Ngay từ khi ra đời, DCS đã có đầy đủ các chức năng điều khiển Logic như các PLC vì DCS ra đời sau vì vậy DCS đã kịp kế thừa các chức năng này. Trong quá trình phát triển của PLC, đã có rất nhiều xu hướng làm xoá dần ranh giới của PLC và DCS. C7Module2906061PLC và DCS ra đời không cách xa nhau nhiều. Nếu PLC chuyên sâu về điều khiển Logic rời rạc (discrete) thì DCS lại thiên về điều khiển quá trình (Process control). Tuy nhiên, ứng dụng của DCS thường dành cho các nhà máy xí nghiệp lớn, cho nên nếu dùng điều khiển tập trung sẽ rất tốn kém, cả về đầu tư ban đầu lẫn giá thành bảo trìvận hành. Vì vậy, các hệ DCS đã ứng dụng phương thức điều khiển phân tán thay vì điều khiển tập trung như PLC. Ngay từ khi ra đời, DCS đã có đầy đủ các chức năng điều khiển Logic như các PLC vì DCS ra đời sau vì vậy DCS đã kịp kế thừa các chức năng này. Trong quá trình phát triển của PLC, đã có rất nhiều xu hướng làm xoá dần ranh giới của PLC và DCS. Thực tế, với các hệ thống PLC lớn như 9070 của GE Fanuc hay S7400 của Siemens đều có các hình bóng của DCS như điều khiển phân tán qua mạng, điều khiển PID, dự phòng nóng... và giá thành của các hệ PLC này cũng tiệm cận giá của các hệ DCS. Như vậy, các đặc điểm chính của 1 hệ thống DCS là: Điều khiển quá trìnhPID, Cascade PID, Ratio control, Feedforward... Điều khiển phân tán qua mạng FieldBUSProfibus, Device Net, FF... Dự phòng nóng (Redundancy) và có khả năng Hot plug. Nạp chương trình khi hệ thống đang chạy. Và nhiều đặc điểm khác. Do vậy, DCS là một trong các thiết bị sử dụng phương pháp điều khiển phân tán, nhưng không phải là duy nhất. Ngược lại, DCS không chỉ điều khiển phân tán mà còn rất nhiều chức năng như trên. C7Module2906061_copy Rất nhiều người nhầm lẫn các hệ SCADA với DCS, cũng có người cho rằng PLC+PC= DCS. Tại sao lại dễ nhầm như vậy? Vì hệ SCADA cũng có yếu tố điều khiển qua mạng, SCADA cũng có các phần mềm HMI, các data server. Tuy nhiên, đây là 2 hệ thống khác nhau. Trong hệ thống DCS, có cả điều khiển đối tượng và điều khiển giám sát. Chức năng điều khiển đối tượng được thực hiện bởi các trạm điều khiển (Control station), còn chức năng điều khiển giám sát được thực hiện tại trạm vận hành (Operator station). Trong khi đó, SCADA chỉ có điều khiển giám sát, còn điều khiển đối tượng cũng có thể tồn tại trong các hệ thống điều khiển chung, nhưng nằm ngoài chức năng của hệ SCADA. Còn PLC+PC=DCS, có đúng vậy không? Giống vậy nhưng không đúng vậy. Vì PLC dù đã còn rất ít sự khác biệt với DCS nhưng vẫn không phải là DCS do thiếu những tính năng chủ đạo hoặc các tính năng này không hoàn thiện như DCS. Còn PC trong hệ PLC và DCS có nhiệm vụ không hoàn toàn giống nhau. PC trong hệ DCS có cả chức năng trạm vận hành lẫn trạm thiết kếkỹ thuật. PC trong hệ PLC có thể chạy các phầm mềm HMI, SCADA, nhưng chưa thể là trạm vận hành một cách đầy đủ như trong hệ DCS. Để xây dựng một hệ thống điều khiển phân tán, chúng ta có thể sử dụng rất nhiều loại thiết bị khác nhau và có tích hợp của tất cả các loại thiết bị này. Ví dụ, chúng ta có thể dùng PLC để xây dựng 1 hệ thống điều khiển phân tán, nếu bài toán điều khiển thiên về Logic và ít đòi hỏi cao về điều khiển quá trình. Hiện nay, xuất hiện nhiều hệ điều khiển lai (hybrid) trong đó có cả PLC và DCS hoặc thực hiện chức năng của cả hai hệ thống này. CommanD Automation đang là đại lý của Supcon về DCS và GE Fanuc về PLC và HMI. Trong đó, Supcon DCS ngoài chức năng của hệ DCS còn rất mạnh về điều khiển logic. Vì vậy, Supcon DCS sẽ có lợi thế hơn các hệ điều khiển lai khác về tính đồng bộ và tính hệ thống. Còn GE Fanuc có các hệ thống PAC, có tính năng mạnh mẽ của cả PLC, DCS mà lại còn là hệ thống PC based tuyệt vời. PAC của GE Fanuc còn cho phép nhà sản xuất thứ ba nối ghép sản phẩm nhúng của mình vào bus hệ thống vì dùng chuẩn chung VME và Ex PCI. Chúng ta lại được nhìn thấy tính mở thật sự của 1 hệ thống điều khiển không thua kém gì với chiếc PC chúng ta đang dùng. Ngoài ra, CommanD Automation còn đang phát triển sản phẩm điều khiển phân tán riêng của mình với các thế hệ Preloaded PLC Cd5000, PLC tích hợp HMI Cd6000, Compact PLC C7. Các thiết bị này vừa có thể là 1 thiết bị điều khiển khả trình độc lập, vừa có thể là các Module điều khiển phân tán. Nghĩa phân tán của CommanD PLC không chỉ ở ý nghĩa phân tán chấp hành như các hệ DCS mà phân tán cả tính toán và điều khiển. Vì vậy, trong hệ điều khiển phân tán của CommanD, các Field device chấp hành các lệnh của Master Control Unit vừa có thể thực hiện một số chức năng riêng biệt của mình, cho nên khi hệ thống trung tâm có trục trặc thì các field device vẫn có khả năng tiếp tục thực hiện chức năng của mình.
Trang 1,
Chương 2: Cấu trúc hệ thống
- Mục đích phân cấp
- Đặc điểm và chức năng của từng cấp
- Vào/ra tập trung
- Vào/ra phân tán
- Vào/ra trực tiếp với các thiết bị bus trường
- Điều khiển cục bộ
- Điều khiển tập trung
- Điều khiển phân tán
- Kết hợp với các cấu trúc vào/ra
Trang 2,
2.1 Cấu trúc cơ bản một HTĐK&GS
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN
ĐO LƯỜNG VÀ TRUYỀN ĐỘNG I/O
I/O
HỆ THỐNG KỸ THUẬT
Nối qua mạng Nối thông thường
Trang 3,
Các thành phần cơ bản
điều khiển chuyên dụng hoặc phổ thông.
thống kỹ thuật thông qua các thiết bị đo lường và truyền động.
mềm giao diện người máy, các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống.
hiện chức năng an toàn hệ thống.
Trang 4,
2.2 Mô hình phân cấp chức năng
HỆ THỐNG KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN GIÁM
SÁT
Giám sát, vận hành, chẩn đoán
Điều khiển cao cấp, phối hợp
Quản lý dữ liệu, lập báo cáo
ĐIỀU KHIỂN
Điều khiển, điều chỉnh,
Bảo vệ, an toàn,
Ghi chép, cảnh giới
CHẤP HÀNH & CẢM BIẾN
Đo lường, truyền động
Chấp hành, đóng/cắt
Chuyển đổi tín hiệu
ĐIỀU HÀNH SẢN XUẤT
Điều khiển cao cấp, phối hợp
Quản lý dữ liệu, lập báo cáo
Tối ưu hoá sản xuất
Q LÝ CÔNG TY
Tính toán giá thành, lãi suất
Thống kê số liệu sản xuất, kinh doanh,
Xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên
Cấp trường
Điều khiển quá trình Quản lý thông tin
Trang 5,
Mục đích phân cấp
thuộc lĩnh vực công nghiệp cụ thể Mỗi cấp có chức năng và đặc thù khác nhau
thể có các mô hình tương tự với số cấp nhiều hoặc ít hơn
ràng
mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng
lượng thông tin cần trao đổi và xử lý càng lớn hơn.
Trang 6,
2.3 Cấu trúc vào/ra
Vào/ra tập trung (central I/O)
I/O: input/outputA: actuator S: sensor
HIỆN TRƯỜNG
MTĐK
I/O
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
a) Vào/ra tích hợp
MTĐK
I/O
b) Vào/ra kiểu module
=> Nối dây truyền thống
4-20mA
0-10V
4-20mA 0-10V
Trang 7,
Vào/ra tập trung
Công việc nối dây phức tạp, chi phí cho cáp dẫn cao: số lượng lớn các cáp nối, cấu trúc phức tạp, công thiết kế, lắp đặt lớn
Kém tin cậy: Phương pháp truyền dẫn tín hiệu tương tự giữa các thiết bị trường và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh hưởng của nhiễu, gây ra sai số mà không có khả năng phát hiện.
Kém linh hoạt: Khó mở rộng bởi phải đi lại cáp dẫn,
không thể lựa chọn các module vào/ra của hãng khác.
Khó chẩn đoán lỗi: Một mặt lỗi do truyền tín hiệu khó phát hiện ra, mặt khác lỗi do thiết bị rất khó có thể định vị và đưa ra kết luận chẩn đoán.
Phù hợp với các hệ thống qui mô nhỏ: Phạm vi địa lý hẹp, một máy tính điều khiển, số lượng vào/ra không lớn
Trang 8,
Vào/ra phân tán (distributed I/O)
- vào/ra từ xa (remote I/O)
MTĐK
Compact I/O
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
Modular I/O
=> Ưu điểm nhiều, song vẫn còn nối dây truyền thống
Trang 9,
Tiết kiệm chi phí dây dẫn và công lắp đặt: Từ bộ điều khiển
xuống tới các vào/ra phân tán chỉ cần một đường truyền duy nhất
Cấu trúc đơn giản: Thiết kế và bảo trì hệ thống dễ dàng hơn
Tăng độ tin cậy của hệ thống:
bảo toàn dữ liệu của hệ bus.
Tăng độ linh hoạt của hệ thống:
Vào/ra phân tán không nhất thiết phải đặt gần tại hiện trường (chỉ lợi dụng ưu điểm cuối cùng)
Trang 10,
Thiết bị thông thường và thiết bị bus trường
D A
D A
µP
D A
Sensor
MT điều khiển
Thiết bị thông thường
4-20mA
D A
BI
µP BI
Sensor
MT điều khiển
Thiết bị bus trường
Bus trường
bus interface
Trang 11,
Vào/ra trực tiếp với thiết bị bus trường
Cấu trúc đơn giản, dễ thiết kế và lắp đặt
Giảm chi phí cáp truyền, các khối vào/ra và các phụ kiện khác
Giảm kích thước tủ điều khiển
Đưa vào vận hành và khả năng chẩn đoán các thiết bị trường qua mạng một cách dễ dàng
Khả năng tích hợp các chức năng điều khiển tự động xuống
các thiết bị trường => trí tuệ phân tán (distributed intelligence)
MTĐK
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
Trang 12,
Điều khiển cục bộ/điều khiển song song
Dây chuyền 1
S A
Dây chuyền 2
S A
Dây chuyền n
S A
MTĐK
I/O
MTĐK
I/O
MTĐK
I/O
Trang 13,
Điều khiển song song
Cấu trúc cổ điển nhất
Thường được sử dụng cho các hệ thống có qui mô vừa và nhỏ, đặc biệt tiêu biểu trong các ngành công nghiệp chế tạo, lắp ráp (các dây chuyền song song độc lập với nhau)
Các thiết bị điều khiển được đặt tại hiện trường
Có thể sử dụng kết hợp cấu trúc vào/ra tập trung hoặc vào/ra trực tiếp với bus trường
Các máy tính điều khiển làm việc hoàn toàn độc lập với nhau
=> độ tin cậy cao
Hoàn toàn không có sự phối hợp giữa chúng để cùng chia sẻ giải quyết cùng một nhiệm vụ
Một số môi trường công nghiệp không cho phép lắp đặt các
thiết bị điều khiển tại hiện trường
Trang 14,
Điều khiển tập trung (centralized control)
A
Phân đoạn 1
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG MTĐK
I/O
Trang 15,
Điều khiển tập trung
MTĐK
I/O
I/O
I/O
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
Trang 16,
Điều khiển tập trung
xử lý thông tin tại một máy tính duy nhất
phần trong hệ thống đòi hỏi phải dừng toàn bộ hệ thống.
trung tâm, chậm trễ do thời gian truyền dẫn và xử lý tập trung
Trang 17,
Điều khiển phân tán (distributed control,
decentralized control)
bus hệ thống
A
Phân đoạn 1
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
TRẠM ĐK CỤC BỘ
Trang 18,
Điều khiển phân tán
Phân chia chức năng điều khiển xuống các máy tính điều khiển tại các trạm cục bộ (ở vị trí không xa với quá trình kỹ thuật)
Điều khiển phối hợp giữa các máy tính điều khiển có thể diễn ra trực tiếp hoặc thông qua các máy tính giám sát trung tâm
(MTGS)
Độ linh hoạt cao hơn hẳn 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
Mở ra các khả năng ứng dụng mới, tích hợp trọn vẹn trong hệ thống như lập trình cao cấp, điều khiển trình tự, điều khiển theo công thức và ghép nối với cấp điều hành sản xuất
Trang 19,
Điều khiển phân tán sử dụng bus trường
Phân đoạn 1
MTĐK 1
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
bus hệ thống
TRẠM ĐIỀU KHIỂN
CỤC BỘ
I/O
bus trường
Phân đoạn 2
MTĐK 2
A
Phân đoạn n
MTĐK n
I/O
bus trường
bus trường
S