6. Phương pháp thực hiện
3.3. Hệ thống điều khiển phân tán của hãng ABB
3.3.1. Tổ chức của hệ thông DCS của hãng ABB
Khoa học kỹ thuật ngày nay càng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là các ngành
kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin, do đó hiện nay hầu hết các nhà máy đều
Hinh 3.6 : Cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển tự động hoá
Với loại mô hình này, các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau từ dưới lên trên như hình 3.6. Càng cấp dưới thì các chức năng càng mang tính cơ bản và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năns ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như cấp dưới, nhưng ngược lại thông tin
cần trao đổi và xử lý lớn hơn nhiều.
65
Dựa trên cấu hình trên, các quan điểm của ABB thì hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất có phần khác so với truyền thông điều đó thể hiện hình 3.7.
Tất cả các cấp này tướng ứng với phần xử lý khác nhau trong xí nghiệp. Trong xí nghiệp hệ thống tự động hoá truyền thông được trang bị của các hãng khác nhau. Trong hệ thống thông tin tích hợp tất cả các dữ liệu chung đều phải được truyền qua cổng giao tiếp. Các cấp tự động hoá trong hệ thống gồm :
Hệ truyền thông thớn9 tích họp ABB
Hình 3.7 : Hệ truyền thông so với hệ thống tích hợp
Cấp 2 : Các phòng điều khiển quá trình trên máy tính có chức năng giám sát thường xuyên tới tất cả các quá trình điều khiển .
Cấp 3 : Sự quản lý sản phẩm ở mức độ cao nhất (mức nhà máy). Hệ thống
quản lý toàn bộ xí nghiệp được tích hợp trong ABB Master.
Ở hệ truyền thống có sự phân cấp rõ ràng hơn, sự hoạt động của mỗi cấp khác nhau liên quan mật thiết với nhau, một cấp không hoạt động sẽ dẫn đến các cấp khác nhau ngừng hoạt động hoặc hoạt động không có hiệu quả.
3.3.2. Cảu hình phần cúng
a ) Trạm thao tác AS500OS ( Advant statỉon 500 Operation)
Là một máy tính cho các thao tác vận hành với chức năng thông tin giữa các trạm thao tác và các trạm quá trình. Gồm có một SU(System unit) cùng với các thiết bị ngoại vi như màn hình, chuột và các thiết bị in kết nối với SƯ.
Chức năng truyền thông tin thao tác giữa các trạm và quá trình .
Phần mềm được sử dụng cài đặt trong đó là Advacommand for windows.
67
Phần mềm được sử dụng là Advabuild for windows.
c) Trạm quản lý thông tin AS500IMS (Advant Statỉon 500 Informatỉon management Statỉon)
Chức năng : - Chứa toàn bộ thông tin của hệ thống.
- Nối, cất giữ, biểu diễn và báo cáo dữ liệu.
- Thông tin với các hệ khác .
Phần mềm quan trọng nhất là Advant form for windows.
d) Master Gate 230/1
Master Gete 230/1 dùng để nối máy tính bên ngoài với Master net và nối chung với các mạng điều khiển riêng trong mạng nhà máy, nó truyền tín hiệu với hiệu suất cao và phù hợp cho nối với hệ thống máy tính lớn cho quản lý thông tin, kế hoạch sản xuất.
Chức năng: truyền thông tin giữa mạng điều khiển trong một nhà máy và giữa Advant ocs và các máy tính bên ngoài.
3.3.3. Các bộ điều khiển quá trình
3.3.3.I. AC 450 (Advant controller 450)
hoặc xoay chiếu bên ngoài S10° 1/0
Hình 3.9 : Cấu hình của bộ điều khiển quá trình AC450 Ngoài ra, ở mặt trước của modul CPU còn có các đèn hiển thị, màn hình các hiển thị chuẩn đoán lỗi ở mức cao và có trang bị một công tắc 4 vị trí để khởi
động và chọn chế độ làm việc và có một nút ấn để khởi động lại (Reset). Hơn thế
nữa trên modul này còn trang bị một card chương trình giao diện để kết nối với SI 00 1/0.
• Bộ nhớ
- Dùng DRAM 8 hay 16Mb (kí hiệu PM511)
69
- Nguồn nuôi bộ nhớ: tối thiểu 4 giờ (với sự cố mất lưới điện hay hệ thống sự cố...).
Để có thời gian nuôi bộ nhớ dài hơn cần phải dùng các thiết bị sau:
+ Bộ nguồn cấp dự phòng SB 510 và bộắcquy (8 giờ).
+ Bộ nguồn cấp dự phòng SB 510 đượcnối với 1 hệ thống nguồn riêng 24v
hay 48v.
• Nội dung chương trình
Một chương trình hệ thống cơ sở bao gồm đầy đủ các chức năng xử lý tín hiệu số, toán học, hàng đợi và chuyển đổi. Các chức năng chính của chương trình
cơ sở bao gồm :
- Các hàm trễ và hàm logic.
- Thuật điều khiển tương tự.
- Liên kết dữ liệu với nhau.
- QC07-LIB41 có thêm các chức năng sau: Điều khiển có phản hồi, kết nối các bộ điều khiển công suất lớn dùng Thyristor.
- QC07-LIB42 có thêm chức năng sau: Điều khiển kín, điều khiển thích nghi tự điều chỉnh, MOVATUNE và khối chức năng điều khiển mạch vòng PID như PIDCOM, PĨDCONA.
- QC07-FVZ41 có thêm chức năng điều khiển 1Ĩ1Ờ . • Đồng hồ hệ thống, việc đồng bộ xung đồng hồ mở rộng
Bộ nhớ PM 511 có trang bị một đồng hồ mà nguồn nuôi được lấy cùng nguồn nuôi của bộ nhớ. Chúng có thể đặt ngày, tháng, năm và giờ từ một bộ lập trình sẵn hay các trạm thao tác cục bộ như MasterView 320. Hơn thế nữa nó cho phép điều chỉnh lượng sai số ± 100 ms bằng phần mềm.
AC450 nối đến Mastemet cũng như hệ DCS thì việc đồng bộ thời gian diễn ra tự động với các trạm khác qua mạng với mức chính xác cao (<3ms).
Yêu cầu đồng bộ giữa các bộ điều khiển và các bộ phát tín hiệu đồng bộ của các thiết bị mở rộng là 2ms.
Trên Module TC 520 có một đầu vào đặc biệt dùng để đo thời gian của xung đồng hồ này.
• Nguyên lý làm việc
Thông thường các khối lệnh trong chương trình PC có chu kỳ thực hiện khoảng lOms - 2s nếu tái lập cấu hình thì có thể đạt (5ms - 32s ). Hệ điều hành
71
sự cố. Đặc biệt là tất cả các thông tin cần thiết đều được hệ thống lưu trữ để khởi động nếu có sự cố mất nguồn cung cấp.
Ngoài ra để khởi động hệ thống còn có thể thực hiện các lệnh sau: CLEAR, STOP, AƯTO hoặc OFFLINE. Các cách này dùng để khởi động lúc cắt nguồn cấp.
• Khôi xử lý phụ trợ PU535
PU535 là một modul lập trình dự phòng, nó có thể làm việc như một bộ xử
lý phụ được trang bị trong AC450. Chức năng chủ yếu của PU535 dùng để thực hiện các chương trình ứng dụng viết bằng ngôn ngữ bậc cao c.
Để viết chương trình cho PU535 có thể dùng HP 9001 - 8000 đế viết và thử các chương trình ứng dụng này, sau đó nạp vào PU535 bằng cách sử dụng giao thức SLIP. Ngoài ra PU535 còn chứa một giao diện kiểm tra người sử dụng (UTI - User Test Interíace) để thực hiện các việc điều khiển và chuẩn đoán lỗi nhờ cổng dịch vụ (V24/R5-232C). • Nguồn cấp Có các nguồn cấp : 120/230V AC (lpha) - 50/60Hz 120/230V AC(2pha) - 50/60Hz 24 - 48V DC 5V ổn áp.
c) Truyền thông
AC 450 có thể kết nối theo các loại khác nhau sau : • Master Bus 300M/ Master Bus 300E ( MB300/300E)
AC 450 dùng MB 300 để kết nối với họ AC 400, MP 200/1, MV 800/1 và MB 200/1 trong mạng điều khiển. Kiểu kết nối này được cung cấp dịch vụ ruyền thông với tốc độ cao, hiệu suất truyền cao với khoảng cách trung bình.
AC 450 dùng MB300E để kết nối các mạng dùng kiểu kết nối MB300 nhờ
cầu truyền thông (Vô tuyến, vệ tinh,...)
Cả MB300 và MB300E có thể chia sẻ chức năng truyền thône trong một trạm, một bộ điều khiển.
• GCOM: GCOM là một giao thức kết nối dữ liệu được dùng để thay đổi
kiểu dữ liệu giữa các máy tính mở rộng và các trạm/bộ điều khiển Advant
ocs. Giao thức này có sẵn các máy tính VAX.
• Master Field Bus
Master Field Bus là một kiểu kết nối truyền thông tốc độ cao được kết nối với SIOOI/O. Hơn thế nữa, nó còn có thể kết nối được với các bộ điều khiển để điều khiển độne cơ như TYRAKL hay SAMI với AC 450.
73
Chiều dài và tốc độ trruyền phụ thuộc vào loại cáp truyền, cáp xoắn, cáp quang, cáp đồng trục,...
3.33.2. AC110 (Vdvant ControllerllO )
AC110 là một bộ điều khiển cỡ trung bình dùng để điều khiển giám sát và điều chỉnh bằng công nghệ.
Đặc điểm của bộ điều khiển AC 110:
- Bộ điều khiển AC110 là bộ điều khiển cỡ trung bình, tốc độ lớn dùng đế điều khiển logic, điều khiển có điều chỉnh, điều khiển tuần tự.
3.3.4.I. Modul vào/ra S100
SIOOI/O là một nhóm các bảng mạch vào/ra được lắp đặt trong các Subrack vào/ra. Loại này truyền thône với Subrack của bộ điều khiển bằng Bus mở rộng hay ta còn gọi là modul vào/ra cục bộ.
Đặc điểm kỹ thuật:
- Tất cả các đầu vào ra số được cách li bằng quang.
- Chọn chế độ cập nhật co sở dữ liệu bằng phương pháp ngắt hay quét và thời gian của một chu kì quét từ lOms - 2s.
- Dùng tín hiệu xung trong mạch thiết kế như nhấn nút, công tắc,...
- Các tín hiệu vào được lọc (thời gian lọc cố định là 5s hoặc tuỳ thuộc vào
mạch lọc chọn).
- Các loại bảng mạch sử dụng chế độ quét có điều khiển ngắt thì phải phù
Ngăn giao thức
Kết nối logic Kết nối dữ liệu 75
3.3.4.2. Modul vào/ra S800
S800I/O là hệ thống vào ra từ xa dạng Modul dùng để truyền thông với
Hình 3.11 : Minh họa tổng quát vê S800I/O
* Đặc điểm của hệ thống vào ra S800 :
* S800 I/O dễ dàng lắp đặt với các modul riêng rẽ và cáp.
* Vì tính chất mềm dẻo và modul hoá của S800 I/O cao vì vậy các modul vào/ra này có thể kết hợp lại để phù hợp nhiều loại ứng dụng khác nhau.
* S800 I/O có thể lắp đặt trong nhiều loại cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng.
S800 I/O:
76
Một trạm vào/ra với S800 I/O có thể bao gồm một Cluster cơ sở và có đến
7 Cluster vào/ra phụ. Một Cluster cơ sở gồm có một FCI và có đến 12 modul vào/ra. Các Cluster vào/ra này được nối FCI nhờ một đường truyền mở rộng bằng cáp quang của modul Bus .
Một trạm vào/ra với S800 có thể đến 24 modul vào/ra, có nghĩa là trạm vào/ra này có tối đa 384 kênh dùng tín hiệu số hoặc tối đa 192 kênh dùng tín hiệu tương tự.
Ngoài ra mỗi Cluster của trạm vào/ra cơ sở này cũng có thể gồm có các FCI dự phòng nhằm mục đích mở rộng sự truyền thông, hơn nữa giữa các bộ điều khiển Advant (Advant- controller -AC) và modul Bus.
Mỗi Cluster vào ra có thể chia thành từng nhóm mà các nhóm truyền thông với nhau nhờ một cáp mở rộng của modul Bus.
* Mudul Bus
Master Net bao gồm hai thành phần sau :
- Master chủ yếu với các điểm (nút) khác nhau của Advant ocs.
- Master Gate mà dùng để nối với các máy móc khác của hệ thống thông tin, đồng thời nó cũng có thể sử dụng để kết nối các mạng điều khiển riêng và mạng điều hành.
* Cấu trúc mạng Master Net:
Master Net được chia thành hai hệ thống cơ bản:
Protocol Stack dùng để quản lý việc truyền dữ liệu giữa các người dùng, kiểu mạng khác. Mục đích chính của Protocol Stack là cung cấp một dịch vụ truyền dữ liệu có hướng thông suốt, không phụ thuộc cho người sử dụng.
3.3.5.2. Master Bus 200 ( MB200)
MB200 là một bus truyền nối tiếp, không đồng bộ, halíduplex (RS422) trong khoảng cách truyền trung bình với tốc độ truyền trung bình. MB200 dùng để kết nối với Master piece 20/1, Master piece 100, Master View 800/1 và Master gate 230/1 trong trạm điều khiển hoặc trong điều khiển cục bộ .
Là một dịch vụ liên kết dữ liệu hướng kết nối chuẩn xác bằng các đoạn và sắp xếp lại dữ liệu người dùng Bus được điều khiển truyền thông bằng một trạm chủ. Việc truyền thông có thể thực hiện giữa hai trạm tớ cũng như giữa một trạm chủ và các trạm tớ. Thẻ bài sẽ tuần hoàn trên tất các trạm tớ, mỗi lần thẻ bài đến
78
Các thông tin có thể truyền từ một Master Bus đến một Master Bus khác thông qua nút trung gian và chí có một trạm Master Piece 200 trong một trạm điều khiển mới được phép truyền thông.
• Đặc điểm kỹ thuật của MB 200.
Kết nối đến Advant ocs - Bus.
Với cấu hình đa điểm, khoảng cách truyền giữa điểm đầu cuối đạt lOOOm.
Cấu hình điểm - điểm dùng cáp quang truyền có thể đạt đến 7000m giữa hai điểm đầu - cuối và 2000m nếu dùng truyền điện thông thường.
- Một BUS nối đến Master Piece 100.
- Một BUS nối đến Master Gate 100.
Có đến 4 Bus Master Gate 230/1, Master Piece 200/1, Master View 800/1
Ngoài ra MB 200 có thể truyền với tốc độ cực đại:
- Giữa trạm chủ với tớ 5 Kbytes/s.
- Giữa hai trạm tớ: 2,5 Kbytes/s. cấu hình.
+ Có hai Bus nối đến Master Piece 200/1, Master View 800/1, AC 400 trên một mạng điều khiển.
+ Có đến hai Bus nối đến Master Gate 230/1 trên một mạng chủ.
+ Tốc độ là 10 Mb/s.
station Media
Termination
* Phương tiện dự phòng :
Phương tiện dự phòng bao gồm cáp dự phòng và modem dự phòng.
80
+ Đặc điểm kỹ thuật của AF100
Có thể kết nối tới 80 trạm với chiều dài vật lý là 13300m.
Có 3 phương thức truyền :
- Cáp xoắn ( TWP)
- Cáp đồng trục ( RG59 và RG11)
- Cáp quang
Một bus có thể được thiết kế với ba phương thức truyền, nhưng mỗi phương thức có một số tính chất khác nhau.
AF100 có thể lắp đặt theo 1 hoặc 2 kiểu hệ thống bus vật lý này. Hệ thống dự phòng không cưỡng bức đã làm việc của bus chính khi cả hai hệ bus đang làm việc.
+ Chức năng của AF100
Mục đích của AF100 là cung cấp truyền thông giữa các bộ điều khiển AC và trạm AS100 và AF100 có hai phương thức truyền khác:
- Chuyển đổi dữ liệu quá trình. 81
Advantcontroller Advant controller AF100Station
Nhận dạng tin tức và gửi CDP trên bus được thực hiện bằng một thiết bị nhận dạng cụ thể. Trong các CDP gửi, mỗi DCP có một tín hiệu nhận dạng duy nhất. Mặc dù một vài CDP nhận cũng có tín hiệu nhận dạng giống như của CDP gửi những đường phân biệt nhờ vào giao diện truyền thông khác ở mỗi loại.
Chu kỳ thời gian xác định bằng lượng dữ liệu của CDP được chuyển đổi trên bus. Khi một CDP được chuyển đổi trên AF100 thì khoảng thời gian nghỉ giữa các lần chuyển đổi gọi là chu kỳ thời 2Ĩan và luôn bằng nhau. Do đó việc chuyển đổi dữ liệu là quá trình quyết định liệu có hay không các nhiệm vụ khác của giao diện truyền thông thực hiện.
• Chức năng chuyển đổi thông tin
Chủ (Master Bus)
Cả hai quá trình chuyển các dịch vụ chuyển đổi thông tin được thực hiện với các trạm được lắp đặt trên AF100 gửi và nhận thông tin.
Trên một mạng AF100 được trang bị với một hay nhiều giao diện truyền thông, thì một trong số đó sẽ trở thành bus chủ khi các giao diện truyền thông khác tích cực bằng việc quan sát, bus chủ làm việc đúng.
Ngày nay khi một giao diện truyền thông được kết nối với AF100 thì đảm bảo rằng dữ liệu quá trình sẽ lưu thông trên bus và việc chuyển đổi tin có thể xảy ra.
Để đảm bảo độ lưu thông cao trên bus, người ta quản lý bus nên đặt địa