển giám sát, đa ra các quyết định về điều khiển đối tợng theo các luật đã định sẵn.
Chức năng của hệ thống điều khiển phân tán
- Bộ xử lý của module dự phòng sẽ hoạt động tính toán song song và đồng bộ để chuyển mạch từ bộ xử lý chính sang ngắt dự phòng không gây ra ngắt tín hiệu và không gây mất dữ liệu đang có trong máy tính. Các số liệu có thể đợc lu giữ dới bảng cơ sở dữ liệu hoặc theo kiểu đồ thị ( trend ) cho phép ngời vận hành có thể truy cập bất kỳ điểm nào của trend đó để tham khảo các thông số quá trình tại thời điểm trớc đấy.
Một số hệ điều khiển phân tán trên thị trờng
YOKOGAWA thực hiện hỗ trợ các giải pháp nh : Các thiết bị kĩ thuật thông tin và hệ thống điều khiển, cung cấp các sản phẩm hệ thống thiết bị mô phỏng, các thiết bị thờng hiện đại với công nghệ mới nhất, các sản phẩm công nghệ phần mềm …. + Dựa trên cơ sở windows NT làm hệ điều hành cho HIS (đây là hệ thống mở , với sự hỗ trợ của hệ điều hành ta có thể thực hiện di chuyển dữ liệu giữa các quá trình và các ứng dụng chạy trên nền NT sử dụng giao tiếp OPC và hoặc DDE).
Trạm điều khiển hiện trờng: Field Control Station
- Cấu hình vào ra :(I/O Module Nests and I/O Modules,Các kiểu Nest module vào/ra)
- Multipoint Control Analog I/O Module: Module điều khiển vào ra tơng tự đa kênh với 8 tín hiệu analog 1 – 5 VDC thành các tín hiệu số cho đầu vào và cũng có thể là 8 tín hiệu số thành tín hiệu 4 – 20 mADC dạng tơng tự cho đáp ứng đầu ra. - Sử dụng khả năng chia sẽ dữ liệu do windows hỗ trợ, một số ngời có thể cùng tham gia xây dựng một cơ sở dữ liệu trên mạng, các dữ liệu cũng có thể đợc tạo ra một cách riêng biệt từ các máy tính khác nhau và sau đó có thể hoà trộn lại thành hệ thống hoàn chỉnh.
Các phần cứng khác 1 Bus Converter
Bộ lặp quang (Optical Bus Repeater)
Bộ lặp quang đợc thiết kế để mở rộng bus truyền thông (V net và RIO bus) của CS 3000. Việc sử dụng các bộ lặp quang có thể truyền tín hiệu qua cáp quang với khoảng cách lớn. Nó không bị ảnh hởng bởi nhiễu từ bên ngoài và những sai lệch về điện thế với. đất, nó phù hợp cho việc truyền tin ngoài trời. Có 4 loại bộ lặp tín hiệu tuỳ theo khoảng cách truyền và cấu hình:. YNT511D-RBộ lặp quang cho RIO bus).
Tính chất dự phòng và độ tin cậy của các trạm FCS 1 Tính dự phòng và độ tin cậy của trạm LFCS
Dự phòng và độ tin cậy của trạm SFCS
∗ Khi truy cập vào bộ nhớ CPU không có hiệu lực thì các dữ liệu này sẽ không đợc sử dụng và CPU tơng ứng sẽ dừng hoạt động. Nếu các lỗi xảy ra trong CPU hiện hành thì sẽ chuyển nhanh sang trạng thái dừng bằng bộ định thời Watch Dog.
Lỗi CPU
∗ Các card CPU thực hiện tính toán đồng bộ và mã đúng sai của bộ nhớ chính đợc dùng để sửa các bit sai. ∗ Mỗi CPU thực hiện vào/ra qua card giao diện vào/ra quá trình (Process I/O bus).
Mạng Ethernet
Foundation Fielbus ( FF )
Một hệ thống bus trờng bao gồm một hệ thống CS 3000, một bus trờng kết nối qua một modul giao tiếp trờng ALF111 đợc cài đặt trên trạm KFCS trong hệ thống, và các thiết bị trờng, Foundation Fieldbus tơng ứng với chuẩn bus truờng gọi là H1. Các bộ phần mềm trọn gói Exa-series của YOKOGAWA đã khắc phục sự thiếu thông tin giữa hoạt động sản xuất với kinh doanh, cho phép áp dụng công nghệ MES ( Manufacturimg Execution System: MES Hệ thống vận hành sản xuất.) để tăng hiệu quả.
Bộ phần mềm nâng cao hiệu quả sản xuất Exaplot
Gần đây có sự phát triển trong việc chia sẻ dữ liệu giữa hệ thống DCS và máy tính hệ thống MES; những thông tin đợc sử dụng ở mức độ cao nhất của việc kinh doanh và ngời dùng đợc cung cấp hệ thống thông tin có thể trợ giúp đa ra các thông tin hợp thời cho công việc kinh doanh. - Cửa sổ SEBOL ( SEBOL Window): Hiển thị chơng trình SEBOL và trạng thái của chơng trình hiện tại , ta có thể hiển thị chi tiết các khối tính toán khi mở cửa sổ này - Cửa sổ quá trình SFC: Hiển thị các trạng thái SFC, từ đây ta có thể gọi cửa sổ chi tiết cho từng bớc của quá trình.
Chức năng điều khiển trạm trờng FCS
Các chức năng kết nối với hệ thống phụ
Trong những năm gần đây, kỹ thuật PLC ( Programmale Logic Controller) phát triển đã đợc ứng dụng trong việc điều khiển liên động ( interlock) và tự động các thiết bị kỹ thuật. Thêm vào đó, các thiết bị đo thiết bị phân tích đang trở lên thông minh hoá làm tăng khả năng cho việc truyền thông dữ liệu.
Các chức năng kỹ thuật
- Chức năng test mở rộng( Extended test function): Chức năng này có thể đợc sử dụng với các test chuẩn để cho phép mô phỏng FCS, cho vận hành giám sát và cho chức năng kỹ thuật để đợc dùng cho truyền thông giữa nhiều máy PC với nhau. Bộ phần mềm này gồm có các thành phần sau: Maintenance, Online Manual, Field DD file copy Utility, Graphic Builder, HIS Utility, Linked-part list Window, Project’s Attribution utility, Report Package, Software Configuration Viewer, System View.
Cửa sổ System View
Project hiện thời
Để khởi động System View từ cửa sổ thông báo hệ thống, đăng nhập vào mức ENGUSER thông qua nút USER trong cửa sổ này. Project này đợc dùng khi làm các công việc kỹ thuật sử dụng chế độ Virtual test (test. ảo) hoặc khi tạo bản backup của project hiện thời.
Quản lý Project
Project định nghĩa bởi ngời sử dụng không thể download tới FCS hoặc HIS của hệ thống đích.
Cửa sổ Graphic Builder
Chứa các lệch về công cụ chuẩn nh: save,tạo file làm việc, in ấn, chức năng xem tríc, Debug, cut, coppy, paste, coppy modify, paste modify, Undo, líi, zoom in, zoom out, area zoom, cỡ phông (specify zoom size). Chứa các công cụ về chức năng của HIS nh: Dữ liệu quá trình kiểu ký tự (process data- character), dữ liệu quá trình kiểu nút bấm (process data-bar), process data- arrow, process data-circle, line-segment graph, User- delined Line- segment graph object, bar graph, step graph, radar chart, two- dimension graph, định nghĩa nút bấm kiểu target (touch target), định nghĩa nút bấm (push button), định nghĩa các khèi faceplate, intrument diagram, window, message, dialog name, trend overview, control, parts.
Cửa sổ Online Manual
Trong cửa sổ system view cung cấp các taskbar khác nhau trên thanh menu.Từ đó ta có thể tạo các project mới mà chúng là những đơn vị cơ bản cho việc quản lý engineering data ( ED), tạo những cửa sổ quan sát vận hành của ngời sử dụng và các hộp thoại trợ giúp cho FSC, HIS, I/O modul nằm trong dự án.
Menu FILE a. Create New
Khi thực hiện lu trữ các tham số điều chỉnh, cần thiết phải đóng cửa sổ xây dựng sơ đồ điều khiển (Control Drawing Builder) Function Block Overview Builder và Function Block Detail Builder. Bằng cách sử dụng chức năng import trên Function Block Overview Builder, Function Block Detail Builder và Control Drawing Builder của dự án hiện tại, các tham số điều chỉnh FCS của dự án đợc test có thể áp dụng vào dự án hiện tại.
Tạo FCS
Chọn tab : [Constant] đa vào số Domain ( vùng) và cấu hình bus điều khiển (dùng để tạo bus điều khiển dự phòng kép).
Định nghĩa chung
Đối với card AAM21 : Nếu đầu vào là loại cặp nhiệt hay nhiệt điện trở thì ở cột này ta chọn loại tơng ứng cho phù hợp. + Ghi và thoát khỏi file này: Chọn trình đơn File\ Save sau đó chọn File \ Exit.
Định nghĩa mô đun vào/ra số
Định nghĩa chi tiết vào/ra số - Ghi và thoát khỏi file này để kết thúc việc cài đặt.
Định nghĩa mô đun thông tin liên lạc
- Program Name: Lựa chọn thiết bị điều khiển đã đợc chọn khi định nghĩa thuộc tính của mô đun (MODBUS). Điều này thực tế chỉ ra card thông tin đang đợc sử dụng trong phần định nghĩa vào/ra này.
Khái quát về công nghệ sản xuất giấy
Hệ thống điều khiển DCS của nhà máy là hệ CENTUM CS 3000 thực hiện công đoạn chuẩn bị bột cho lới phun giấy để từ đây giấy đợc ép, sấy sau đó là cuộn và cắt cho ra giấy thành phẩm theo hệ điều khiển QCS của nhà máy. Máy nghiền quạt này đợc dùng để nghiền bột Bãi Bằng, bột ngoại nhập nhờ đờng cấp bột từ chứa Ch63 và Ch64-2 bằng cách chọn: PP use --> sử dụng máy nghiền quạt cho bột nhập ngoại; BP use --> sử dụng máy nghiền quạt cho bột Bãi Bằng hoặc Bypass --> không dùng máy nghiền đĩa.
Quá trình công nghệ cho công đoạn trộn bột
- Toàn bộ hệ thống đo lờng điều khiển cũ mang tính chất đo lờng điều khiển cục bộ; việc theo dừi, giỏm sỏt điều khiển mang tớnh chất đơn lẻ khụng đồng bộ, không tập trung nên khó xử lý sự cố; việc lu trữ số liệu vẫn ở dạng thủ công qua sổ giao ca hoặc sổ thiết bị, đồng thời lại phụ thuộc quá nhiều vào tay nghề công nhân vận hành nên không chính xác. - Ưu điểm của loại này là có giao diện tiện lợi cho phép quan sát, điều khiển và hiển thị thông tin một cách dễ dàng; Chức năng dự phòng linh hoạt (dự phòng CPU, nguồn cấp và bus điều khiển); Khả năng đáp ứng nhanh; có tính ổn định cao và rất thích hợp với các hệ thống vừa và lớn.
