a. I/O tập trung
Cấu trúc tiêu biểu của một hệ điều khiển tập trung đƣợc minh hoạ nhƣ hình 2.2.
Hình 2.2. Hệ thống điều khiển tập trung, I/O tập trung.
Một máy tính duy nhất để điều khiển n quá trình con.Máy tính điều khiển có thể là bộ điều khiển số trực tiếp, máy tính lớn, máy tính cá nhân, hoặc các thiết bị khả trình.Trong công nghiệp các máy tính điều khiển đặt ở phòng điều khiển trung tâm, xa hiện trƣờng. Các I/O đặt ở phòng ĐKTT. Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đƣợc nối trực tiếp điểm - điểm với các máy tính điều khiển chung qua các cổng vào/ra của nó. Mỗi cảm biến đƣợc nối với một cổng vào và mỗi thiết bị chấp hành đƣợc nối với một cổng ra bằng 48 dây nối riêng biệt. Điểm đáng chú ý ở đây là toàn bộ “trí tuệ” đều tập trung vào một thiết bị điều khiển duy nhất
Ƣu điểm của cấu trúc này thích hợp với các loại máy móc và thiết bị vừa và nhỏ bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành cho một lần đối với máy tính điều
24
Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn. Độ tin cậy của hệ thống điều khiển tự động phụ thuộc vào một thiết bị điều khiển duy nhất.
Vậy để nâng cao độ tin cậy của hệ thống, có thể dùng thêm một máy tính dự phòng giống nhƣ máy chính. Tuy nhiên vấn đề là giá thành cao. Nhƣợc điểm thứ nhất và phần nào nhƣợc điểm thứ 2 có thể khắc phục đƣợc bằng cách dùng một mạng dẫn chung gọi là Bus trƣờng (field bus) thay cho việc kết nối dây dẫn trực tiếp và phân tán một phần “trí tuệ”xuống cấp chấp hành. Đây chính là xuất phát điểm cho con đƣờng dẫn tới cấu trúc của hệ phân tán.
b. I/O phân tán
Cấu trúc vào/ra tập trung với cách ghép nối điểm-điểm có một nhƣợc điểm cơ bản là số lƣợng lớn các cáp nối, dẫn đến giá thành cao cho dây dẫn và công thiết kế, lắp đặt.Một nhƣợc điểm nữa là phƣơng pháp truyền dẫn tín hiệu thông thƣờng giữa các thiết bị trƣờng và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh hƣởng của nhiễu, gây sai số lớn.Vấn đề này đƣợc khắc phục bằng phƣơng pháp dùng bus trƣờng.
Hình 2.3 minh hoạ một cấu hình mạng với vào ra phân tán. Ở đây các module vào/ra đƣợc đẩy xuống cấp trƣờng gần kề với các cảm biến và cơ cấu chấp hành, vì vậy đƣợc gọi là các vào/ra phân tán hoặc vào ra từ xa. Một cách ghép nối khác là sử dụng các cảm biến và cơ cấu chấp hành thông minh, có khả năng nối mạng trực tiếp không cần thông qua các modul vào ra. Bên cạnh khả năng xử lý giao thức truyền thông, các thiết bị này còn đảm nhiệm một số chức năng xử lý tại chỗ nhƣ lọc nhiễu, chỉnh định thang đo, tự đặt chế độ, điểm làm việc, chẩn đoán trạng thái. Trong nhiều trƣờng hợp, các thiết bị có thể đảm nhận nhiệm vụ điều khiển đơn giản.
Sử dụng bus trƣờng và cấu trúc vào ra phân tán có những ƣu điểm sau:
Tiết kiệm dây dẫn và công đi dây, nối dây.
Giảm kích thƣớc hộp điều khiển.
Tăng độ linh hoạt hệ thống nhờ việc sử dụng các thiết bị có giao diện chuẩn.
Thiết kế và bảo trì dễ dàng nhờ cấu trúc đơn giản.
Khả năng chẩn đoán tốt hơn.
25
Hình 2.3. Hệ thống điều khiển tập trung I/O phân tán.