BÁO cáo tìm HIỂU FREELANCE SOFTWARE và ỨNG DỤNG

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 hợ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Tuấn Ninh

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 thốngCác 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 PLCHầu 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 PCNếu 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 chức

năng, 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

1.4 Ưu điểm

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 hoạtNhờ 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

hay khởi động lại quá trình

3 Tỷ lệ lỗi thấpTheo thiết kế, các hệ thống dcs thường có hệ thống mở, khả năng tích hợp cao với các PLC khác

nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập Vì vậy, hệ thống điều khiển phân tán dcs có

tỷ lệ lỗi thấp, nhờ đó, việc điều khiển trong các nhà máy hay xí nghiệp sẽ vừa tiết kiệm chi phí,

vừa dễ bảo trì và vận hành

4 Tính sẵn sàng và độ tin cậyCác hệ thống điều khiển phân tán dcs hiện đại đều có các cơ chế dự phòng, an toàn, khởi động

lại khi xảy ra sự cố cũng như các chế độ bảo trì, chẩn đoán và chỉ thị lỗi Bên cạnh đó, các hệ

thống dcs cũng cho phép người sử dụng cài đặt các chế độ bảo mật để hạn chế, kiểm soát

quyền truy nhập dữ liệu và điều khiển

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 chứcnăng 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

cầu của điều khiển quá trình (process control) hoặc các dự án Công Nghệ Môi Trường

2.2 Những điểm mạnh của phần mềm

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, chạy thử 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;

* 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:

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

tới 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

Dễ dàng thiết kế hệ thống

Freelance sử dụng chỉ một công cụ phần mềm Control Builder F duy nhất Nó dùng đểcấu hình mọi chức năng của một hệ thống tự động hóa, giao diện vận hành với màn hình hiển thị

và truy cập hệ thống, cũng như quản lý thiết bị trường Toàn bộ 5 ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn

theo tiêu chuẩn IEC 61131-3 đã có sẵn Người sử dụng sẽ sử dụng ngôn ngữ nào quen thuộc với

mình để lập trình với phần mềm Control Builder F Được hỗ trợ bởi nền tảng dữ liệu đồng nhất

qua toàn bộ hệ thống cũng như các chức năng tham chiếu chéo, phần mềm Control Builder F cho

phép người sử dụng vận hành toàn bộ cấu hình một cách nhanh chóng và dễ dàng, bao gồm:

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 bị

thông qua GSD file Một thiết bị DTM không chỉ cung cấp tham số đồ họa trực quan mà còn

mang lại các chức năng dự đoán tham số toàn diện cho phép thực hiện bảo trì hiệu quả

Cấu trúc cấp thiết bị trường

đã thiết lập, nên việc tích hợp các thiết bị trường vào trong quy trình tự động hóa quá trình trở nên giản đơn Sử dụngchuẩn Profibus liên kết với các bộ điều khiển AC 700F hoặc AC 800F tới các I/O từ xa tại cấp trường hoặc liên kếtvới các thiết bị thông minh một cách trực tiếp 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 này

cho thấy tác dụng thực sự hiệu quả khi có một tác vụ cụ thể, thì loại fieldbus nào sẽ được sử

dụng

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 ghi thay 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 ảnh Bitmaps và 3D;

Cấu hình DigiVis hoàn toàn tích hợp với công cụ với Control Builder F Một tùy chọn khác là hệ

thống 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

Tính sẵn sàng cao

Công nghệ này đã chứng minh được giá trị của nó trong công nghiệp qua nhiều năm sử dụng và

đạt được những yêu cầu khắt khe về tính ổn định của hệ thống phần cứng được kết cấu dự phòng

ở nhiều cấp khác nhau, bao gồm tính dự phòng cho các mô-đun fieldbus, các đường mạng fieldbus, dự phòng mạng điều khiển và dự phòng bộ điều khiển (Redundant Controller)

Khả năng mở rộng

Từ các hệ thống nhỏ với 8 tín hiệu tới hệ thống lớn với hơn 10.000 tín hiệu Hệ điều khiển phân

tán Freelance có thể mở rộng cùng với sự mở rộng của nhà máy để đáp ứng yêu cầu tại bất kỳthời điểm nào

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 và

mức 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

3 Hướng dẫn sử dụng

3.1 Cài đặt

Sau khi tải bản giải nén của Freelance Software được cung cấp nội bộ lab ABB về ta

sẽ được file nén như sau

B1 : chuột phải  giải nén (extra file) bằng WINRAR hoặc các phần mềm có khả năng đọc file rar khác ( nên tắt hết các thiết bị bảo vệ của WINDOW trước khi giải nén)

B2 : vào file vừa giải nén  Freelance Software  demo  setup 2013  autoplay exe

(lưu ý: nếu không thấy file autoplay có thể chạy trực tiếp autoplay.exe trong file Freelance Software bên trên với cùng đường dẫn mà không cần giải nén)

B3 : làm theo các ảnh sau :

Restart máy và hoàn tất cài đặt3.2 Sử dụng

( trong bản Freelance tải về đã có phần tài liệu cho sinh viên PDF khá đầy đủ về các bước tạo project, lập trình mà thiết kế DigiVis một hệ thống đơn giản nên em xin phép bỏ qua các bước và đi vào phần các hiển thị và thao tác có thể làm được ở trong Control Builder F)

1 First step

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 gì

đến 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

trình gồm các phần tử cấu trúc

(lưu ý: phần mềm cũng cho phép sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khácnhư 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

+ NP10 : điều khiển bơm

- 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 Projectbằng 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