• Tổng quan về giao diện người máy
Giao diện người máy cho phép thực hiện giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống thiết bị. Mục tiêu của giao diện người máy là đảm bảo việc vận hành và điều khiển hệ thống thiết bị một cách an toàn và hiệu quả nhất. Điều này được thực hiện qua thiết bị phần cứng và phần mềm qua các giao diện với :
- Đầu vào: Cho phép người vận hành tác động hay can thiệp thay đổi các chế độ hoạt động của hệ thống thiết bị.
- Đầu ra : Cho phép người vận hành có thể quan sát theo dõi tình trạng, chế độ hoạt động của hệ thống thiết bị.
Với tiêu chí an toàn hiệu quả, các giao diện phải được thiết kế để giảm thiểu số đầu vào và đảm bảo tối đa khả năng hiển thị, lưu trữ, truy cập dữ liệu. Ngày nay các giao diện người máy đều được thiết kế với các giao diện đồ hoạ và các cơ sở dữ liệu hết sức tiện dụng, hiệu quả.
• Giao diện người máy của hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu Giao diện người máy của hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu dựa trên giao diện đồ hoạ và hệ thống cơ sở dữ liệu để cung cấp các chức năng sau:
- Cho phép người vận hành được đặt tốc độ cấp liệu cho từng cân băng thành phần hay đặt loại sản phẩm thì tốc độ của từng cân băng sẽ được tự động đặt một cách tương ứng.
- Cho phép và trợ giúp người vận hành trong việc chỉnh định chạy thử từng băng tải hay toàn bộ hệ thống.
- Hiển thị tình trạng hoạt động của hệ thống với các biểu tượng được hoạt
hoá.
- Cho phép lưu trữ thông tin một cách đầy đủ chi tiết về tốc độ và lượng cấp liệu của từng băng tải.
- Cho phép in ấn, vẽ đồ thị, biểu đồ, tổng hợp dữ liệu của từng cân băng và của toàn hệ thống.
- Tích hợp và ghép nối với các hệ thống khác.
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
CHƯƠNG II
Phân tích hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
II.1 Các loại hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu và tiêu chí đánh giá
Ở Việt Nam nghành công nghiệp xi măng, do đặc điểm công nghệ, là nghành ứng dụng dây chuyền phối liệu nhiều nhất. Tổng thể hệ điều khiển dây chuyền phối liệu phải đáp ứng các yêu cầu sau:
• Có độ chính xác đủ để đáp ứng được yêu cầu công nghệ về t ỉ lệ của các thành phần nguyên liệu thành phần.
• Hiệu chỉnh các tỉ lệ phối liệu một các chính xác dễ dàng.
• Có thể giám sát theo dõi và điều chỉnh sự hoạt động của dây chuyền từ xa.
• Hệ điều khiển phải bền để có thể hoạt động lâu dài và ổn định trong môi trường làm việc khắc nghiệt.
• Dễ dàng trong việc bảo dưỡng, khắc phục sự cố, thay thế thiết bị.
• Khi thay đổi cải tạo nâng cấp về phần thiết bị động lực không phải thay thế hay nâng cấp lại hệ điều khiển.
Các yêu cầu nói trên sẽ là các tiêu chí để đánh giá hệ thông điều khiển của các dây chuyền phối liệu nói chung.
Đối với các hệ điều khiển dây chuyền phối liệu các thiết bị trường là cảm biến trọng lượng, cảm biến tốc độ và biến tần là giống nhau. Sự khác biệt chính là ở thiết bị điều khiển và thu thập dữ liệu. Trên cơ sở thực tế dây chuyền phối liệu ở các nhà máy xi măng tại Việt Nam ta gặp các loại hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu sau:
• Hệ thống điều khiển dựa tên máy tính
• Hệ thống điều khiển dựa trên PLC
• Hệ thống điều khiển dựa trên cân băng thương phẩm và card giao tiếp máy
tính
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
Trong các mục dưới đây ta sẽ đi sâu phân tích cụ thể cấu hình, ưu nhược điểm và ứng dụng của từng loại hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu. II.2 Hệ thống điều khiển dựa trên máy tính
II.2.1 Cấu hình chung của hệ thống
Các hệ thống điều khiển dựa trên máy tính có đặc điểm sau:
- Hệ điều khiển sẽ là hệ thống điều khiển tập trung.
- Máy tính sẽ làm nhiệm vụ đo lường, điều khiển, giao diện với nguời sử dụng.
- Thiết bị chính là các card tín hiệu được gắn vào khe PCI (Peripheral Component Interconnect slots) trên máy tính.
- Phần mềm hay driver cho các card tín hiệu này sẽ được các nhà sản xuất cung cấp dưới dạng các tệp chứa sẵn các đoạn mã lệnh giao tiếp với các đầu vào ra tín hiệu trên card như các tệp có đuôi dll (Dinamic link library). Người thiết kế dùng những tệp này để truy nhập tới các đầu vào ra của cá card tín hiệu
- Phần mềm chạy trên nền các hệ điều hành như DOS, WINDOW, LINUS…sẽ được phát triển trên các trình biên dịch như C#, C++, C buider, Visual Basic, Delphi….Phần mềm này làm cả nhiệm vụ đo lường, điều khiển và giao diện với người sử dụng.
- Truyền tin: chủ yếu là truyền tương tự 4-20mA cho cảm biến trọng lực và
biến tần
Ta có thể đưa ra một sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển cho một hệ thông dây chuyền phối liệu gồm 4 cân băng như hình II.1
Nhìn trên sơ đồ ta có thể thấy các đặc điểm chi tiết hơn như bộ cảm biến tốc độ sẽ là các cảm biến có đầu ra là tín hiệu tương tự. Chú ý là đối với các loại card tín hiệu vào ra tương tự nhà sản xuất thường tích hợp thêm các đầu vào và ra số để thực hiện một số chức năng báo hiệu và liên động số cho hệ thống điều khiển.
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
Hình II.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu dựa trên máy tính cho 4 cân băng
II.2.2 Thiết bị điển hình
Các loại card tín hiệu thường được chế tạo sản xuất theo chuẩn tín hiệu công nghiệp. Các loại card tín hiệu của hãng ACCESS IO sẽ được giới thiệu trong các mục làm ví dụ minh hoạ. Thông tin chi tiết co thể được tìm thấy tại trang web
http://www.accesio.com/. Các mục dưới đây cung cấp thông tin về các card tín hiệu phù hợp cho việc thiết kế hệ thống điều khiển cho ở Hình II.1.
• Card tín hiệu vào tương tự Gồm có các dòng sản phẩm dưới đây:
36
Mã hiệu Số đầu vào
PCI-
AI12-16 chung/ 8 kênh vi PCI-
AI12-16 chung/ 8 kênh vi
Bảng II.1: Card tín hiệu vào tương tự Đặc tính kỹ thuật chung :
-16 kênh đầu vào tương tự dất chung/ 8 kênh đầu vào tương tự vi sai.
- Bộ chuyển đổi tương tự số 12 bít, tốc độ lấy mẫu 100kHz.
- 8 mức điện áp vào lập trình được và chuẩn 4-20mA cho dòng.
- Tích hợp đồng hồ nhịp và các bộ định thời.
- Tương thích với PCI, PCI-X, điện áp 3.3V và 5V.
- Số kênh vào có thểt mở rộng lên 256 bới bộ dồn kênh.
- Phần mềm hỗ trợ: W indows 95/98/NT/2003 và LabView.
• Card tín hiệu ra tương tự Gồm có các dòng sản phẩm dưới đây:
Mã hiệu
Bảng II.2: Card tín hiệu ra tương tự Đặc tính kỹ thuật chung :
- Tương thích với PCI, PCI-X, điện áp 3.3V và 5V
- 6 hay 8 bộ chuyển đổ số tương tự 12 bít có bộ đệm.
37
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
- Tín hiệu dầu ra có thể được lập trình để theo các chuẩn sau:0 to +2.5V, 0 to +5V, 0 to +10V, -2.5 to +2.5V, -5 to +5V, -10V to +10V, 4 mA to 20 mA.
Hình II.2: Sơ đồ cấu trúc của card tín hiệu vào tương tự
38
Hình II.3: Sơ đồ cấu trúc của card tín hiệu ra tương tự II.2.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống
• Ưu điểm
- Khả năng tích hợp và lập trình hệ thống mạnh và uyển chuyển do sử dụng máy tính làm thiết bị xử lý chính.
39
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
- Giá thành rẻ.
- Bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng.
- Khi thay đổi phần cơ khí không cần phải thay đổi lại hệ thống điều khiển.
• Nhược điểm
- Hệ thống điều khiển tập trung nên độ chính xác không cao do ảnh hưởng của nhiễu trên đường truyền tín hiệu.
• Phạm vi ứng dụng
- Dùng cho các hệ thống phối liệu với yêu cầu chính xác phối liệu không cao như hệ thống cấp phối liệu xi măng lò đứng.
II.3 Hệ thống dựa trên PLC II.3.1 Cấu hình hệ thống
Bộ điều khiển logic lập trình được (Programmable Logioc Controller) PLC là một trong những bộ điều khiển được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Cấu tạo chung của các PLC gồm có bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit) CPU và các module vào ra đóng vai trò thu thập tín hiệu và điều khiển. Các module vào ra gồm có các module vào số, ra số, vào tương tự, ra tương tự, hay tích hợp vào/ra số, vào/ra tương tự với các chuẩn tín hiệu trong công nghiệp. Các hãng sản xuất PLC còn cung cấp các module chuyên dụng cho một một số các ứng dụng phổ biến như: PID, điều khiển nhiệt, lưu lượng, áp suất, điều khiển chuyển động….Ngoài ra các hãng cũng cung cấp các PLC cỡ nhỏ tích hợp luôn cả CPU và module vào ra để phục vụ quá trình đo lường, giám sát điều khiển các ứng dụng qui mô nhỏ.
Đặc điểm chung của các hệ thống dựa trên PLC là :
- Phần tính toán thực hiện thuật toán điều khiển do PLC thực hiện.
- Máy tính thực hiện nhiệm vụ giao diện tương tác với người sử dụng. Phần mềm có thể được thiết kế trên các phần mềm giao diện người máy của các hãng lớn như: WinCC, Citect,…hay thông qua các trình biên dịch như Visual Basic, C#...
- Hệ thống có thể được thiết kế theo kiểu hệ thống điều khiển tập trung hay hệ thống điều khiển phân tán.
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
- Truyền tin giữa thiết bị đo và PLC truyền tin tương tự và xung, giữa máy tính và PLC truyền tin số theo các chuẩn truyền tin công nghiệp.
Đối với hệ dựa trên PLC ta có thể có cấu hình hệ thống hết sức linh hoạt. Ta có thể thiết kế hệ điều khiển tập trung và hệ điều khiển phân tán. Hình dưới đây cho cấu hình thiết kế của hệ điều khiển cho dây chuyền phối liệu gồm 6 cân băng:
Hình II.4: Hệ thống điều khiển trung tâm với các module vào ra tương tự và số
41
II.3.2 Ví dụ về thiết bị
PLC được sản xuất theo các chuẩn công nghiệp với các hãng lớn như Siemens, GE, Rockwell, Mitsubishi, Omron, Toshiba … Tại Việt Nam thì PLC của Siemens được sử dụng rộng rãi nhất và sẽ được giới thiệu làm ví dụ minh hoạ.
Hình II.5: Hệ thống điều khiển phân tán với các PLC cỡ nhỏ • Hệ thống điều khiển tập trung
Tên thiết bị 6ES7 315-2AG10-0AB0 6ES7 331-1KF01-0AB0 6ES7 332-5HF00-0AB0 6ES7 321-1BH02-0AA0 42 download by : skknchat@gmail.com
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
6ES7 322-1BH01-0AA0 6ES7 350-2AH00-0AE0
Bảng II.3: Thiết bị cho hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu trên hình II.4 • Hệ điều khiển phân tán
Mã hiệu và tính năng thiết bị cho hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu trên hình II.5 :
Tên thiết bị
CPU 6ES7 214-1AD23-XB0 6ES7 235-0KD22-0XA0
Bảng II.4: Thiết bị cho hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu trên hình II.5 II.3.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống
• Ưu điểm
- Tính năng vận hành tốt do được thiết kế theo các chuẩn công nghiệp.
- Vận hành bảo trì bảo dưỡng đơn giản.
- Kết nối giao diện với các thiết bị khác dễ dàng theo chuẩn công nghiệp.
- Phần giao diện với người dùng tiện lợi và tin cậy khi được lập trình với các phần mềm HMI công nhiệp như WinCC, Citect…
• Nhược điểm
- Giá thành cao hơn nhiều so với hệ thống được xây dựng trên card tín hiệu
PLC.
- Đối với hệ thống điều khiển tập trung hệ thông điều khiển phân tán có ưu điểm là không cần cáp tín hiệu nối từ cân băng lên phòng điều khiển trung tâm nên giảm thiểu được sai số do truyền tín hiệu và các vấn đề có thể phát sinh đối với cáp tín hiệu đồng thời giảm chi phí mua và đi cáp. Đồng thời hệ thống điều khiển phân tán cũng giảm thiểu được thời gian dừng hoạt động do có thể có phương án dự phòng thiết bị rẻ và hiệu quả.
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
- Hệ thống điều khiển tập trung dựa trên PLC khó có thể đạt được độ chính xác cao do đường truyền tín hiêu do dài. Hệ thống điều khiển tập trung cũng khó đáp ứng được nhu cầu xử lý thời gian thực nếu tốc độ của băng tải lớn do CPU phải xử lý bài toán điều khiển của tất cả các cân băng tải.
- Hệ thống điều khiển phân tán dựa trên PLC cỡ nhỏ khắc phục được các nhược điểm của hệ thống phân tán nhưng khả năng tính toán và xử lý dữ liệu còn yếu nên khó thể đạt được độ chính xác cao và có phạm vi ứng dụng tương tự như của hệ thống điều khiển tập trung.
• Phạm vi ứng dụng
Cả hai loại hệ thống tạp trung và phân tán đều chủ yếu được thiết kế các hệ thống yêu cầu chất lượng phối liệu không cao như xi măng lò
đứng… II.4. Hệ thống điều khiển dựa trên cân băng thương phẩm II.4.1 Cấu hình chung của hệ thống
a. Cân băng thương phẩm là thiết bị được chế tạo riêng chuyên dùng cho các ứng dụng cân động với băng tải. Cân băng được các hãng sản xuất theo các chuẩn công nghiệp với độ chính xác từ rất cao 0.125% đến độ chính xác thấp hơn phù hợp với mục đích sử dụng.
b. Đặc điểm chung của hệ thống dự trên cân băng thương phẩm là:
- Việc tính toán đo và điều khiển của từng băng tải do các cân băng thực hiện
- Phần giao diện kết nối hệ thống sẽ được thực hiện qua máy tính và bộ kết nối dữ liệu.
- Hệ thống là hệ thống điều khiển phân tán
- Độ chính xác của việc điều khiển hoàn toàn do cân băng và các bộ cảm biến đi kèm
- Truyền tin:
+Truyền tin giữa cảm biến biến tần và cân băng là truyền tin tương tự 4- 20mA và xung.
+Truyền tin giữa cân băng và bộ kết nối hệ thống: Tương tự 4-20mA hay truyền tin số.
44
+Truyền tin giữa bộ kết nối và máy tính: truyền tin số.
c. Cấu trúc của hệ thống điều khiển dựa trên cân băng cho một dây chuyền phối liệu có 6 cân được cho ở hình dưới:
Hình II.6: Sơ đồ hệ thống điều khiển dựa trên cân băng II.4.2 Ví dụ thiết bị
Hệ thống điều khiển dây dây chuyền phối liệu dựa trên cân băng có cấu trúc linh hoạt ta có thể sử dụng phối hợp cân băng và PLC của các hãng khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể cho từng cân. Các thiết bị được trình bày trong các mục dưới đây có thể được lựa cho để xây dựng nên hệ thông điều khiển dây chuyền cấp liệu như hình II.6.
45
Chương II Phân tích các hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu
• Cân băng
Có rất nhiều loại cân băng với độ chính xác khác nhau. Việc lựa chọn cân băng với độ chính xác mong muốn phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ của quá trình