Các khái niệm cơ bản trong hệ đo và điều khiển công nghệ

Tài liệu này dành cho sinh viên, giáo viên khối ngành công nghệ thông tin tham khảo và có những bài học bổ ích hơn, bổ trợ cho việc tìm kiếm tài liệu, giáo án, giáo trình, bài giảng các môn học khối ngành công nghệ thông tin

Chương 1: Các khái niệm cơ bản trong hệ

đo & điều khiển Công nghiệp.

1.1 Chức năng của một hệ thông đo và điều khiển trong CN

1.1.1 Chức năng điều khiển các quá trình

1.1.2 Chức năng điều khiển logic, liên động cảnh báo

1.1.3 Chức năng giao tiếp người và hệ thống

1.1.4 Chức năng thu thập và quản lý thông tin

1.2 Các khái niệm về các hệ và các thiết bị hiện đại trong CN:1.2.1 Smart Device

1.2.2 PLC ( Programmable Logic Controller)

1.2.3 SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition)1.2.4 DCS(Distributed Control System)

Chức năng điều khiển các quá trình

- Điều khiển các quá trình nhiệt độ, áp suất, lưu lượng Theo một hàm thời gian

- Các bộ điều khiển tương tự 4-20 mA

- Các bộ điều khiển lai, số

- DCS

Chức năng điều khiển Logic, liên động,

Chức năng giao tiếp giữa người và hệ thống

- Người vận hành có thể theo dõi quá trình, điều khiển quá trình, thay đổi Setpoint

- Panel điều khiển, công tắc, nút ấn, chiết áp

- Đèn báo, đồng hồ (Analog, digital)

- Giao diện bằng máy tính dựa trên phần mềm HMI

Chức năng thu thập và quản lý thông tin

- Đo, thu thập và quản lý thông tin

- bằng tay (thủ công)

- Các đồng hồ tự ghi, relay tự rơi, recorder

- Sử dụng máy tính

Smart Device

PLC (Programmable Logic Controller)

Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic

controller) là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, do nhàphát minh người Mỹ Richard Morley lần đầu tiên đưa ra ý tưởng vào năm 1968 Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của General Motors là xây dựng một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻothay thế cho mạch điều khiển logic cứng, hai công ty độc lập làAllen Bradley và Bedford Associates (sau này là Modicon) đã đưa ra trình bày các sản phẩm đầu tiên Các thiết bị này chỉ xử

lý được một tập lệnh logic cơ bản, 128 điểm vào/ra (1 bit) và1kByte bộ nhớ

PLC (Programmable Logic Controller)

- Thiết bị số trên cơ sở uP

- Phát triển để thay thế cho Relay,Timer

- Sử dụng để điều khiển quá trình, liên động với các đầu I/O số

- Chương trình viết bằng ngôn ngữ Ladder Logic

PLC (Programmable Logic Controller)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

§iÒu khiÓn gi¸m s¸t (vµ thu thËp d÷ liÖu)

-Hç trî con ng−êi trong viÖc quan s¸t vµ ®iÒu khiÓn tõ xa

- Cã giao diÖn ng−êi-m¸y

- HMI (Human-Machine Interface) - Giao diÖn ng−êi-m¸y

+ Thµnh phÇn trong mét hÖ SCADA, hoÆc+ C¸c ph−¬ng tiÖn quan s¸t/thao t¸c ë cÊp thÊp h¬n

- C¸c tr¹m ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t trung t©m

+ Engineering Station (ES)+ Operator Station (OS)+ Server Station (SS)

SCADA (Supervisory Control And

Data Acquisition)

- Các trạm thu thập dữ liệu trung gian

+ Remote Terminal Unit (RTU )+ Data Collection Unit (DCU): PLC, PC, I/O

- Hệ thống truyền thông

+ Mạng truyền thông công nghiệp+ Mạng viễn thông/truyền dữ liệu đường dài (vô tuyền, hữu tuyến)

+ Các thiết bị chuyển đồi, dồn kênh (Modem, Multiplexer)

SCADA (Supervisory Control And

Data Acquisition)

- Các công cụ phát triển ứng dụng

*Giao diện người-máy (HMI)

+Sơ đồ hệ thống, sơ đồ công nghệ+ Hiển thị các biến quá trình qua các "thiết bị ảo"

+ Đồ thị thời gian thực, đồ thị dữ liệu tĩnh+ Các phím thao tác, nút điều khiển (controls)

* Hỗ trợ trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện (Event), sự

cố (Alarm)

* Hỗ trợ việc thống kê và lập báo cáo (Reporting)

SCADA (Supervisory Control And

Hệ một người dùng

Hệ nhiều người dùng

Hệ Web Client

Hệ phân tán

Hệ chạy dự phòng

Communication

DCS ( Distributed Control System)

- Các thiết bị điều khiển số + Phần cứng phần mềm thu thập thông tin

- Đường truyền tốc độ cao

- Các module bố trí phân tán

- Mỗi Module thực hiện một chức năng riêng

- Có giao diện để nối các máy tính điều khiển giám sát và các

bộ điều khiển

DCS ( Distributed Control System)

DCS ( Distributed Control System)

DCS ( Distributed Control System)

- Các hệ mới có tính năng mở tốt hơn, một số bộ điều khiển lai đảm nhiệm cả các chức năng điều khiển quá trình, điều khiển trình tự và điều khiển logic (hybrid controller)

DCS ( Distributed Control System)

- Để hỗ trợ các bài toán điều khiển quá trình diễn ra đồng thời, khối xử lý trung tâm được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực, đa nhiệm - hoặc của riêng nhà sản xuất phát triển hoặc một sản phẩm thông dụng như pSOS, TSOS, VRTX, Chu kỳthời gian nhỏ nhất thực hiện các mạch vòng điều khiển thường nằm trong khoảng 10-100ms, trong trường hợp đặc biệt (ví dụcho nhà máy điện) có thể tới 1ms

DCS ( Distributed Control System)

- Một số sản phẩm tiêu biểu cùng với tên trạm điều khiển cục

bộ được liệt kê dưới đây:

• AdvantOCS (ABB): Advant Controller, hệ điều hành riêng

• Freelance 2000 (ABB): D-PS hợc D-FC, hệ điều hành pSOS

• DeltaV (Fisher-Rosermount): Visual Controller, hệ điều hành

DCS ( Distributed Control System)

DSC trªn nÒn PLC

Một số hệ DCS trên nền PLC tiêu biểu là SattLine (ABB), Process Logix (Rockwell), Modicon TSX (Schneider Electric), PCS7 (Siemens),… Thực chất, ngày nay đa số các PLC vừa cóthể sử dụng cho bài toán điều khiển logic và điều khiển quátrình Tuy nhiên, các 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 (ví dụSFC)

DCS ( Distributed Control System)

DSC trªn nÒn PC

Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) trực tiếp làm thiết bị điều khiển không những được bàn tới rộng rãi, mà đã trở thành thực tế phổ biến trong những năm gần đây Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC không những nằm ở tính năng

mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, mà còn ở khía cạnh kinh tế Các bước tiến lớn trong kỹ thuật máy tính, công nghiệp phần mềm và công nghệ bus trường chính là các yếu tố thúc đẩy khả năng cạnh tranh của PC trong điều khiển công nghiệp

DCS ( Distributed Control System)

DCS trên nền PC là một hướng giải pháp tương đối mới, mới

có một số sản phẩm trên thị trường như PCS7 (Siemens, giải pháp Slot-PLC), 4Control (Softing), Stardom (Yokogawa), Ovation (Westinghouse-Emerson Process Management)… Hướng giải pháp này thể hiện nhiều ưu điểm về mặt giá thành, hiệu năng tính toán và tính năng mở Một trạm điều khiển cục

bộ chính là một máy tính cá nhân công nghiệp được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực và các card giao diện bus trường và card giao diện bus hệ thống