L ỜI MỞ ĐẦU
2.2.Tổng quan về hệ thống ABB IndustrialIT
800xA 2.2.1. Giới thiệu chung
Industrial IT là một hệ điều khiển: * Tích hợp công nghệ thông tin.
* Tiện lợi trong việc xây dựng chương trình điều khiển, thiết kế các giao diện vận hành và giám sát quá trình sản xuất.
* Tính linh hoạt cao, thích hợp với các ứng dụng từ nhỏ tới lớn.
* Truyền thông mở, có thể lựa chọn nhiều chuẩn truyền thông quen thuộc. * Có các gói phần mềm hỗ trợ rất mạnh trong việc lập trình ứng dụng cũng như thiết kế giao diện. Ta có thể sử dụng các thành phần đối tượng đơn lẻ như động cơ, tank chứa, máy bơm...cũng như các khối điều khiển động cơ, các khối PID… được hỗ trợ sẵn trong các thư viện để xây dựng nên hệ thống của mình hoặc có thể sử dụng các gói thiết kế sẵn cho các ứng dụng quen thuộc như hệ thống điều khiển trong nhà máy xi măng, nhà máy nhiệt điện, thủy điện, hoá chất…
Hình 2.3. Sơ đồ hệ IndustrialIT
2.2.2. Các thành phần của hệ IndustrialIT
ControlIT: Bao gồm các thiết bị phần cứng, các gói phần mềm và các thiết bị phục vụ cho việc điều khiển thời gian thực, giám sát và quản lý các biến quá trình.
OperateIT: Gồm các bộ phần mềm và phần cứng phục vụ cho việc giao tiếp với người vận hành, cung cấp thông tin phục vụ cho việc giám sát và vận hành mọi lúc mọi nơi với nhiều cấp độ khác nhau.
EngineerIT: Là bộ công cụ phần mềm rất mạnh của ABB cho phép định cấu hình các hệ tự động và thiết bị quá trình một cách nhanh chóng bao gồm xử lý đồ họa, cấu trúc phần cứng và xây dựng tài liệu kỹ thuật.
CommunicateIT: Gồm các công cụ phục vụ cho việc truyền thông và giao tiếp nhằm đảm bảo năng lực, độ tin cậy và tính bảo mật cao.
DesignIT: Gồm phần mềm và các dịch vụ để tối ưu quá trình thiết kế mẫu mã sản phẩm, đào tạo và lập dự án.
DriveIT: Bao gồm các bộ điều khiển động cơ, van… các giải pháp phần mềm nhằm cung cấp và cải thiện hiệu quả chuyển động, mômen, tốc độ….
AdviseIT: là công cụ phần mềm của ABB hỗ trợ việc tính toán các thông số quá trình, chất lượng sản phẩm, giám sát các thông số của thiết bị, chuẩn đoán lỗi và đưa ra các chỉ dẫn cho người vận hành.
CollaborateIT: Gồm các giải pháp phần mềm nhằm tăng cường sự phối hợp sản phẩm của các nhà cung cấp và sản xuất thiết bị khác nhau.
2.3. Bộ điều khiển AC800M
2.3.1.Cấu trúc phần cứng của AC800M
AC 800M có thể được hiểu như một cấu trúc phần cứng mà ở đó các đơn vị phần cứng riêng lẻ được nối với nhau, phụ thuộc vào cấu trúc của các unit và hệ điều hành được chọn và nó có thể lập trình để thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Một bộ điều khiển AC800M được tạo nên bằng cách kết nối các cấu trúc phần cứng AC800M.Cấu trúc phần cứng gồm:
+ Các CPU: PM851/PM856/PM860/PM861/PM864/PM865. + Các giao tiếp truyền thông cho những thủ tục khác nhau: CI852/CI853/CI854/CI854A/CI855/CI856/CI857/CI858/CI80.
+ Các đơn vị cung cấp các mức năng lượng khác nhau. SD821/SD822/SD823/SS822/SS823.
+ Nguồn dự phòng SB821.
Các hệ thống vào/ra khác nhau có thể được nối với bộ điều khiển AC800M trực tiếp với S800I/O hoặc qua PROFIBUS DP ,PROFIBUS DP –V1 hay FOUNDATION Fieldbus.
AC800M Đơn Vị xử lý (Processor Unit) Hệ thống vào ra (I/O system) S800 I/O Giao tiếp truyền thông
(Communication Interface)
Hình 2.4.Cấu hình bộ điều khiển AC800M với module vào ra S800 I/O
2.3.1.1. Đơn vị xử lý PM8xx/TP của AC800M
Về mặt vật lý PM8xx/TP830 gồm 2 phần cơ bản :
+ CPU PM856/PM860/PM861/PM864 với bộ xử lý và bản cấp nguồn. + Tấm cơ sở TP830để đặt các bản kết nối.
2.3.1.2. Các module giao tiếp truyền thông
AC800M là một cấu hình mạnh, ngoài những kết nối với các module vào ra thông qua modulebus, để mở rộng truyền thông người ta sử dụng CEX-Bus.CEX – bus giúp trải dài cổng truyền thông trên board cùng với những giao tiếp truyền thông bổ sung. PROFIBUS DB-V0/V1, FOUNDATION Fieldbus H1, FOUNDATION Fieldbus High Speed Ethernet và các cổng RS-23C là vài ví dụ của những kiểu unit sẵn sàng cho việc kết nối tới CEX-Bus. Nó có thể được dùng làm giao tiếp truyền thông dự phòng.
Bằng cách thêm các module giao tiếp truyền thông qua CEX-Bus, số thủ tục truyền thông và các cổng truyền thông trên CPU là CN1,CN2,COM3,COM4 sẽ được mở rộng. Số lượng moldule có thể có trên CEX – bus được chỉ ra ở bảng dưới đây: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 2.1. Khả năng kết nối của AC 800M với các module
Module
Số lượng cổng trong CEX- bus Số các cổng trên mỗi Module Tối đa Tổng số CI851 - PROFIBUS DP 12 12 1 CI852 - FOUNDATION Fieldbus 12 1 CI853 - RS232-C 12 2 CI854 - PROFIBUS DP-V1 12 2
CI855 - Ethernet for MasterBus 300
12 2
CI856 - S100 12 1
2.3.1.3. Hệ thống vào ra
Một đặc điểm quan trọng nữa khi nói đến AC 800M chính là hệ thống vào ra của nó. AC800M có thể kết nối tới 192 tín hiệu I/O qua Electrical ModuleBus, 1344 tín hiệu I/O qua Optical ModuleBus ngoài ra còn một số lượng lớn I/O qua PROFIBUS DP-V0 và PROFIBUS DP-V1.
Các module vào ra giúp trao đổi thông tin giữa AC800 với các thiết bị trường.Mỗi loại module vào ra khác nhau sẽ có đặc điểm khác nhau để phù hợp với từng điều kiện đặt ra. Đối với các ứng dụng quan trọng đòi hỏi cấu hình dự phòng thì chỉ có thể sử dụng module S800 và S900 do S100 và S200 không hỗ trợ khả năng dự phòng.Ngoài ra còn một số lưu ý khi kết nối module vào ra như:
+ Kết nối với S100 I/O thông qua khối giao tiếp CI 856. + ModuleBus chỉ kết nối với S800 I/O
+ Kết nối với tất cả các loại I/O thông qua Profibus DP hoặc Profibus DP/V1.
Hình 2.6. Các dạng module vào ra S800
Bản thân bên trong mỗi loại module vào ra lại chia làm 4 loại là AI, AO,DI, DO với nhiều dòng tuân theo các chuẩn tín hiệu như : 4-20 mA, 0-20 mA, 0-10 V, 0-5 V ...
Loại module vào ra phổ biến nhất hiện nay là S800. Các module S800 tương tự có 8 cổng, các module S800 số có 16 cổng.
Bằng việc nối bus từ bộ điều khiển AC800M tới các module vào ra sẽ giúp ta thiết lập được hệ thống vào ra phân tán, làm tăng độ tin cậy của tín hiệu và tiết kiệm dây dẫn.
Sau đây ra đi tìm hiểu một vài phương pháp vào ra với bộ điều khiển AC800 M:
Local I/O
ModuleBus trong AC 800M bao gồm có một cổng nối điện và một cổng nối quang được tích hợp sẵn trên CPU.
ModuleBus cho phép nối tối đa với 8 nhóm, tương ứng tối đa 96 khối S800 I/O trong cấu hình CPU đơn.
Ở chế độ dự phòng, S800 I/O chỉ nối được qua Optical ModuleBus và không thể nối qua Electrical Module. Mỗi CPU được nối với một nhóm I/O thông qua khối TB840.
Remote I/O
PROFIBUS DP và PROFIBUS DP – V1.
Một phân đoạn PROFIBUS DP/DP–V1 có khẻ năng cung cấp tới 32 node và có thể kết nối trực tiếp đến module truyền thông CI851 đi kèm nền TP851, tại các trạm vào ra S800 cần sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu CI 830. Hoặc nếu muốn nối PROFIBUS DP-V1 CI854/TP854, các trạm vào ra S800 cần sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu CI 830 hoặc CI 840. Các phân đoạn mạng này có thể được mở rộng hơn nữa khi sử dụng các bộ lặp tín hiệu repeater.
PROFIBUS PA có thể nối với PROFIBUS DP/DP-V1 thông qua thiết bị cổng chuyển đổi. Và PROFIBUS DP/DP–V1 có thể kết nối với tất cả các hệ thống vào ra
Hình 2.7. Kết nối AC 800M với S800
FOUNDATION Fieldbus:
FOUNDATION Fieldbus định nghĩa hai mặt truyền thông, H1 và HSE. H1 cho phép một tốc độ truyền tin 31,25 Kbit/s. Nó thì tốt nhất để sử dụng cho truyền thông trực tiếp giữa các thiết bị trường trong một mối liên kết... Hệ thống con FF giao tiếp trên bộ điều khiển IEC 61131 sử dụng một FF HSE unit CI860 trên AC 800M.
2.3.2.Kết nối AC800M với mạng điều khiển
Control Network là mạng điều khiển theo chuẩn Ethernet. Mạng điều khiển là một vùng mạng có IP riêng cho các dữ liệu thời gian thực và hệ thống truyền thông chung giữa các máy tính, có thể mạng chỉ là 1 vài điểm hoặc cũng có thể lên tới hàng trăm điểm.
Hình 2.9.Một ví dụ của kết nối vào ra với FOUNDATION FIELDBUS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mạng có thể tận dụng nhiều loại kết nối khác nhau hoặc dùng kết hợp nhiều loại mạng với nhau, chẳng hạn như Fast Ethernet và PPP.
AC800M luôn được kết nối tới Control Network bằng cáp STP Twisted khi sử dụng trong môi trường công nghiệp cần được chuyển đổi sang mạng cáp quang Fiber Optic bằng cách sử dụng Hub hoặc Switch có cả 2 cổng điện và quang.
Các khối CPU PM8xx/TP830 cung cấp các cổng truyền thông sau: CN1 và CN2COM3, COM4.
2.3.3.Gói phần mềm cho AC800M
ABB cung cấp 2 công cụ phần mềm là ControlIT
For AC800M/C và Process Portal A để giúp người sử dụng việc thao tác lập trình, thiết kế và giám sát hệ thống. ControlITcho AC800M/C là công cụ thiết kế phần cứng và lập trình điều khiển cho các thiết bị. ControlIT
gồm có 2 công cụ chính đó là Control Builder và AC 800M connect.Còn Process Portal A cung cấp môi trường là việc như là thiết kế giao diện điều khiển giám sát và giao diện với người dùng.
2.3.3.1. Control Builder
Control Builderlà công cụ lập trình và thực hiện các công việc bảo trì hệ thống.
Control Builder M cung cấp 5 loại ngôn ngữ lập trình khác nhau: + Function Block Digram FBD
+ Structured Text ST + Intruction List IL + Ladder Diagram LD
+ Sequential Function Chart SFC
2.3.3.2. Process Portal A
Process Portal A là sản phẩm trợ giúp cho việc giám sát và điều khiển tiến trình. Nó bao gồm những đặc tính hỗ trợ cho công việc điều khiển và giám sát trở nên hiệu quả hơn. Những đặc tính đó như là: trình bày những hình ảnh của một tiến
trình, cách sử dụng các faceplate, trình bày những đồ thị và alarm .Những thành phần của Process Portal A:
+ Operator Workplace. + Plant Explores Workplace. + Advanced Operator Workplace.
+ Sample Advanced Operator Workplace. + Large Operator Workplace.
2.3.3.3. AC800M connect
Để có thể kết nối mạng AC800 M ngoài Control Builder và PPA ta cần phải sử dụng thêm gói phần mềm AC800M connect là một sản phẩm phần mềm nằm trong ControlIT cho AC800M.
AC 800M Connect phải được cài đặt trong tất cả các máy tính trong hệ thống. Dưới đây là sơ đồ vị trí và vai trò cụ thể của từng phần mềm trong gói AC800 Connect.
Trong đó :
+ Controller AC 800M: là các bộ điều khiển quá trình.
+ Control Builder: dùng để thiết lập cấu hình cho hệ thống: số các bộ điều khiển được sử dụng, địa chỉ các thiết bị trong hệ thống, chế độ hoạt động đơn lẻ hay dự phòng.
+ OPC Server: kết nối dữ liệu, đưa dữ liệu từ MMS Server lên, kết nối với giao diện đồ họa để tạo nên giao diện quá trình ở trên trạm vận hành.
+ MMS Server: trao đổi dữ liệu giữa Control Builder với Controller và OPC Server.
+Process Portal Aspect Server: thiết lập giao diện đồ họa các đối tượng trong quá trình.
+ Process Portal A Connectivity Server: kết nối các giao diện đồ họa với các tín hiệu quá trình tương ứng nhận được từ OPC Server để tạo thành giao diện quá trình.
+ Operator Workplace:là nơi theo dõi trực tiếp các diễn biến của quá trình sản xuất, các dữ liệu thời gian thực được thể hiện trên giao diện quá trình. Người vận hành cũng có thể can thiệp vào hệ thống trong phạm vi hệ thống cho phép.
Control Builder muốn truy nhập dữ liệu từ Process Portal A thì cần phải được cài trên cùng một máy tính, Control Builder sẽ giao tiếp trực tiếp với Process Portal A Client/Server. Các đối tượng trong Control Builder sẽ được ánh xạ vào trong Process Portal A, khi đó các đối tượng này cũng sẽ được coi như các đối tượng.Khi hoạt động ở chế độ Online, Process Portal A giao tiếp với bộ điều khiển thông qua OPC Server, sử dụng thông tin trong các đối tượng điều khiển.
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO CÔNG ĐOẠN HẤP THỤ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1. Xây dựng cấu hình điều khiển công đoạn hấp thụ – nhà máy sản xuất axit sunfuric axit sunfuric
3.1.1. Đặt vấn đề
Cấu hình sử dụng cho hệ thống sản xuất axit sunfuric tại công ty cổ phần DAP là hệ DeltaV - Emerson. Hệ này có độ bền cao, phù hợp với môi trường có bụi, có độ ăn mòn như phân xưởng sản xuất axit sunfuric. Nhìn chung các thiết bị đo lường và điều khiển sử dụng ở đây thuộc lại tốt và mới được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên trong thiết kế hệ thống điều khiển còn có một số điểm thiếu sót và chưa hợp lý dẫn tới làm hạn chế các ưu điểm sẵn có của các thiết bị điều khiển. Chẳng hạn: Hệ thống điều khiển này tuy có dự phòng đối với CPU nhưng lại không dự phòng một số vào/ra quan trọng. Thiết bị dự phòng và thay thế không có sẵn. Do đó, việc duy trì thiết bị dự phòng là hết sức cần thiết nhằm giảm thời gian dừng máy khi có sự cố hay khi bảo dưỡng. Ngoài ra hệ thống do đối tác nước ngoài xây dựng do vậy công việc bảo hành bảo trì cũng như xử lý sự cố cần có nhà cung cấp tới chi phí cao và cần thời gian.
Công đoạn hấp thụ sản xuất axit sunfuic là một công đoạn quan trọng trong sản xuất axit sunfuric và ta chọn là công đoạn ta trích mẫu xây dựng hệ điều khiển vận hành và giám sát.
3.1.2.Lựa chọn cấu hình điều khiển tổng quan
Hệ thống điều khiển của công đoạn hấp thụ khi có các chế độ như sau:
- Chế độ tự động;
- Chế độ bán tự động;
- Chế độ bằng tay thông qua công tắc trên bảng điều khiển Chức năng hệ thống khi thiết kế phải đáp ứng:
- Hệ thống điều khiển có khả năng độc lập điều khiển hoạt động ngay cả khi máy tính có sự cố.
- Cài đặt và thay đổi các thông số điều khiển, chế độ làm việc của hệ thống các tham số hoạt động của thiết bị.
- Tự bảo vệ hoạt động an toàn, bảo vệ hệ thống, các thiết bị đo, điều khiển và các thiết bị khác. Có khả năng cảnh báo và lưu lại sự thay đổi của hệ thống bằng chuông, đèn.
- Hiển thị các số liệu các thông số đo lường, trạng thái hoạt động của hệ thống trên máy tính điều khiển. Hiển thị sơ đồ công nghệ hệ thống và các sơ đồ có liên quan.
- Số liệu được lưu trữ, thống kê thuận tiện cho quản lý vận hành.Vẽ đồ thị các tham số môi trường trong toàn hệ thống và in ra dưới dạng báo cáo, số liệu cho phần mềm quản lý.
- Có khả năng bảo mật phần mềm.
- Có khả năng phối ghép với các mạng khác.
- Có khả năng mở rộng hệ thống trong tương lai.
Hình 3.1. Cấu hình điều khiển công đoạn hấp thụ
24VDCDI RWF 2 1615141312111098765431 cN 1cN 2 ABB com 3com 4 cN 1cN 2 ABB com 3com 4 AS2 AS1 CS2 Tñ m¸y chñ CS1 client/server nettwork control nettwork AS2/OS2 AS1/OS1 CS1/ES CS2/OS3 pROFIBUS DP tr¹m 1 tr¹m 2
* Hệ thống điều khiển bao gồm bốn máy chủ tên là DCCS1, DCCS2, AS1, AS2 có chức năng cụ thể như sau:
- Máy chủ DCCS1 primary domain controller và primary connectivity server: Cài kết hợp Domain Controller và Connectivity Server.Connectivity Server: có chức năng định tuyến cho việc truyền thông dữ liệu từ controller lên Aspect Server thông qua mạng. Vài nhóm Connectivity Server có thể tồn tại trong một hệ thống, mỗi nhóm phục vụ