Tài liệu về Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán.
Trang 1₫iều khiển phân tán
Trang 2Chương 2: Cấu trúc hệ thống
2.1 Cấu trúc cơ bản của một HTĐK&GS
2.2 Mô hình phân cấp chức năng
2.3 Các cấu trúc vào/ra
2.4 Các cấu trúc điều khiển
Trang 32.1 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 4Các thành phần cơ bản
Hệ thống máy tính điều khiển: Các hệ thống máy tính điều khiển chuyên dụng hoặc phổ thông.
Giao diện quá trình: Giao diện giữa các MTĐK với hệ
thống kỹ thuật thông qua các thiết bị đo lường và
truyền động.
Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần
mềm giao diện người máy, các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống.
Hệ thống bảo vệ: Các thiết bị bảo vệ và cơ chế thực
hiện chức năng an toàn hệ thống.
Trang 52.2 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 6Mục ₫ích phân cấp
Định nghĩa các cấp theo chức năng, không phụ thuộc lĩnh vực công nghiệp cụ thể Mỗi cấp có chức năng và đặc thù khác nhau
Với mỗi ngành công nghiệp, lĩnh vực ứng dụng có thể
có các mô hình tương tự với số cấp nhiều hoặc ít hơn
Ranh giới giữa các cấp không phải bao giờ cũng rõ
ràng
Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng
Càng ở cấp trên quyết định càng quan trọng hơn,
lượng thông tin cần trao đổi và xử lý càng lớn hơn.
Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế hệ thống
Trang 72.3 Cấu trúc vào/ra
I/O: input/outputA: actuator S: sensor
HIỆN TRƯỜNG
MTĐK I/O
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
a) Vào/ra tích hợp
MTĐK
I/O
4-20mA
0-10V
4-20mA 0-10V
b) Vào/ra kiểu module
Î Nối dây truyền thống
Vào/ra tập trung (central I/O)
Trang 8Vào/ra tập trung: Ưu và nhược ₫iểm
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 9Vào/ra phân tán (distributed I/O)
S A
MTĐK
Compact I/O
S A
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
Modular I/O
Î Ưu điểm nhiều, song vẫn còn nối dây truyền thống
Còn gọi là vào/ra từ xa (remote I/O)
Trang 10Vào/ra phân tán với bus trường chuẩn
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:
– Truyền kỹ thuật số => hạn chế lỗi được hạn chế – Nếu có lỗi truyền thông cũng dễ dàng phát hiện nhờ các biện pháp bảo toàn dữ liệu của hệ bus.
Tăng độ linh hoạt của hệ thống:
– Tự do hơn trong lựa chọn các thiết bị vào/ra – Tự do hơn trong thiết kế cấu trúc hệ thống
– Khả năng mở rộng dễ dàng hơn
Vào/ra phân tán không nhất thiết phải đặt gần tại hiện trường (chỉ lợi dụng ưu điểm cuối cùng)
Trang 11Thiết bị 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 12Vào/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
MTĐK
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
Trang 132.4 Cấu trúc ₫iều khiển
Dây chuyền 1
S A
Dây chuyền 2
S A
Dây chuyền n
S A
MTĐK I/O
MTĐK I/O
MTĐK I/O
Điều khiển cục bộ/₫iều khiển song song
Trang 14Điều khiển song song: ưu và nhược ₫iểm
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 15Điều khiển tập trung (centralized control)
Nối dây truyền thống
A
Phân đoạn 1
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG MTĐK
I/O
Trang 16Điều khiển tập trung
Sử dụng bus trường
MTĐK
I/O
I/O
I/O
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
Trang 17Điều khiển tập trung: ưu và nhược ₫iểm
Độ tin cậy thấp: Tập trung chức năng điều khiển và xử
lý thông tin tại một máy tính duy nhất
Độ linh hoạt thấp: Mở rộng cũng như thay đổi một phần trong hệ thống đòi hỏi phải dừng toàn bộ hệ thống.
Hiệu năng kém: Toàn bộ thông tin đều phải đưa về
trung tâm, chậm trễ do thời gian truyền dẫn và xử lý tập trung
Chỉ phù hợp với các ứng dụng qui mô nhỏ
Trang 18Điều khiển phân tán (distributed control
bus hệ thống
A
Phân đoạn 1
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
TRẠM ĐK CỤC BỘ
Trang 19Điều khiển phân tán : ưu ₫iểm
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 20Điều khiển phân tán sử dụng bus trường
MTĐK 1
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
bus hệ thống
TRẠM ĐIỀU KHIỂN
CỤC BỘ
I/O
bus trường
MTĐK 2
A
MTĐK n
I/O
bus trường
bus trường
S
