1. Các cấu trúc điều khiển
1.1 Cấu trúc điều khiển tập trung với v o ra tà ập trung
Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được minh hoạ như trong Hình 1.3. Một máy tính duy nhất được dùng để điều khiển to n bà ộ
q trình kỹ thuật máy tính điều khiển ở đây(MTĐK) có thể l các bà ộ điều
khiển trực tiếp, máy tính lớn, máy tính cá nhân hoặc các thiết bị điều khiển
khả trình. Trong điều khiển công nghiệp, máy tính điều khiển tập trung thường đặt tại phòng điều khiển trung tâm, cách xa hiện trường. Các thiết bị cảm biến v cà ơ cấu chấp h nh à được nối trực tiếp, điểm-điểm với máy tính điều khiển tập trung qua các cổng v o/ra cà ủa nó. cách bố trí v o/ra tà ại máy
tính điều khiển như vậy cũng được gọi l v o ra tà à ập trung.
Đây l cà ấu trúc điều khiển tiêu biểu trong những năm 1965-1975.
Ng y nay, cà ấu trúc n y thà ường thích hợp cho những ứng dụng tự động có
quy mơ vừa v nhà ỏ, điều khiển các loại máy móc v thià ết bị bởi sự đơn giản,
dễ thực hiện v giá th nh mà à ột lần cho các máy tính điều khiển. Với cấu trúc
loại n y thì to n bà à ộ “trí tuệ” của hệ thống tập trung ở một thiết bị điều khiển
duy nhất. Do đó có những hạn chế sau:
- Công việc nối dây phức tạp, giá th nh caồ
- Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn - Độ tin cậy kém.
Cấu trúc v o/ra tà ập trung với cách ghép nối điểm-điểm có một nhược điểm cơ bản l sà ố lượng lớn các cáp nối, dẫn đến giá th nh cao cho dây dà ẫn
v công thià ết kế, lắp đặt. Một nhược điểm nữa l phà ương pháp truyền dẫn tín
hiệu thông thường giữa các thiết bị trường v thià ết bị điều khiển dễ chịu ảnh
hưởng của nhiễu, gây sai số lớn. Vấn đề n y à được khắc phục bằng phương
pháp dùng bus trường. Hình 1.4 minh hoạ một cấu hình mạng với v o ra phânà
tán. Ở đây các module v o/ra à được đẩy xuống cấp trường gần kề với các cảm
biến v cà ơ cấu chấp h nh, vì và ậy được gọi l các v o/ra phân tán hoà à ặc v o raà
từ xa. Một cách ghép nối khác l sà ử dụng các cảm biến v cà ơ cấu chấp h nhà
thơng minh, có khả năng nối mạng trực tiếp không cần thông qua các modul v o ra. Bên cà ạnh khả năng xử lý giao thức truyền thông, các thiết bị n y cònà đảm nhiệm một số chức năng xử lý tại chỗ như lọc nhiễu, chỉnh định thang đo, tự đặt chế độ, điểm l m vià ệc, chẩn đoán trạng thái... Trong nhiều trường
hợp, các thiết bị có thể đảm nhận nhiệm vụ điều khiển đơn giản.
Sử dụng bus trường v cà ấu trúc v o ra phân tán có nhà ững ưu điểm sau:
- Tiết kiệm dây dẫn v cơng à đi dây, nối dây.
- Giảm kích thước hộp điều khiển
- Tăng độ linh hoạt hệ thống nhờ việc sử dụng các thiết bị có giao diện chuẩn
- Thiết kế v bà ảo trì dễ d ng nhà ờ cấu trúc đơn giản
- Khả năng chẩn đoán tốt hơn
- Tăng độ tin cậy của to n hà ệ thống.
1.3 Điều khiển phân tán với v o ra tà ập trung
Trong đa số các ứng dụng có qui mơ vừa v là ớn, mơ hình điều khiển
tập trung sẽ khơng cịn phù hợp do 1 thiết bị điều khiển trung tâm khó có thể
đảm nhận được việc điều khiển to n bà ộ hệ thống. Do đó các chức năng điều
khiển sẽ được phân tán tới nhiều thiết bị điều khiển khác nhau. Một dây
chuyền sản xuất thường được chia th nh nhià ều phân đoạn, có thể được phân
bố tại nhiều vị trí cách xa nhau. Tại mỗi cơng đoạn ta có thể sử dụng hoặc một v i máy tính à điều khiển cục bộ v các máy tính cà ục bộ n y sà ẽ được kết nối
về trung tâm.
Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặt rải rác tại các phòng
điều khiển của từng phân đoạn, phân xưởng, ở vị trí khơng xa với q trình kỹ
thuật. Các phân đoạn có thể liên hệ tương tác với nhau, vì vậy để điều khiển q trình tổng hợp cần có sự điều khiển phối hợp giữa các máy tính điều khiển. Do đó các máy tính điều khiển được nối mạng với nhau v và ới một
hoặc một v i máy tính giám sát trung tà ập qua bus hệ thống. Giải pháp n y à
dẫn đến các hệ thống có cấu trúc điều khiển phân tán, hay được gọi l các hà ệ điều khiển phân tán. Ưu thế của hệ thống điều khiển phân tán không chỉ dừng
lại ở độ linh hoạt cao hơn so với cấu trúc tập trung. Hiệu năng cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống các cấp dưới.
1.4 Điều khiển phân tán với cấu trúc v o ra phân tánà .
Giải pháp sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu trúc v o/ra phânà
tán v các thià ết bị trường thơng minh chính l xu hà ướng phát triển trong xây
dựng các hệ thống điều khiển v giám sát hià ện đại. Bên cạnh độ tin cậy cao,
tính năng mở v à độ linh hoạt cao thì yếu tố kinh tế cũng đóng vai trị quan
Cấu trúc điều khiển phân tán với v o ra phân tánà
2. Hệ thống điều khiển phân tán
Cấu hình cơ bản của một hệ thống điều khiển phân tán đựơc minh hoạ trên hình vẽ bao gồm các th nh phần sau:à
- Các trạm điều khiển cục bộ(LCS-Local Control Station), đơi khi cịn
được gọi l các khà ối điều khiển cục bộ (LCU-Local Control Unit) hoặc các
trạm quá trình (PS-Process Station).
- Các trạm vận h nh (OS - Operator Station)à
- Các trạm kỹ thuật (ES – Engineering Station) v các công cà ụ phát
triển
Trạm điều khiển cục bộ:
Thông thường, các trạm điều khiển cục bộ được xây dưng theo cấu trúc module.
Các th nh phà ần của chúng bao gồm:
- Bộ cung cấp nguồn.
- Khối xử lý trung tâm (CPU). - Giao diện với bus hệ thống.
- Giao diện với bus trường, nếu sử dụng cấu trúc v o/ra phân tán.à
- Các module v o/ra sà ố cũng như tương tự, các module v o ra an to nà à
cháy nổ.
Các chức năng do trạm điều khiển cục bộ đảm nhiệm bao gồm: