Hệ thống PLC và DCS: C4 DCS Architecture

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.

4.1 Giới thiệu chung về DCS

xuống nhiều bộ điều khiển nối mạng

– Invensys (Foxboro): I/A Series– Siemens: Teleperm, PCS7– Yokogawa: Centum CS1000/CS3000

–

năng điều khiển và giám sát)

với công nghệ

của các trạm, cấu trúc phân tán và cấu hình dự phòng

Unit (LCU)

O S

O S

ES

Operator Station

Engineering Station

Remote I/O (RIO)

Alarm Printer

Report Printer

năng điều khiển cơ sở và giám sát (chủ yếu cho các biến tương tự), có thể cả điều khiển cao cấp

giám sát, quản lý dữ liệu

chẩn đoán hệ thống

khiển

cao cấp, các loại bus trường, bus thiết bị (Foundation Fieldbus, DP, DeviceNet )

Operator Workstation

Application Server

Operator Workstation

DeltaV Controllers

Fast Ethernet

Local I/O Nodes

Historian/ Performance Plant Ethernet

FCS Vnet

EWS: Engineering Workstation HIS: Human Interface Station

– Giao diện với bus trường (tùy chọn)

– Máy tính đặc chủng, chỉ điều khiển liên tục-> DCS truyền thống – PLC -> PLC-based DCS

– PC/IPC -> PC-based DCS – Các bộ điều khiển lai

CPU

PS CPU CPU

PS CPU IM AI AO DI DO IM

PS CPU IM AI AO DI DO IM

PCS 7 Controller

Các chức năng của bộ điều khiển

trong trường hợp có sự cố

khiển tầng, điều khiển mờ

thức, điều khiển thích nghi

Các tính năng quan trọng của bộ điều khiển

– Hiệu năng CPU, dung lượng bộ nhớ – Xử lý đa nhiệm, hỗ trợ của hệ điều hành TGT – Thời gian chuyển đổi tương tự-số

– Chu kỳ task (tối thiểu 100ms)

– Các loại tín hiệu vào/ra – Vào/ra phân tán

– Ghép nối thiết bị HART, ghép nối bus trường

– 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

– Các hình ảnh đồ họa tự do: lưu đồ công nghệ, các phím điều khiển – Các đồ thị thời gian thực và đồ thị quá khứ

– Các công cụ thao tác tiêu biểu, xử lý mệnh lệnh – Hệ thống hướng dẫn chỉ đạo

– Hướng dẫn trợ giúp – Bảo trì hệ thống

– Xử lý, lưu trữ – Phục vụ truy vấn

– Gửi thông báo, yêu cầu xác nhận – Bảng hiển thị tóm tắt, bảng hiển thị chi tiết

Controller Controller Controller

hệ thống

sát khác

– Profibus-FMS– ControlNet– Data Highway

thông minh

– Profibus-DP, Profibus-PA– Foundation Fieldbus H1– Controlnet

– DeviceNet

4.3 Các điểm mấu chốt của kiến trúc DCS

ES, OS

– 4-20mA, HART

nằm ở các bộ điều khiển)

Ethernet, ODBC, ActiveX, MMS, XML)

MES, ERP, )

– 4-20mA, HART

(điều khiển cơ sở, điều khiển cao cấp, HMI, ), cơ sở dữ liệu toàn cục

trình PLC và công cụ SCADA/HMI độc lập với nhau, cơ sở

dữ liệu độc lập => phức tạp hơn

 DCS  PLC+HMI