Càng ở những cấp dƣới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên đƣợc thực hiện dựa trên các chức năng cấp dƣới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh nhƣ ở cấp dƣới, nhƣng ngƣợc lại lƣợng thông tin cần
24
trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều. Thông thƣờng, ngƣời ta chỉ coi ba cấp dƣới thuộc phạm vi của một hệ thống điều khiển và giám sát. Tuy nhiên, biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) trên giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tƣởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp.
Hình 2.2. Mô hình phân cấp chức năng của một hệ thống điều khiển và giám sát
a. Cấp chấp hành
Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lƣờng, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trƣờng hợp cần thiết. Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lƣờng/truyền động đƣợc chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị
25
thông minh cũng có thể đảm nhận việc xử lý thô thông tin, trƣớc khi đƣa lên cấp điều khiển.
b. Cấp điều khiển
Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành. Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đó đƣợc ngƣời đứng máy trực tiếp đảm nhiệm qua việc theo dõi các công cụ đo lƣờng, sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết nhƣ ấn nút đóng/mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay v.v... Trong một hệ thống điều khiển tự động hiện đại, việc thực hiện thủ công những nhiệm vụ đó đƣợc thay thế bằng máy tính.
c. Cấp điều khiển giám sát
Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi đa số các chức năng nhƣ đo lƣờng, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống đƣợc các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ ngƣời sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thƣờng. Ngoài ra, trong một số trƣờng hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp nhƣ điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế biến dƣợc phẩm, hoá chất). Khác với các cấp dƣới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển giám sát thƣờng không đòi hỏi phƣơng tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thƣờng (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, termimal,...).
Nhƣ ta sẽ thấy, phân cấp chức năng nhƣ trên sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị. Trong thực tế ứng dụng, sự phân cấp chức năng có thể khác một chút so với trình bày ở đây, tùy thuộc vào mức độ tự động hoá và
26
Local Control
cấu trúc hệ thống cụ thể. Trong những trƣờng hợp ứng dụng đơn giản nhƣ điều khiển trang thiết bị dân dụng (máy giặt, máy lạnh, điều hòa độ ẩm,...), sự phân chia nhiều cấp có thể hoàn toàn không cần thiết. Ngƣợc lại, trong tự động hóa một nhà máy lớn hiện đại nhƣ điện nguyên tử, sản xuất xi măng, lọc dầu, ta có thể chia nhỏ hơn nữa các cấp chức năng để tiện theo dõi.