Việc này được thực hiện nhờ thay đổi các biến số vào điều khiển được của qúa trình.. Một mình hệ thống điều khiển liên hệ ngược thường không có khả năng thực hiện việc điều chỉnh quá trì
Trang 1Chương 18
Chương 18
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHỜ MÁY TÍNH
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHỜ MÁY TÍNH
18.1 Khái quát
18.1 Khái quát
Lĩnh vực điều khiển nhờ máy tính rất gần gủi với các quá trình công nghiệp như sản xuất hoá chất, lọc dầu, gia công kim loại
Trong những năm gần đây việc ứng dụng máy tính đã mở rộng cho nhiều lĩnh vực ngoài công nghiệp chế biến, đặc biệt là trong gia công kim loại dập, sản xuất linh kiện điện tử, lắp ráp,…
Các quá trình liên tục và các quá trình sản xuất rời rạc có những khác biệt quan trọng, thí dụ sản phẩm ở dạng các chi tiết khác với sản phẩm ở dạng thùng, tôn Qúa trình sản xuất sản phẩm rời rạc ít phức tạp hơn, ít biến số hơn, giá trị thêm vào vật liệu ít hơn so với các qúa trình liên tục, tuy nhiên lượng sản phẩm trong các nhà máy chế tạo máy lớn đến mức có thể đầu tư vào việc ứng dụng máy tính một cách hệu quả Ngoài ra, có hai yếu tố khác góp phần thúc đẩy việc ứng dụng máy tính trong sản xuất rời rạc, đó là giá thành máy tính ngày càng hạ và giá thành phần mềm cũng ngày càng hạ Việc ứng dụng điều khiển số nhờ máy tính (CNC) trong gia công kim loại là một thí dụ điển hình
18.2
18.2 Mô hình cấu trúc của quá trình sản xuất Mô hình cấu trúc của quá trình sản xuất Mô hình cấu trúc của quá trình sản xuất
Mô hình cấu trúc của qúa trình sản xuất được vẽ trên hình 18.1
Hình 18.1 Cấu trúc của qúa trình sản xuất
Biến số vào điều khiển được là những biến số có thể thay đổi để điều chỉnh quá trình Trong gia công kim loại, đó là vận tốc và lượng ăn dao Trong quá trình hoá học, đó là tốc độ dòng chảy, nhiệt độ,…
Biến số vào không điều khiển được là những biến số thay đổi trong quá trình nhưng không điểu khiển được, thí dụ độ sắc của dao cắt, độ cứng của vật liệu, hình dạng của phôi
Biến số cố định: thí dụ như hình học dao cắt và đồ gá Chúng có thể thay đổi giữa các nguyên công nhưng không thể thay đổi khi thực hiện nguyên công
Quá trrình sản xuất
Biến số vào không
điều khiển được
Biến số vào điều
khiển được
Biến số ra đo được
Biến số đánh giá việc thực hiện Biến số không đổi
Trang 2Biến số ra đo được: là những biến số có thể đo trực tuyến trong quá trình gia công, thí dụ tốc độ dòng chảy, nhiệt độ, rung động, điện áp, công suất
Biến số đánh giá việc thực hiện: là những biến số được đo trong quá trình thực hiện và thường liên quan tới kinh tế hay chất lượng sản phẩm Thí dụ giá thành sản phẩm, tốc độ sản xuất, lợi nhuận hàng hoá và cấp chất lượng
Nhiệm vụ của việc điều khiển qúa trình là điều khiển các biến số ra đo được để đạt được những kết quả mong muốn của các biến đánh giá việc thực hiện (chất lượng và giá thành) Việc này được thực hiện nhờ thay đổi các biến số vào điều khiển được của qúa trình
Có nhiều phương pháp điều khiển hoạt động sản xuất nhờ máy tính, kể cả cấu hình phần cứng lẫn chương trình phần mềm Việc xem xét cấu hình phần cứng gồm số lượng và chủng loại máy tính và cách nối mạng giữa chúng Chương trình phần mềm liên quan đến việc chọn chiến lược điều khiển để điều chỉnh hoặc tối ưu hoá việc thực hiện qúa trình Trước tiên chúng ta hãy xem xét chiến lược điều khiển qúa trình
18.3 Chiến lược điều k
18.3 Chiến lược điều khiển qúa trình hiển qúa trình hiển qúa trình
Có nhiều chiến lược điều khiển quá trình Việc chọn chiến lược điều khiển phụ thuộc vào quá trình và mục tiêu thực hiện cần đạt được Trong phần này chúng ta sẽ xem xét các chiến lược điều khiển sau:
1 Điều khiển có liên hệ ngược (feedback control)
2 Điều chỉnh (regulatory control)
3 Điều khiển có liên hệ thuận
4 Điều khiển có lập kế hoạch từ trước
5 Điều khiển trạng thái tối ưu
6 Điều khiển thích nghi
Hệ thống điều khiển có liên hệ
Hệ thống điều khiển có liên hệ ngược ngược ngược
Sơ đồ của hệ thống điều khiển liên hệ ngược được vẽ trên hình 18.2
Hình 18.2 Hệ thống điều khiển có liên hệ ngược
Hệ thống này còn gọi là hệ thống điều khiển kín Bằng cách đo tín hiệu ra và so sánh với tín hiệu vào, có thể tạo ra một hệ thống điều khiển kín tự động Theo quan
Bộ điều khiển qúa trình
Qúa trình
Liên hệ ngược
Trang 3niệm cổ điển về hệ thống điều khiển liên hệ ngược, giá trị của biến điều khiển được trừ đi từ giá trị của biến vào và giá trị chênh lệch được dùng để hướng biến điều khiển tới giá trị mong muốn
Hệ thống điều khiển kiểu điều chỉnh (regulatory).
Hệ thống điều khiển kiểu điều chỉnh (regulatory)
Hệ thống này tương tự như hệ thống điều khiển liên hệ ngược, chỉ khác một điều là nó duy trì biến đánh giá qúa trình (chất lượng sản phẩm) ở mức cho trước trong suốt qúa trình Trong hệ thống điều khiển liên hệ ngược mục tiêu là điều khiển riêng rẽ biến số ra để đạt được giá trị mong đợi
Hệ thống điều khiển có liên hệ thuận (feedforw
Hệ thống điều khiển có liên hệ thuận (feedforward control) ard control) ard control)
Trong hệ thống điều khiển kiểu điều chỉnh cũng như hệ thống điều khiển liên hệ ngược hoạt động bù trừ sai số chỉ xảy ra sau khi phát hiện sự dao động của biến số
ra, như vậy, sai số có thể xảy ra trước khi có hoạt động điều chỉnh
Trong hệ thống có liên hệ thuận, sự dao động được đo trước khi nó làm đảo lộn qúa trình và hoạt động điều chỉnh xảy ra với sự tiên liệu từ trước Trong trường hợp lý tưởng, hoạt động điều chỉnh bù trừ hoàn toàn sự sai lệch, ngăn ngừa được sự sai lệch khỏi giá trị mong muốn ở đầu ra của qúa trình Trong trường hợp này, hệ thống điều khiển liên hệ thuận có ưu điểm hơn so với hệ thống điều khiển liên hệ ngược Đặc điểm căn bản của hệ thống điều khiển này được vẽ trên hình 18.3
Hình 18.3 Hệ thống điều khiển liên hệ thuận (kết hợp với hệ thống điều khiển liên hệ ngược)
Trong hệ thống điều khiển liên hệ thuận, nhiễu được đo và dùng làm biến số vào trong hệ thống điều khiển liên hệ thuận Các phần tử của hệ thống này tính toán
ra lượng điều chỉnh cần thiết và thực hiện trước khi nó làm lệch khỏi quá trình Để thực hiện việc tính toán, hệ thống điều khiển liên hệ thuận có model logic hoặc toán học về quá trình Bản thân hệ thống điều khiển liên hệ thuận không chức bất kỳ một
cơ cấu kiểm tra để đầu ra được duy trì ở một mức cho trước Vì lý do này, nó thường được dùng kết hợp với hệ thống điều khiển liên hệ ngược Hệ thống điều khiển liên
Bộ điều khiển qúa trình
Qúa trình
Liên hệ ngược
Các phần tử điều khiển liên hệ thuận
Nhiễu
-
Giá trị
tham
chiếu
Trang 4hệ thuận đạc biệt hữu ích khi qúa trình được đặc trưng bởi thời gian đáp ứng hoặc thời gian chết lâu giữa đầu vào và đầu ra Một mình hệ thống điều khiển liên hệ ngược thường không có khả năng thực hiện việc điều chỉnh quá trình theo thời gian (timely)
Hệ thống điều khiển được lập kế hoạch từ trước (preplanned control)
Hệ thống điều khiển được lập kế hoạch từ trước (preplanned control) Thuật ngữ lập kế hoạch trước ý nói đến việc dùng máy tính để điều khiển qúa trình hoặc thiết bị hàng loạt các bước công nghệ đã được xác định trước Chiến lưọc điều khiển này thường cần tới việc sử dụng hệ thống điều khiển liên hệ ngược để mỗi bước công nghệ được hoàn thành trước khi sang bước kế tiếp Tuy nhiên, tín hiệu liên hệ ngược có thể không cần thiết trong mỗi lệnh điều khiển được đảm bảo nhờ máy tính
Thuật ngữ lập kế hoạch từ trước ít được dùng trong công nghiệp Có một số thuật ngữ khác được dùng để mô tả chiến lược điều khiển này Những thuật ngữ thường dùng nhất là:
CNC
CNC –––– điều khiển số nhờ máy tínhđiều khiển số nhờ máy tính: như được mô tả trong chương 9, chủ yếu dùng máy tính để điều khiển máy công cụ qua các bước được lập trình NC DNC cũng thuộc dạng điều khiển này mặc dù không hẵn như là CNC
Điều khiển lập trình: được dùng trong công nghiệp xử lý để khởi động hoặc kết thúc một quá trình phức tạp hoặc làm cho qúa trình thay đổi sản phẩm từ cấp độ này tới cấp độ khác Thí dụ như trong công nghiệp sản xuất giấy, máy tính được lập trình để điều khiển qúa trình qua các giai đoạn của chu kỳ để sản xuất bất kỳ loại giấy nào
Điều khiển tuần tự: điều khiển quá trình theo trình tự các bước kiểu ON/OFF Các biến số điều khiển có thể có một trong hai trạng thái ON hoặc OFF Thí dụ như điều khiển một đường dây tự động Thứ tự thực hiện các chuyển động nạp phôi, dịch chuyển chi tiết, kiểm tra chất lượng, v.v trên dây chuyền tự động được điều khiển hoàn toàn nhờ máy tính Ngoài ra máy tính cũng có thể được lập trình để thực hiện các chương trình con chẩn đoán khi đường dây có sự cố Thay đổi dụng cụ cũng có thể là một trong những chức năng của máy tính Nhờ máy tính, người vận hành biết khi nào thì đổi dụng cụ cắt
Hệ thống điều khiển tối ưu ổn định trạ
Hệ thống điều khiển tối ưu ổn định trạng thái ng thái
Thuật ngữ điều khiển tối ưu liên qua đến những vấn đề lớn của điều khiển Chúng ta sẽ giới hạn ý nghĩa của nó trong khi bàn luận về những hệ thống điều khiển hở Điều này có nghĩa là không có tín hiệu ngược trong hệ thống Thay vì thế, hai yếu tố của hệ thống cần phải được biết trước:
1 Biến số đánh giá việc thực hiện quá trình (giá thành thấp nhất và chất lượng cao nhất)
2 Mô hình toán học của qúa trình Quan hệ toán học giữa biến số vào và
ra của qúa trình phải được xác định Mô hình phải vững chắc trong suốt qúa trình Nghĩa là không có một nhiễu nào có thể ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng của việc tối ưu hóa Chính vì lẽ này mà chúng ta gọi vấn đề này là điều khiển tối ưu ổn định trạng thái Mô hình toán học có thể chứa một số ràng buộc đối với một
Trang 5hay một số các biến số của qúa trình Các ràng buộc này giới hạn phạm vi cho phép một hàm mục tiêu được tối ưu hoá
Với hai yếu tố trên của qúa trình được xác định, việc giải bài toán điều khiển tối
ưu hoá là xác định các giá trị của biến số vào để tối ưu hoá hàm mục tiêu Để thực hiện nhiệm vụ này, có rất nhiều kỹ thuật tối ưu hoá được dùng Những kỹ thuật này bao gồm:
- Tính toán vi phân
- Lập trình tuyến tính
- Lập trình động lực học
- Tính toán sự biến thiên Tất cả những phương pháp này đã được ứng dụng để giải hàng loạt những bài toán điều khiển tối ưu ổn định trạng thái thuộc loại này
Điều khiển thích nghi
Điều khiển thích nghi
Hệ thống điều khiển thích nghi được thiết kế để bù trừ những thay đổi của môi trường bằng cách thay đổi một số thông số điều khiển để đạt được thông số tối ưu hoặc gần như tối ưu
Hệ thống điều khiển thích nghi khác với hệ thống điều khiển liên hệ ngược hoặc hệ thống điều khiển tối ưu ở chỗ nó có khả năng đương đầu với sự thay đổi của môi trường theo thời gian, trong khi hai hệ thống kia hoạt động trong môi trường xác định hoàn toàn
Ba chức năng đặc trưng của hệ thống điều khiển thích nghi làm cho nó khác hẵn những hệ thống điều khiển khác là:
1 Chức năng nhận diện: xác định đặc tính hiện tại của qúa trình hoặc hệ thống Việc này có thể cần tới một số đo đạc các biến số của qúa trình và đánh giá mô hình toán học thích hợp của qúa trình Nó cũng có thể bao gồm việc so sánh chất lượng hiện tại với một số đặc tính tối ưu mong muốn
2 Chức năng quyết định: một khi đặc điểm của hệ thống đã được xác định thì chức năng tiếp theo là quyết định xem cơ chế điều khiển phải được thực hiện như thế nào để cải thiện tính chất của hệ thống Thủ tục ra quyết định được thực hiện bởi bộ logic được lập trình từ trước do người thiết kế hệ thống đảm bảo Theo bộ logic một hoặc nhiều biến số vào của qúa trình có thể được thay đổi, một số tham số bên trong bộ điều khiển hoặc một số quyết định có thể thay đổi
3 Chức năng biến đổi: thực hiện quyết định Việc này liên quan đến việc thay đổi vật lý hoặc cơ học bên trong hệ thống Sự thay đổi này chủ yếu thuộc phần cứng chứ không phải phần mềm Việc biến đổi bao gồm việc thay đổi các tham số hoặc biến số của hệ thống để điều khiển quá trình tới một qúa trình tối
ưu hơn Hình 18.4 minh họa trình tự ba chức năng trên trong hệ thống điều khiển thích nghi ứng dụng cho quá trình giả tưởng
Quá trình được xem như bị ảnh hưởng bởi môi trường thay đổi theo thời gian Trước tiên hệ thống xây dựng đặc tính của qúa trình bằng cách đo các đại lượng vào và ra Tùy theo đặc tính hiện tại, thủ tục quyết định được thực hiện để xác định phải
Trang 6thay đổi cái gì để cải thiện đặc tính của hệ thống Việc thay đổi hệ thống được thực hiện trong chức năng biến đổi
Hình 18.4 Cấu hình tổng quát của một hệ thống điều khiển thích nghi
18.4 Điều khiển phân tán và tập trung
Có rất nhiều cấu hình thiết bị khác nhau được dùng để thực hiện các chiến lược điều khiển được mô tả trong phần 18.3 Tuy nhiên chúng có thể chia làm ba loại: Loại 1 – Hệ thống điều khiển tập trung
Loại 2 – Hệ thống điều khiển phân tán một phần
Loại 3 – Hệ thống điều khiển phân tán toàn bộ
Trong các hệ thống điều khiển hiện đại, các cấu hình trên thường được dùng với hệ thống máy tính Tuy nhiên sự phân loại trên cũng đúng cho những quá trình không có máy tính
Loại 1
Loại 1 Hệ thống điều khiển tập trungHệ thống điều khiển tập trung được vẽ trên hình 18.5
Hình 18.5 Cấu hình loại 1- hệ thống điều khiển tập trung
Biến số vào hệ thống
Biến số vào qúa trình
Môi trường thay đổi theo thời
của qúa trình
Bộ điều khiển Quá trình
Biến đổi
Quyết định
Nhận diện
Đo đạc
Phòng điều khiển trung tâm
Màn hình Thiết bị ghi Các bộ điều khiển ,…
Quá trình
Các cảm biến
Cơ cấu tác động và các giao diện phần cứng khác
Hàng trăm hoặc hàng ngàn dây dẫn hoặc ống dẫn
Trang 7Hệ thống này hiện được sử dụng rộng rãi nhất Nó bao gồm một thiết bị điều khiển trung tâm với các cảm biến và các cơ cấu tác động bố trí trong nhà máy
Loại 2
Loại 2 –––– Hệ thốngHệ thốngHệ thống điều khiển phân tán có chọn lựađiều khiển phân tán có chọn lựa Khác với hệ thống điều khiển tập trung, hệ thống điều khiển loại này có một số các bộ điều khiển vệ tinh nằm gần các cảm biến và các cơ cấu tác động Sơ đồ hệ thống điều khiển phân tán có chọn lựa được vẽ trên hình 18.6
Hình 18.6 Cấu hình loại 2 – Điều khiển phân tán có chọn lựa
Ưu điểm của cấu hình này là kết hợp được cả ưu điểm của hệ thống điều khiển tập trung và hệ thống điều khiển phân tán Phòng điều khiển của người vận hành vẫn đặt tại vị trí trung tâm để điều khiển hoạt động của cả quá trình Đồng thời, mạch điều khiển trở nên ngắn hơn nên tin cậy hơn, ít ồn hơn, ít hư hỏng hơn Ngay cả khi có sự cố tạm thời giữa trạm điều khiển vệ tinh và máy tính trung tâm, thì bộ điều khiển vệ tinh vẫn có thể hoạt động như một bộ điều khiển cục bộ Vì thế khu vực sản xuất bị ảnh hưởng vẫn có thể duy trì hoạt động, tuy ở mức ít hiệu quả hơn
Loại 3
Loại 3 –––– Hệ thống điều khiển phân tán hoàn toàn.Hệ thống điều khiển phân tán hoàn toàn.Hệ thống điều khiển phân tán hoàn toàn
Cũng giống như trong hệ thống điều khiển phân tán có chọn lựa, hệ thống này có nhiều trạm vệ tinh được nối với máy tính trung tâm Tuy nhiên không giống như cấu hình loại 2, việc điều chỉnh qúa trình đơn lẻ được thực hiện bởi các bộ điều khiển đơn lẻ trong nhà máy, gần sát với các cảm biến và các cơ cấu tác động Sơ đồ của cấu hình điều khiển phân tán hoàn toàn được vẽ trên hình 18.7
Hệ thống điều khiển phân tán hoàn toàn cũng có những ưu điểm như hệ thống điều khiển phân tán có chọn lựa: thực hiện việc điều khiển tập trung đối với toàn bộ quá trình, nhưng các bộ điều khiển lại đặt rải rác tại các vị trí trong nhà máy, tuy nhiên hệ thống điều khiển kiểu này lại đi một bước xa hơn so với hai hệ thống điều khiển trên là làm cho mạch điều khiển càng ngắn càng tốt Việc này làm cho sự điều khiển tin cậy hơn nhờ giảm được tiếng ồn điện vì mạch điều khiển ngắn hơn; hoặc
Trạm điều khiển vệ tinh
Các bộ điều khiển
Quá trình
Các cảm biến
Cơ cấu tác động và các giao diện phần cứng khác
Hàng trăm hoặc hàng ngàn dây dẫn hoặc ống dẫn
Phòng điều
khiển trung
tâm
Màn hình
Các thiết bị
ghi
Các thiết bị
đầu cuối,…
Các thiết bị vệ tinh khác
Trang 8nếu như mạch điều khiển là khí nén thì thời gian đáp ứng nhanh hơn nhờ đường dẫn khí ngắn hơn
Hình 18.7 Cấu hình loại 3 – Điều khiển phân tán hoàn toàn
Ngày nay nhờ sự phát triển của công nghệ vi xử lý, các bộ vi xử lý có xu hướng được gắn thẳng trong các bộ điều khiển Việc này làm cho mạch điều khiển trở nên thông minh hơn, kỳ diệu hơn Trong các ngành công nghiệp các quá trình liên tục, sự có mặt của các bộ vi xử lý trong các cảm biến, các cơ cấu tác động bố trí khắp nơi trong nhà máy là một minh chứng tuyệt vời của việc tổ chức hệ thống điều khiển nhờ máy tính
18.5 Điều khiển số trực tiếp
Trong mục 18.3, chúng ta đã xem xét các chiến lược khác nhau được dùng để điều khiển quá trình sản xuất Mục 18.4 bàn về 3 loại cấu hình hệ thống điều khiển Trong phần này và phần sau chúng ta sẽ xem xét một cách phân loại khác các hệ thống điều khiển bao trùm lên 3 loại cấu hình hệ thống điều khiển được mô tả ở trên Đó là hai loại cơ sở:
1 Điều khiển số trực tiếp (DDC)
2 Điều khiển giám sát nhờ máy tính
Xua
Xuất xứ và định nghĩa điều khiển số trực tiếp át xứ và định nghĩa điều khiển số trực tiếp át xứ và định nghĩa điều khiển số trực tiếp
Trước khi có máy tính, việc điều khiển qúa trình sản xuất thường được thực hiện bằng điện và khí nén với tín hiệu điều khiển là tương tự và việc điều khiển qúa trình hoặc là phân tán hoặc là tập trung Khi máy tính số bắt đầu được ứng dụng để điều khiển qúa trình thì hệ thống điều khiển tập trung được coi là một nghệ thuật vì nó cho khả năng điều khiển toàn bộ qúa trình và có thể là tối ưu hoá toàn bộ nhà máy
Bus dữ liệu số Phòng điều
khiển trung
tâm
Màn hình
điều khiển
bộ ghi,
Đầu nối
cuối
Trạm điều khiển vệ tinh
Trạn vận hành cục bộ
Qúa trình
C
C
C
C
Tới các vệ tinh khác
Bus dữ liệu số
C = Bộ điều khiển đặt trong vùng làm việc
Trang 9Trong quá trình tiến hoá của máy tính, vào thời kỳ này (cuối 1950 đầu 1960), máy tính còn rất to và đắt tiền Do đó cách duy nhất hợp lý là dùng một máy tính số lớn cho việc điều khiển qúa trình trong cả nhà máy Chính vì thế mà khái niệm điều khiển số trực tiếp được sinh ra
Điều khiển số trực tiếp là thay thế các thiết bị điều khiển tương tự cổ điển bằng máy tính số Với điều khiển số trực tiếp, máy tính tính toán ra các giá trị mong muốn của các biến số vào và áp dụng trực tiếp vào qúa trình Sự kết nối trực tiếp giữa máy tính và qúa trình là lý do của tên gọi “điều khiển số trực tiếp”
So với các thiết bị điều khiển tương tự, máy tính số có khả năng to lớn hơn trong việc thực hiện việc tính toán, mềm dẻo hơn, hiệu quả hơn trong việc thực hiện cùng một công việc so với điều khiển tương tự
Các thành phần của hệ thống điều khiển số trực
Các thành phần của hệ thống điều khiển số trực tiếp tiếp tiếp
Một qúa trình công nghiệp phức tạp có đến hàng ngàn các biến số cần theo dõi và điều chỉnh Thí dụ như quá trình lọc dầu hỏa Mỗi một cặp biến số vào/ra tạo nên một mạch điều khiển Trước khi có điều khiển bằng máy tính số, các bộ điều khiển tương tự đã được dùng để điều chỉnh các mạch riêng biệt của một qúa trình công nghiệp Các thành phần của mỗi mạch phản hồi tương tự bao gồm:
1 Các bộ biến đổi và các cảm biến Chúng được bố trí trong nhà máy
2 Các cơ cấu tác động Chúng là các servomotor, valves, rơle,…và các thiết bị khác hoạt động dưới sự điều khiển của bộ điều khiển
3 Bô điều khiển tương tự Điều khiển các thiết bị điện và khí nén hoạt động theo tín hiệu sai số như trên hình 18.2 để điều khiển biến số ra cho phù hợp với gía trị cho trước
4 Thiết bị ghi và chỉ thị Các thiết bị này cho phép đọc các giá trị đo đưọc của các cảm biến trong phòng điều khiển của người vận hành
5 Thiết bị thiết lập giá trị mong muốn và so sánh Những thiết bị này thường là một phần của thiết bị điều khiển tượng tư cho phép người vận hành thiết lập giá trị mong muốn của qúa trình Thiết bị so sánh cho phép so sánh giá trị đo được từ bộ liện hệ ngược với giá trị đã được thiết lập
Trong hệ thống điều khiển số trực tiếp, một số thành phần có thể được thay thế, một số khác có thể giữ nguyên Các bộ biến đổi, các cảm biến, các cơ cấu tác động có liên hệ trực tiếp với qúa trình vật lý và phần lớn có thể giữ nghuyên trong hệ thống điều khiển số trực tiếp Các thiết bị khác còn lại không còn cần thiết nữa trong hệ thống điều khiển số trực tiếp Vị trí của chúng được thay thế bằng máy tính trung tâm và các thiết bị ngoại vi khác
Các phần tử có thể được bổ sung là bộ biến đổ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số bộ biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự, multiplexer Các thiết bị chuyển đổi kiểu số, motor bước, có thể được dùng thay cho các thiết bị cổ điển vốn liên kết với các bộ điều khiển tương tự Hình 18.8 là các thành phần sơ bản của hệ thống điều khiển số trực tiếp và cách bố trí chúng
Trang 10Hình 18.8 Các thành phần của hệ thống điều khiển số trực tiếp
18.6 Điều khiển giám sát nhờ máy tính
Thực tiễn sử dụng máy tính số một cách đơn giản để mô phỏng các đặc tính của các bộ điều khiển tương tự là giai đoạn chuyển tiếp trong việc điều khiển qúa trình nhờ máy tính Một mình điều khiển số trực tiếp khó mà làm cho giá thành giảm được Tuy nhiên việc dùng máy tính để điều khiển qúa trình có thể được hỗ trợ để cho việc thực hiện qúa trình tốt hơn Việc này liên quan đến ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát nhờ máy tính Về căn bản, vần đề là xác định giá trị thích hợp trong số các điểm được thiết lập trong mỗi mạch điều khiển Trong các hệ thống điều khiển tương tự tập trung, và ngay cả trong các hệ thống điều khiển số trực tiếp đơn giản, giá trị thích hợp thường là do người vận hành quyết định
Điều khiển giám sát nhờ máy tính nghĩa là ứng dụng việc điều khiển qúa trình nhờ máy tính, trong đó máy tính xác định giá trị thích hợp cho mỗi mạch điều khiển để tối ưu hoá mục tiêu thực hiện của toàn bộ qúa trình Mục tiêu thực hiện quá trình có thể là năng suất cao nhất, giá thành sản phẩm thấp nhất, lợi nhuận cao nhất,… Dựa trên cơ sở mô hình toán học được lập trình trong máy tính, máy tính sẽ tính toán
ra giá trị thích hợp mà qúa trình cần đạt được Các chiến lược điều khiển khác nhau có thể được dùng trong hệ thống điều khiển giám sát nhờ máy tính là: Hệ thống điều khiển kiểu điều chỉnh, hệ thống điều khiển liên hệ thuận, hệ thống điều khiển lập kế hoạch trước, điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi
Trong hệ thống điều khiển giám sát nhờ máy tính, việc điều chỉnh các điểm thiết lập được thực hiện bằng một trong hai cách:
1 Điều khiển tương tự Nếu mạch liên hệ ngược riêng rẽ được điều khiển bởi thiết bị tương tự, máy tính sẽ được nối với các thiết bị này Việc điều chỉnh điểm chuẩn được thực hiện qua giao diện thích hợp phần cứng giữa máy tính và phần tử tương tự
Bộ chuyển đổi và các dụng cụ liên quan
Quá trình
Các biến số vào Các biến số ra
Output Multiplexer Input Multiplexer
DDC computer
Các thiết bị giao diện quá trình (motor bước, …)
Trạm vận hành
