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 HMS
Chương 3: Kiến trúc PLC/HMI
Lịch sử phát triển của PLC
Cấu trúc máy tính PLC Thiết kế phần cứng PLC
Chuẩn IEC 61131-3
So sánh DCS và PLC/HMI
Trang 2 HMS
4.1 Giới thiệu sơ lược về PLC
– Thiết bị điều khiển có thể „lập trình mềm“, làm việc theo chương trình lưu trong bộ nhớ => máy tính điều khiển chuyên dụng
– Thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có thể chức năng điều chỉnh (PID, mờ, ) và các chức năng tính toán khác
– Ngày nay khái niệm „Programmable Controller“ được sử dụng nhiều hơn, mặc dù từ viết tắt „PLC“ vẫn thông dụng
khiển các quá trình rời rạc
liên tục -> cạnh tranh với Compact Digital Controllers và các
hệ DCS trong các ứng dụng “lai”
– Thiết bị thu thập dữ liệu trong các hệ SCADA
Trang 3 HMS
Lịch sử phát triển
Motors
dụng trong công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ)
máy in, xử lý dữ liệu, giao diện màn hình
khiển dây chuyền sản xuất
Trang 4 HMS
hợp với môi trường làm việc công nghiệp
tương tự
phát hiện lỗi thiết bị trường từ máy tính điều khiển
Trang 5 HMS
4.2 Cấu hình cơ bản một hệ PLC+HMI
SCADA/HMI
Programming Device
Remote I/O (RIO)
RIO bus Peripheral
bus Central I/O RS-232/RS-485
PLC
Trang 6 HMS
Cấu trúc máy tính PLC
Nguồn nuôi (PS)
CPU
Đồng hồ nhịp
Bộ nhớ chương trình
Vi xử lý
Bộ nhớ làm việc
Giao diện truyền thông
Trang 7 HMS
Thiết kế phần cứng PLC
a) Thiết kế gọn
Các cổng vào/ra
Các module vào/ra Module truyền thông CPU Module ghép nối
Nguồn Giá đỡ
b) Thiết kế module
Nguồn
Trang 8 HMS
Ví dụ: SIMATIC S7-300/S7-400
Trang 9 HMS
Ví dụ: PLC-5 1771 (Allen Bradley)
Trang 10 HMS
Các chức năng thông dụng của PLC
Xử lý các giá trị vào/ra:
Trang 11 HMS
Các tính năng quan trọng của PLC
– Hiệu năng CPU, dung lượng bộ nhớ – Xử lý đa nhiệm, theo sự kiện và theo thời gian – Chu kỳ vòng quét, chu kỳ task
– Các loại tín hiệu vào/ra – Vào/ra phân tán
– Ghép nối bus trường, bus thiết bị
– Ngôn ngữ theo chuẩn quốc tế IEC 61131-3 – Khả năng điều khiển lai (liên tục, trình tự và logic) – Thư viện khối chức năng mạnh
– Khả năng hỗ trợ các chuẩn giao thức – Khả năng lập trình phân tán
Trang 12 HMS
4.3 Phương pháp lập trình
DC5 V RUN
S TOP
DC 2 4 V
V O LT
O N
O F F
PLC
Thiết bị lập trình
Mã chương trình
Dữ liệu cấu hình
Dữ liệu tham số
RS232/
RS485
a)
DC 5V FRCE
DC 24 V
V O LT
O N
O F F
PLC
Thiết bị lập trình
Mã chương trình
Dữ liệu cấu hình
Dữ liệu tham số
Bus
DC 5V
S TO P
DC 2 4V
V O L T
O N
O F F
PLC b)
Trang 13 HMS
Chuẩn IEC 61131: Programmable controllers
học và chức năng cho các thiết bị (nhiệt độ, độ ẩm, cung cấp nguồn, độ kháng nhiễu, phạm vi tín hiệu logic và sức bền cơ học), phương pháp kiểm tra và thử nghiệm các kiểu thiết bị
giữa các PLC cũng như giữa PLC và một thiết bị khác trên cơ
sở các khối hàm chuẩn
Trang 14 HMS
4.4 Máy tính giám sát SCADA/HMI
– Operator Pannel (OP), Touch Pannel (TP)
nhiều họ PLC (giao thức mở)
triển cung cấp kèm theo
– Sử dụng đa năng, linh hoạt
dụng (độc lập) hoặc với một công cụ lập trình phổ thông
khiển cao cấp,
Trang 15 HMS
Thiết bị HMI chuyên dụng
Trang 16 HMS
Phần mềm HMI/SCADA chuyên dụng
hãng
– iFIX (Intellution, GE Fanuc) – InTouch, Factory Suits (Wonderware) – WinCC (Siemens)
– RSView (Rockwell Automation)
Trang 17 HMS
4.5 Các điểm mấu chốt của kiến trúc
PLC/HMI
cho cấu trúc điều khiển phân tán
điều khiển giám sát, không có cơ sở dữ liệu chung
truyền thống (vào/ra tập trung hoặc vào/ra từ xa)
hoặc theo sự kiện
