Bài giảng Điều khiển nhà máy điện - Chương 2: Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất và các hệ điều khiển. Chương này cung cấp cho học viên những kiến thức về: các khái niệm điện cơ bản; các hệ thống điều khiển; hệ điều khiển tập trung/DCS; yêu cầu công nghệ sản xuất;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Trang 1BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY ĐIỆN
Trang 2CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
& CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Trang 3Là cấp cảm biến hay cấp trường, thực hiện kết nối các thiết bị điều khiển với các cảm biến và cơ cấu chấp hành
Khái niệm
Thực hiện các chức năng điều khiển và kết nối các thiết bị điều khiển, điều khiển lPLC, CNC, máy tính công nghiệp,…
Thực hiện điều hành giám sát, đánh giá kết quả, kết nôi các quy trình, tối ưu hóa các quy trình
Thực hiện giám sát điều khiển giao diên HMI, đk giám sát cấp cao, lưu trữ lập báo cáo, thống kê,…
Điều hành chung mọi hoạt động của nhà máy/công ty (Cấp cao nhât)
Trang 4CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Mục đích chung của các hệ thống điều khiển
- An toàn cho người và thiết bị trong hoạt động sản xuất
- Vận hành kinh tế, tin cậy
- Nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất
- Tăng sản lượng
Trang 5Đặc trưng các lĩnh vực ứng dụng điều khiển
Công nghiệp chế biến, khai thác Công nghiệp chế tạo, lắp ráp
Các bài toán điều khiển tiêu biểu là điều khiển
quá trình (process control), điều khiển trình tự
(sequence control), bên cạnh điều khiển logic.
Các thiết bị được dùng phổ biến là PLC, DCS,
(I)PC, Compact Digital Controllers.
Các bài toán điều khiển tiêu biểu là điều khiển logic, điều khiển chuyển động, điều khiển sự kiện rời rạc Các thiết bị được dùng chủ yếu là PLC, CNC, PC Nay các hệ DCS cũng tìm được một số ứng dụng trong lĩnh vực này
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Trang 6Các hệ thống điều khiển hiện nay
Điều khiển logic: Thực hiện việc điều khiển
liên động, logic trình tự cho quá trình công nghệ Sử dụng toán học logic cho các ứng dụng điều khiển logic
Trang 7CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Ưu điểm diều khiển logic:
- Tốc độ xử lí cao
- Thời gian vòng quét nhỏ (cỡ vài μs-ms/vòng quét)
- Thường được sử dụng cho điều khiển một máy hoặc một quá trình độc lập
- Sử dụng các giao thức truyền thông: Profibus, Devicenet, Asi,…
- Kết nối với DCS, HMI,…
- Quản lý dễ dàng tín hiệu đầu vào/đầu ra
Nhược điểm diều khiển logic:
- Không hỗ trợ hoạt động đa nhiệm (Multi – Task)
- Thuật toán xử lí các tín hiệu Analog kém – không phù hợp điều khiển/điều chỉnh
- Cơ sở dữ liệu nhỏ, chưa mang tính toàn cục
- Độ tin cậy chưa cao do chưa có tính dự phòng
- Không thay đổi chương trình lập trình trực tuyến
Trang 8CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Hệ thống điều khiển với cấu trúc điều khiển phân tán (DCS_Distributed control
system): là hệ thống điều khiển phân tán_ dùng để chỉ các lớp hệ thống điều khiển sử
dụng kiểu cấu trúc phân tán.
Bao gồm: Phần cứng + Phần mềm + Truyền thông
Đặc điểm của hệ thống điều khiển DCS
- Các thiết bị có thể trao đổi trực tiếp dữ liệu với nhau
- Có khả năng xử lí các tín hiệu tương tự chuỗi quá trình phức tạp
- Khẳ năng tích hợp dễ dàng, quản lý từ vài trăm đến vài nghìn điểm vào/ra
- Điều khiển nhiều vòng/nhiều tầng
- Sử dụng linh hoạt nhiều thuật toán lập trình khác nhau
Trang 9CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Đặc điểm của hệ thống điều khiển DCS
- Được hỗ trợ nhiều hệ truyền thông khác nhau: Profibus, Ethenet, Foundfilebus,
- Độ tin cậy cao nhờ có hệ thống dự phòng ở tất cả các thành phần (môn DCS&SCADA)
- Cơ sở dữ liệu có tính chất toàn cục và thống nhất
Trang 10CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Hệ lai: Hybird Control System: Dựa trên sự kết hợp của nền tảng PLC và cấu trúc DCS
Thiết bị điều khiển hệ lai: Có thể tùy biến để hoạt động như bộ PLC, hoặc như thiết bị điều
khiển quá trình Thực hiện được cả quá trình liên tục và gián đoạn => quản lý đc hơn 10000 điểm vào ra (thiết bị hệ lai thường nhỏ hơn so với thiết bị của hệ DCS)
Hệ lai thường được điều khiển theo dây chuyền, theo khối và có vận hành giám sát.
Công cụ phát triển được xây dựng trên nhiều ngôn ngữ lập trình bậc cao
Hạn chế của hệ lai: Khi lưu lượng truyền thông lớn, hạn chế về điểm vào ra, đặc biệt khi chu
kỳ điều khiển nhỏ Khả năng mở rộng CSDL (khoảng 60.000 Tags)
Delta V, Simatic PCS 7, Stardom, Freelace
Trang 11CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Điều khiển tập trung/phi tập trung/ điều khiển phân tán
Dựa vào cấu trúc và chiến lược điều khiển đối tượng để xác định hệ điều khiển tập trung hay điều khiển phi tập trung
Ưu điểm của điều khiển phi tập trung/phân tán:
- Tiết kiệm được đường truyền/cổng nối
- Hiệu suất và độ tin cậy tăng
- Độ linh hoạt trong việc thay thế mở rộng hệ thống cao
- Khả năng cập nhật bổ sung trong hệ thống thuận tiện hơn
Trang 12CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
Yêu cầu công nghệ sản xuất
Nhóm nhà máy có công
nghệ liên tục từ đầu đến cuối
quá trình sản xuất
Nhóm nhà máy có công nghệ chia thành nhiều công đoạn độc lập với nhau (gián đoạn)
Nhóm nhà máy có công nghệ gồm cả liên tục và gián đoạn
Hệ đa thông số/ nhiều đầu vào
ra.
Hệ thông số rải/các thông số
biến thiên lớn
Các đối tượng điều khiển là phi
tuyến
Điều khiển tối ưu/thích nghi/mô
hình dự báo…điều khiển bền
vững, chất lượng
Cho các ngành nghề lắp ráp, gia công, chế biến,…
Các tín hiệu thường là tín hiệu logic, dùng để tác động/đóng/cắt các khâu.
Chủ yếu sử dụng PLC, điều khiển – điều chỉnh,
Độ tin cậy và tính an toàn thấp hơn
Cho các ngành nghề sản xuất
xi măng, dược phẩm, linh kiện bán dẫn,….Các nhà máy chia nhiều công đoạn độc lập nhau.
Sử dụng cả PLC, DCS, điều khiển liên tục/rời rạc.
Thường sử dụng các hệ lai
Trang 13Tổng kết chương 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN