BÁO cáo tìm HIỂU FREELANCE SOFTWARE và ỨNG DỤNG

1.2 Phân loại 1.Hệ thống DCS truyền thống Các hệ thống này sử dụng các bộ điều khiển quá trình theo kiến trúc riêng của từng nhà sản xuất.Các hệ thống cũ thường đóng kín, ít tuân theo cá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Tuấn Ninh

Sinh viên : Đoàn Hữu Phong

Mssv : 20192012

Lớp : TĐH 06

Lời mở đầu.

Hiện nay, khi các ngành công nghiệp đang phát triển vô cùng mạnh

mẽ Song hành với đó là các công cụ, máy móc phục vụ cho sản xuất ngày càng hiện đại giúp đẩy mạnh sản lượng, chất lượng sản phẩm Việc tự động hóa máy móc trong các nhà máy đang được chú trọng phát triển để đạt hiệu quả cao, giảm bớt nhân công và dễ dàng cho việc sửa chữa, lắp đặt Trong kỳ thực tập kỹ thuật này Em được giao đề tài tìm hiểu về phần mềm Freelance của hãng ABB phát triển Sau đây, em xin phép được trình bày những hiểu biết của mình về phần mềm trong báo cáo này sau một tháng tìm hiểu.

1 Hệ thống điều khiển phân tán (DCS)

1.1 Khái niệm

DCS là từ viết tắt của “Distributed Control System” trong tiếng anh, được dịch nghĩa là

“hệ thống điều khiển phân tán” DCS là một hệ thống điều khiển cho một dây chuyền sản xuất, một quá trình hoặc bất cứ một hệ thống động học nào, trong đó các bộ điều khiển không đặt tập trung tại một nơi mà được phân tán trên toàn hệ thống với mỗi hệ thống con được điều khiển bởi một hoặc nhiều bộ điều khiển

1.2 Phân loại

1.Hệ thống DCS truyền thống

Các hệ thống này sử dụng các bộ điều khiển quá trình theo kiến trúc riêng của từng nhà sản xuất.Các hệ thống cũ thường đóng kín, ít tuân theo các chuẩn giao tiếp công nghiệp, các bộ điều khiểnđược sử dụng cũng thường chỉ làm nhiệm vụ điều khiển quá trình, vì vậy phải sử dụng kết hợp các thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller)

2.Hệ thống DCS trên nền PLC

Hầu hết các PLC hiện đại không chỉ có thể thực hiện các phép tính logic đơn giản, mà còn có khảnăng làm việc với các tín hiệu tương tự và thực hiện các phép toán số học, các thuật toán điều khiển phản hồi PLC được sử dụng trong các hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh,

hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại

3.Hệ thống DCS trên nền PC

Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình PLC và các bộ điều khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC chính là tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chứcnăng, cũng như giá thành cạnh tranh

1 DCS: Hệ thống điều khiển phân tán

1.3 Cấu trúc

Một hệ thống điều khiển phân tán DCS bao gồm các thành phần chính sau:

1 Trạm điều khiển cục bộ (local control station, LCS)

Trạm điều khiển cục bộ đôi khi còn được gọi là các khối điều khiển cục bộ (local control unit, LCU) hoặc các trạm quá trình (process station, PS) Các trạm điều khiển cục bộ thuộc cấp điều khiển, là nơi thực hiện mọi chức năng điều khiển cho một công đoạn Các trạm này thường được đặt trong phòng điều khiển hoặc phòng điện ở cạnh phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần khu vực hiện trường

2 Trạm vận hành (operator station, OS)

Trạm vận hành được đặt tại phòng điều khiển trung tâm Các trạm vận hành có thể hoạt động song song, độc lập với nhau Để tiện cho việc vận hành hệ thống, người ta thường sắp xếp mỗi trạm vận hành tương ứng với một phân đoạn hoặc một phân xưởng

3 Trạm kỹ thuật (engineering station, ES)

Trạm kỹ thuật là nơi cài đặt các công cụ phát triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống, tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người – máy, đặt cấu hình và tham

số hóa các thiết bị trường

4 Hệ thống truyền thông

Hệ thống truyền thông gồm bus trường (field bus) và bus hệ thống (system bus) Bus trường có chức năng ghép nối trạm điều khiển với các trạm vào/ ra phân tán và các thiết bị trường thông minh, còn bus hệ thống sẽ nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với các trạm vận hành, trạm kỹ thuật

Ngoài các thành phần chính trên, một hệ DCS cụ thể có thể bao gồm các thành phần khác như trạm vào/ra từ xa (remote I/O station), các bộ điều khiển chuyên dụng, v.v

1 Mức điều khiển cao

Hầu hết các hệ thống dcs đều bao gồm các bộ điều khiển, hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp Do đó, DCS có khả năng quản lý được rất nhiều điểm vào/ra

2 Cấu hình linh hoạt

Nhờ khả năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần, hệ thống dcs có khả năng thay đổi các chương trình, thay đổi cấu trúc của hệ hay thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn haykhởi động lại quá trình

2 ABB Freelance Software

2.1 Giới thiệu

Freelance là một hệ thống điều khiển

phân tán chính thức kết hợp các ưu

điểm của PLC và DCS, cùng với chức

năng đầy đủ của DCS

Là một phần mềm giúp đơn giản hóa

kỹ thuật, vận hành, bảo trì và quản lý

Fieldbus Giao diện điều hành trực

quan cho phép vận hành dễ dàng và

chẩn đoán toàn bộ hệ thống Freelance

đã phát triển được 25 năm và hoàn

toàn có thể tương thích với các phiên

bản cũ hơn

2 ABB Freelance software

Ngày nay, mục đích của các công ty trong các ngành công nghiệp đã được xác định rõ ràng: Nâng cao tính tự động hóa trong sản xuất với chi phí thấp hơn Dựa vào nguyên tắc này, ABB đã xác định lại một hệ thống điều khiển nhỏ gọn nhưng có khả năng mở rộng ABB được coi là công ty tiên phong trong việc xác lập xu thế mới của tự động hóa trong ngành các công nghiệp này

Hệ thống Freelance mang lại giải pháp tự động hóa mạnh mẽ không chỉ với chi phí thấp xét về phần cứng và phần mềm, mà còn rất dễ sử dụng Thiết kế tiên tiến của Freelance khiến hệ thống này trở thành sản phẩm lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong ngành Năng lượng, trong các yêu cầucủa điều khiển quá trình (process control) hoặc các dự án Công Nghệ Môi Trường

Chi phí thiết kế tối thiểu, hiệu quả tự động hóa tối đa

Hệ thống điều khiển Freelance làm đơn giản hóa quá trình thiết kế hệ thống bằng hệ thống kiến trúc mở và hiện đại Nói một cách chi tiết, điều này có nghĩa là:

* Chỉ sử dụng một công cụ kỹ thuật duy nhất Control Builder F cho các yêu cầu về thiết kế, chạythử và chuẩn đoán tình trạng hệ thống;

* Việc quản lý thiết bị trường hoàn toàn được tích hợp với việc thiết kế hệ thống điều khiển;

* Tích hợp tự động quá trình và điện khí hóa quá trình;

* Rút ngắn thời gian thiết kế, vận hành, chạy thử, dịch vụ và bảo trì;

Lắp đặt tại hiện trường, do đó có thể giảm chi phí đi dây tín hiệu và tiết kiệm không gian lắp đặt.

3 ABB giành vị trí số 1 về DCS

Cấp vận hành – DigiVis

Thiết kế kỹ thuật của các cấp vận hành DigiVis khá đơn giản Một số thành phần trực quan là:

* Giao diện điều khiển (faceplates);

* Chuẩn đoán mô-đun (Module Diagnostics);

* Khả năng xử lý sự cố mở rộng;

* Tự động tạo lưu đồ tuần tự (sequence diagrams);

* Thư viện truyền thông sẵn có;

* Danh sách sự kiện và cảnh báo;

* Đồ thị (trendy)

Các thành phần này có thể sử dụng ngay, do đó giảm thời gian và công sức lập cấu hình hệ thốngtới 50%

Bộ điều khiển có thể mở rộng

Hai bộ điều khiển AC 700F và AC 800F là thành phần cốt lõi của hệ Freelance

AC 700F là bộ điều khiển chiếm không gian lắp đặt nhỏ gọn, sử dụng dòng mô đun S700I/O ghép trực tiếp lên rack có hỗ trợ chuẩn Profibus Master Nhưng với bộ điều khiển AC 800F

có thể mở rộng lên đến 4 mô-đun kết nối fieldbus Trong một số trường hợp chúng có thể là cácmô-đun fieldbus theo các chuẩn khác nhau AC700F mở rộng khả năng của hệ Freelance chonhững ứng dụng cỡ nhỏ trong ngành công nghiệp Các bộ điều khiển Freelance cho phép tối ưuhóa khả năng mở rộng Các ứng dụng có thể trải rộng từ một vài tới một vài nghìn tín hiệu Cảhai bộ điều khiển có thể sử dụng cùng nhau trong cùng một hệ điều khiển

Hai bộ điều khiển AC700F và AC 800F đều phù hợp để lắp đặt trong phòng điều khiểnhay sử dụng kết hợp trong tủ điều khiển lắp tại hiện trường

mình để lập trình với phần mềm Control Builder F Được hỗ trợ bởi nền tảng dữ liệu đồng nhấtqua toàn bộ hệ thống cũng như các chức năng tham chiếu chéo, phần mềm Control Builder F chophép người sử dụng vận hành toàn bộ cấu hình một cách nhanh chóng và dễ dàng, bao gồm:

* Lên cấu hình và tham số hóa các thiết bị trường và các tín hiệu vào/ra

* Thiết lập cấu trúc mạng và các tham số như tốc độ và địa chỉ nút mạng

Phần mềm Control Builder F hoạt động theo cùng một phương cách với cả hai loại bộđiều khiển AC 700F và AC 800F

Hệ Freelance hỗ trợ FDT/DTM cho việc cấu hình hiệu quả hay các hoạt động bảo trì cácthiết bị hiện trường mà không cần tới các tác vụ tốn kém thời gian của việc tích hợp các thiết bịthông qua GSD file Một thiết bị DTM không chỉ cung cấp tham số đồ họa trực quan mà cònmang lại các chức năng dự đoán tham số toàn diện cho phép thực hiện bảo trì hiệu quả

Cấu trúc cấp thiết bị trường

Ở cấp thiết bị trường, ABB cung cấp nhiều lựa chọn phong phú Nhờ có tiêu chuẩntruyền thông đã thiết lập, nên việc tích hợp các thiết bị trường vào trong quy trình tự động hóaquá trình trở nên giản đơn Sử dụng chuẩn Profibus liên kết với các bộ điều khiển AC 700F hoặc

AC 800F tới các I/O từ xa tại cấp trường hoặc liên kết với các thiết bị thông minh một cách trựctiếp từ cấp thiết bị trường

Lựa chọn loại fieldbus

Hệ Freelance cho phép tích hợp toàn bộ các fieldbus quan trọng, giúp người sử dụng tự do lựa chọn

4 chọn loại Fieldbus

Nhiều loại fieldbus thậm chí có thể được vận hành đồng thời với một bộ điều khiển Điều nàycho thấy tác dụng thực sự hiệu quả khi có một tác vụ cụ thể, thì loại fieldbus nào sẽ được sửdụng

Giao diện màn hình điều khiển DigiVis DigiVis đáp ứng tất cả các yêu cầu tiêu chuẩn liên quanđến vận hành quy trình tự động hóa và quan sát hệ thống sản xuất với một mức giá hấp dẫn.DigiVis cung cấp các tùy chọn trực quan sau đây:

* Các cấu trúc về faceplates rõ ràng đối với những can thiệp điều hành (bao gồm hiển thị nhóm);

* Hiển thị Đồ thị quá trình (Trending) bao gồm lịch sử vận hành;

* Trang báo động cho những khu vực cụ thể của nhà máy, hiển thị điều khiển tuần tự, bản ghithay đổi, bản ghi sự kiện và các dữ liệu lưu trữ;

* Hệ thống hiển thị tự động cho các chuẩn đoán liên quan tới phần cứng;

* Thiết kế đồ họa tùy biến bên cạnh các yếu tố đồ họa chuẩn, hỗ trợ định dạng thư viện ảnhBitmaps và 3D;

* Hỗ trợ vận hành với màn hình kép (Dual monitor operation)

Cấu hình DigiVis hoàn toàn tích hợp với công cụ với Control Builder F Một tùy chọn khác là hệthống có thể tích hợp mở rộng tới hệ điều khiển quá trình Industrial IT 800xA Chức năng quản

lý thông tin tiên tiến có sẵn khi sử dụng PGIM 800F

Công nghệ tân tiến nhất trong tầm tay

Truyền thông mở

Tùy theo yêu cầu, người dùng có thể sử dụng các hình thức giao tiếp như: OPC, Ethernet,TCP/IP, PROFIBUS, Fieldbus cơ sở, MODBUS, HART, tín hiệu giọng nói đầu ra để hướng dẫnkhi có báo động, tích hợp video hoặc kết nối qua Internet

Quản lý tài sản

Nếu công ty muốn đảm bảo khả năng vận hành về lâu dài, họ cần thông tin về tính sẵn sàng vàmức độ hao mòn của thiết bị Toàn bộ thông tin cần thiết đó đều có sẵn trong hệ thống điều khiển

và các phần dữ liệu liên kết Đối với một số khách hàng, dữ liệu này có thể chứng minh rằng một

số khoản đầu tư thiết bị mà theo khách hàng là cần thiết, nhưng thực tế lại không cần thiết Hệthống điều khiển phân tán Freelance cho phép sử dụng các phương pháp quản lý tài sản hiện đạinhằm thực hiện bảo trì hiệu quả và tối ưu Việc này giúp tận dụng tốt hơn công suất nhà máy

B3 : làm theo các ảnh sau :

Restart máy và hoàn tất cài đặt

Tại đây ta có thể tạo Project mới, mở các projects có sẵn.

Sau khi tạo thành công project ta có màn hình như sau:

Tại đây ta thấy 01 tenproject ( là project node) : nơi bao gồm tất cả hệ thống thiết kế, lập trình cho dự án và 02 pool ( là pool node) : nơi chưa dữ liệu riêng để sử dụng trong dự án, hay còn được gọi là vùng nháp Ở pool node ta có thể thêm các trạm, lập trình nhưng không ảnh hưởng gìđến vùng project node

Tiếp theo ta sẽ làm theo các bước có trong tài liệu có sẵn

Tại đây ta sẽ thấy được sử dụng ở đây là EMULATOR là chạy giả lập

EMULATOR sẽ giúp chạy chương trình giả lập ngay trên máy tính mà không cần phải kết nối tới phần cứng thật như AC700F hay AC800F

- Dưới đó là các Tasklist của trạm, ta có thể them nhiều tasklist hơn cho các dự án phức tạp

- Tác vụ người dung với chu kỳ máy là 500ms, bên trong bao gồm một danh sách chương trình gồm các phần tử cấu trúc

- Cuối cùng là chương trình được viết dưới dạng FBD ( Function blocks diagram)

- Ose ( VIS): dung để thiết kế giao diện DigiVis

(lưu ý: phần mềm cũng cho phép sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác như ladder,… để thuận tiện nhất với người sử dụng)

Project tree

VD: Quan sát Project dưới đây

6 Ví dụ về một project tree của một dự án nhỏ

Ta thấy trong plant (TASK) có chứa các phần tử của cấu trúc project như Inlet (ống

vào ), tank ( bình chứa), Outlet ( ống ra) và các khối lập trình cho chúng

- Inlet ta có các khối lập trình cho từng biến điều khiển:

+ NP10 : điều khiển bơm

+ FI10 : đo lưu lượng dòng chảy

+ PI10 : đo áp suất

+ Trend : nắm bắt xu hướng biến thiên mức trong bình

+ Tank_B10 : Giám sát mức có trong bình và điều khiển

- Outlet: Giống với Inlet có them NS21: để giám sát lượng nước tiêu thụ

7 Hình ảnh DigiVis của project

Phần mềm cũng cho phép chúng ta di chuyển hay sao chép các phần tử của Tree Project bằng các thao tác kéo thả chuột đơn giản và hiệu quả

3.Cấu hình phần cứng cho các trạm

Sau khi tạo xong cây Project ta chuyển sang cấu hình phần cứng để gán các trạm PS và

OS cho phù hợp với mục đích sử dụng là mô phỏng ( EMULATOR) hay kết nối thực tế với cáctrạm (AC800F và AC700F)

Đây là bước quan trọng để kết nối các trạm điều khiển tới các phần cứng cần điều khiển

và giám sát Các bước cấu hình đã được trình bày trong tài liệu cho sinh viên nên sẽ không nhắc lại

Hình trên do sử dụng để mô phỏng nên chỉ cần duy nhất một Emu

4 Function Block Diagram

Là ngôn ngữ lập trình chủ yếu được sử dụng trong các project Sơ đồ khối chức năng (FBD:Function Block Diagram ) Đây là một ngôn ngữ đơn giản và trực quan để lập trình nhiều chương trình con cùng lúc trong một chương trình PLC Ngôn ngữ FBD rất dễ học

và cung cấp rất nhiều tính năng

Hầu hết các kỹ sư đều yêu thích ngôn ngữ FBD vì nó là một cách rất phổ biến và trực quan

để mô tả một hệ thống Các kỹ sư thích xếp mọi thứ vào hộp (block) Và đó chính xác là khái niệm về ngôn ngữ FBD Ngôn ngữ FBD rất hữu ích khi các khái niệm điều khiển hàng loạt từ ISA-88 được áp dụng

Trong Control Builder F ta có thể bằng FBD ở các thẻ ( FBD) do ta tạo ra khi thiết lập Project

tree

Giao diện lập trình sẽ có dạng như sau:

Ta có thể lấy các khối ra bằng các chuột phải vào màn hình  Block để lấy các khối điều khiển

hay Chuột phải  Variables để them các biến vào hoặc ra

-Giới thiệu một số khối Block cơ bản:

* Khối Constant module CSTRE (Block → Constant → REAL constant ): tạo một số thực không đổi

Ta có thể mở Parameter của các khối bằng cách nhấp đúp chuột trái vào khối

ở đây ta có thể đặt tên và cài số thực muốn tạo ra bằng cách thay đổi giá trị Constant

trong box

* Khối bộ đếm Analog CT_ANA (Block → Analog → Counter with analog input): Cộngdồn các giá trị đầu vào IN và đưa ra tại CTC.

Trong Parameter của hộp này ta có thể chọn dải đếm tại Scale start và Scale end

Time base là thời gian cộng dồn mỗi lần nhận tín hiệu ( VD : second là mỗi giây sẽ đếmmột lần)

Và chọn được giá trị tín hiệu ra cho hai chân SL1 và SL2 tại ô Messages( VD: Khi CTđếm đến 100 thì SL1 sẽ được đưa lên mức cao (1) trong kiểu dữ liệu BOOL)

*Phần tử MUX (Block → Standard → Switcher → MUX ): để chọn 1 trong nhiều luồng

dữ liệu

*Các khối logic cơ bản: And, Or, Not…

*Các khối tính toán, so sánh: khối trừ, so sánh…