Các hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp có thể đơn giản đến t ơng đối phức tạp, nh ng chúng đều cấu trúc bởi ba thành phần cơ bản là thiết bị đo, thiết bị chấp hành và thiết bị điều khiển.
Giá trị đặt
Bộ điều khiển
(SP)
Tín hiệu đo (PM)
Hình 2.2 Các thành phần của hệ điều khiển quá trình Các thuật ngữ th ờng dùng :
- Giá trị đặt : Set point (SP), Set Value (SV)
- Tín hiệu điều khiển : Control Signal, Controller 0utput (C0)
- Biến cần điều khiển : Controled Variable (CV)
- Đại l ợng đo : Process Vaiue (PV)
- Tín hiệu đo : Process Measurement (PM)
Sơ đồ trên đây dựa trên câú trúc ghép nối truyền thống với các tín hiệu t ơng tự và vào/ra tập trung. Trong thực tế ng ời ta có thể sử dụng các cấu trúc
Luận văn cao học - 2009
ghép nối khác nh vào ra phân tán và sử dụng các công nghệ bus tr ờng. Khi đó quan hệ liên kết giữa các thành phần trong hệ thống có thể khác một chút về mặt hình thức, nh ng bản chất trao đổi thông tin không có gì khác biệt.
Đặc tr ng cơ bản của các thành phần trong hệ thống (hình 2.2)
* Thiết bị đo : Có chức năng cung cấp một tín hiệu ra tỷ lệ theo một nghĩa nào đó với đại l ợng đo. Một thiết bị đo th ờng gồm hai thành phần cơ bản là cảm biến và bộ chuyển đổi đo chuẩn ( transmitter ), tín hiệu ra từ cảm biến đ ợc khuyếch đại, điều hoà và chuyển đôỉ sang một dạng thích hợp cho thiết bị điều khiển, chỉ báo hoặc truyền xa, ví dụ dòng điện, điện áp, số xung
.... thiết bị đo có nhiệm vụ phải phản ánh chính xác diễn biến của quá trình. Trong nhiều tr ờng hợp, vai trò của thiết bị đo có quyết định to lớn đến độ chính xác của quá trình điều khiển. Ng ời ta th ờng phải xử lý tín hiệu đo nh lọc nhiễu, hạn chế biến độ tr ớc khi thực hiện các luật điều khiển.
Ngày nay, để phù hợp với công nghệ điều khiển cũng nh khả năng truyền thông, đầu ra của các bộ chuyển đổi đ ợc chuẩn hoá có thể là điện áp 0-10V, dòng điện 4-20mA .... và ứng dụng công nghệ bus tr ờng.
* Thiết bị điều khiển : (controller ) là một thiết bị tự động thực hiện chức năng điều khiển theo luật điều khiển đã thiết lập, là thành phần cốt lõi của một hệ thống điều khiển công nghiệp. Một bộ điều khiển có thể hiểu là một thiết bị điều khiển cứng, đơn lẻ ( ví dụ bộ điều khiển nhiệt độ ), một khối phần mềm cài đặt trong thiết bị điều khiển chia sẻ (PLC, máy tính ...)
Trên cơ sở các tin hiệu vào ( tín hiệu đo, tín hiệu đặt ) và một cấu trúc điều khiển/sách l ợc điều khiển đ ợc lựa chọn, bộ điều khiển thực hiện thuật toán điều khiển và đ a ra tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại quá trình kỹ thuật thông qua các thiết bị chấp hành. Tuỳ theo dạng tín hiệu vào ra và ph ơng pháp thể hiện luật điều khiển, một thiết bị điều khiển có thể đ ợc xếp loại là điều khiển t ơng tự (analog controller ), thiết bị điều khiển logic (logic controller ) hay thiết bị điều khiển số ( digital controller ). Một thiết bị điều khiển số đ ợc xây dựng trên nền tảng máy tính số, có thể thay thế chức năng của một thiết bị điều khiển t ơng tự hoặc một thiết bị điều khiển logíc.
22
Thiết bị điều khiển số có thể chấp nhận các đầu vào/ra là tín hịêu số hoặc tín hiệu t ơng tự với sự tích hợp các thành phần chuyển đổi t ơng tự - số nh cần thiết, tuy nhiên thuật toán điều khiển bao giờ cũng đ ợc thực hiện bằng máy tính số. Một thiết bị điều khiển số không những cho chất l ợng và tin cậy cao hơn, mà còn có thể đảm nhiệm nhiều chức năng điều khiển, tính toán và hiển thị.
* Thiết bị chấp hành : ( actuator system, final control element ) nhận
tín hiệu ra từ bộ điều khiển và thực hiện tác động can thiệp tới biến điều khiển. Các thiết bị chấp hành tiêu biểu trong công nghiệp là các bộ biến đổi điện tử công suất, động cơ điện, van điều khiển, máy bơm, quạt gió... ví dụ, tuý theo
tin hiệu điều khiển mà một van điều khiển thay đổi độ mở van và do đó thay đổi l u l ợng cấp, qua đó điều chỉnh mức chất lỏng trong bình. Một máy bơm có điều chỉnh tốc độ ( bơm ba pha với biến tần chẳng hạn ) cũng có thể sử dụng để thay đổi áp suất dòng chất lỏng hoặc dòng khí và qua đó điều chỉnh l u l ợng.