GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DCS VÀ ỨNG DỤNG DCS CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠ
5.1.2.2Trạm điều khiển cục bộ.
Cỏc trạm điều khiển cục bộ được xõy dựng theo cấu trỳc module. Cỏc thành phần của chỳng bao gồm:
o Bộ cung cấp nguồn, thụng thường là cú dự phũng.
o Khối xử lý trung tõm (CPU), cú thể lựa chọn loại cú dự phũng.
o Giao diện với bus hệ thống, thụng thường cũng cú dự phũng.
o Giao diện với bus trường, nếu sử dụng cấu trỳc vào/ra phõn tỏn.
o Cỏc module vào/ra số cũng như tương tự, cỏc module vào ra an toàn chỏy nổ.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 89 - Chuyờn ngành Tự động hoỏ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cỏc chức năng do trạm điều khiển cục bộ đảm nhiệm bao gồm:
o Điều khiển quỏ trỡnh: Điều khiển cỏc mạch vũng kớn (nhiệt độ, ỏp suất, lưu lượng, độ PH, độ đậm đặc....). Hầu hết cỏc mạch vũng đơn được điều khiển trờn cơ sở luật PID, giải quyết bài toỏn điều khiển điều chỉnh, điều khiển tỉ lệ. Cỏc hệ thống hiện đại cho phộp điều khiển mờ điều khiển dựa theo mụ hỡnh, điều khiển thớch nghi....
o Điều khiển trỡnh tự (Sequential Control)
o Điều khiển Logic.
o Điều khiển theo cụng thức (Recipe Control).
o Đặt cỏc tớn hiệu đầu ra về trạng thỏi an toàn trong trường hợp cú sự cố hệ thống.
o Lưu trữ tạm thời cỏc tớn hiệu quỏ trỡnh trong trường hợp mất liờn lạc với trạm vận hành.
o Nhận biết cỏc trường hợp quỏ ngưỡng giới hạn và đưa ra cỏc cảnh bỏo, bỏo động.
Chớnh vỡ đõy là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống, đại đa số cỏc trạm điều khiển cục bộ cú tớnh năng kiểm tra và sửa lỗi, cũng như cho phộp lựa chọn cấu hỡnh dự phũng. Một điều quan trọng là một trạm điều khiển cục bộ phải cú khả năng đảm bảo tiếp tục thực hiện cỏc chức năng núi trờn trong trường hợp trạm vận hành hoặc đường truyền bus gặp sự cố.
Cỏc mỏy tớnh điều khiển cú thể là mỏy tớnh đặc chủng của nhà cung cấp, PLC hoặc mỏy tớnh cỏ nhõn cụng nghiệp. Dựa trờn cơ sở này cú thể phõn loại cỏc hệ thống điều khiển phõn tỏn hiện nay: Cỏc hệ trờn nền PLC (PLC Base DCS) và cỏc hệ trờn nền PC (Computer Base DCS).
Cỏc yờu cầu quan trọng về mặt kỹ thuật được đặt ra cho một trạm điều khiển cục bộ là:
o Tớnh năng thời gian thực.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 90 - Chuyờn ngành Tự động hoỏ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
o Lập trỡnh thuận tiện cho phộp sử dụng/cài đặt cỏc thuật toỏn cao cấp.
o Khả năng điều khiển lai (liờn tục, trỡnh tự và logic).
Cỏc hệ DCS truyền thống cú sử dụng cỏc bộ điều khiển quỏ trỡnh đặc biệt theo kiến trỳc riờng của cỏc nhà sản xuất:
o AdvantOCS (ABB): Advant Controller, hệ điều hành riờng.
o Freelance 2000 (ABB): D-PS hợc D-FC, hệđiều hành pSOS.
o Symphonie (ABB): Melody, hệ điều hành pSOS.
o I/A Series (Foxboro): CP60, hệđiều hành VRTX.
o DeltaV (Fisher-Rosermount): Visual Controller, hệ điều hành TSOS.
o Plantscape (Honeywell): PlantScape Controller, hệ điều hành riờng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o Centum CS1000/3000 (Yokogawa): PFCS/PFCD, AFS10x/AFS20x, hệ điều hành ORKID.
Cỏc hệ DCS trờn nền PLC:
Một số hệ DCS trờn nền PLC tiờu biểu là SattLine (ABB), Process Logix (Rockwell), Modicon TSX (Schneider Electric), PCS7 (Siemens),… Thực chất, ngày nay đa số cỏc PLC vừa cú thể sử dụng cho bài toỏn điều khiển logic và điều khiển quỏ trỡnh. Tuy nhiờn, cỏc PLC được sử dụng trong cỏc hệ điều khiển phõn tỏn thường cú cấu hỡnh mạnh, hỗ trợ điều khiển trỡnh tự cựng với cỏc phương phỏp lập trỡnh hiện đại (vớ dụ SFC).
Tuy nhiờn, PLC cũng cú một số nhược điểm như sau: Số lượng quản lý đầu vào/ra analog hạn chế; thuật toỏn xử lý trờn cỏc biến analog kộm làm thời gian vũng quột tăng lờn lớn; cú thể thực hiện được phương ỏn điều khiển phõn tỏn nhưng khụng thể thay thế được cỏc hệ DCS thương phẩm (cơ sở dữ liệu nhỏ, độ tin cậy trong sản xuất kộm, khả năng dự phũng bị hạn chế, khụng cú khả năng thay đổi chương trỡnh trực tuyến,…).
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 91 - Chuyờn ngành Tự động hoỏ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Hỡnh 5.2: Cỏc thành phần chức năng chớnh của một PLC
Hỡnh 5.2 minh họa cỏc thành phần chức năng chớnh của một hệ thống thiết bị điều khiển khả trỡnh và quan hệ tương tỏc giữa chỳng. Về cơ bản, một PLC cũng cú cỏc thành phần giống như một mỏy vi tớnh thụng thường, đú là vi xử lý, cỏc bộ nhớ làm việc và bộ nhớ chương trỡnh, giao diện vào/ra và cung cấp nguồn. Tuy nhiờn, một điểm khỏc cơ bản là khụng được trang bị cỏc thành phần giao diện người-mỏy như màn hỡnh, bàn phớm và chuột. Vỡ vậy, việc lập trỡnh phải được thực hiện giỏn tiếp bằng một mỏy tớnh riờng biệt, ghộp nối với CPU thụng qua giao diện thiết bị lập trỡnh (thường là một cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232 hoặc RS-485).
Bộ xử lý trung tõm (Central Processing Unit, CPU) bao gồm một hoặc nhiều vi xử lý, bộ nhớ chương trỡnh, bộ nhớ làm việc, đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bị lập trỡnh, được liờn kết với nhau thụng qua một hệ bus nội bộ. Nhiệm vụ chớnh của CPU là quản lý cỏc cổng vào/ra, xử lý thụng tin, thực hiện cỏc thuật toỏn điều khiển. Bộ nhớ chương trỡnh thường cú dạng EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory) hoặc EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), chứa hệ điều hành và mó chương trỡnh ứng dụng. Dữ liệu vào/ra cũng như cỏc dữ liệu tớnh toỏn khỏc được lưu trong bộ nhớ làm việc RAM (Random Access Memory). Đồng hồ nhịp cú vai trũ tạo ngắt cứng để điều khiển chương trỡnh theo chu kỳ, thụng thường trong khoảng từ 0,01giõy tới 1000 phỳt.
Cỏc thành phần vào/ra (input/ouput, I/O) đúng vai trũ là giao diện giữa CPU và quỏ trỡnh kỹ thuật. Nhiệm vụ của chỳng là chuyển đổi, thớch ứng tớn hiệu và cỏch
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 92 - Chuyờn ngành Tự động hoỏ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
ly galvanic giữa cỏc thiết bị ngoại vi (cảm biến, cơ cấu chấp hành) và CPU. Cỏc thành phần vào/ra được liờn kết với CPU thụng qua một hệ bus nội bộ hoặc qua một hệ bus trường.
Bộ cung cấp nguồn (PS - Power Supply) cú vai trũ biến đổi và ổn định nguồn nuụi (thụng thường 5V) cho CPU và cỏc thành phần chức năng khỏc từ một nguồn xoay chiều (110V, 220V,...) hoặc một chiều (12V, 24V,...).
Bờn cạnh cỏc thành phần chớnh nờu trờn, một hệ thống PLC cú thể cú cỏc thành phần chức năng khỏc như ghộp nối mở rộng, điều khiển chuyờn dụng và xử lý truyền thụng.
Cỏc hệ DCS trờn nền PC:
Xu hướng sử dụng mỏy tớnh cỏ nhõn (PC) trực tiếp làm thiết bị điều khiển ngày nay đó trở thành thực tế phổ biến. thế mạnh của PC là cú tớnh năng mở, khả năng lập trỡnh tự do, hiệu năng tớnh toỏn cao và đa chức năng, hiệu quả về mặt kinh tế kỹ thuật lớn. Sự phỏt triển của kỹ thuật mỏy tớnh, cụng nghiệp phần mềm và cụng nghệ bus trường chớnh là cỏc yếu tố thỳc đẩy khả năng cạnh tranh của PC trong điều khiển cụng nghiệp.
DCS trờn nền PC là một hướng giải phỏp tương đối mới, một số sản phẩm trờn thị trường như PCS7 (Siemens, giải phỏp Slot-PLC), 4Control (Softing), Stardom (Yokogawa),… Giải phỏp này thể hiện nhiều ưu điểm về mặt giỏ thành, hiệu năng tớnh toỏn và tớnh năng mở. Một trạm điều khiển cục bộ chớnh là một mỏy tớnh cỏ nhõn cụng nghiệp được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực và cỏc card giao diện bus trường và card giao diện bus hệ thống.
Đối với giải phỏp điều khiển dựng mỏy tớnh thỡ một vấn đề thường rất được quan tõm là độ tin cậy của mỏy tớnh. Ưu điểm của hệ này là với cấu trỳc vào/ra phõn tỏn, mỏy tớnh điều khiển được đặt trong phũng điều khiển trung tõm với điều kiện mụi trường làm việc tốt; Mặt khỏc, ngày nay cú rất nhiều loại mỏy tớnh cỏ nhõn cụng nghiệp, đảm bảo độ tin cậy cao khụng kộm một PLC, khả năng gõy lỗi do phần mềm được giảm thiểu. Tuy nhiờn, đối với cỏc ứng dụng cú yờu cầu cao về tớnh sẵn sàng, độ tin cậy của hệ thống thỡ cần phải cú một giải phỏp dự phũng thớch hợp.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 93 - Chuyờn ngành Tự động hoỏ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn