Tai lieu dao tao DCS nhà máy Đạm Cà Mau

Cấu trúc, chức năng một máy Engineering Workstation EWS EWS thường là một máy tính Server, dùng màn hình CRT hay LCD thường, có chức năng thiết lập cấu hình, chứa cơ sở dữ liệu của toàn

GIÁO TRÌNH

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN - DCS

ĐƠN VỊ TP CNSX/KTh PGĐ Khối CHỦ TỊCH HĐ

Nguyễn Minh Tâm

Ngày ban

hành Soạn thảo Kiểm tra Phê duyệt

MỤC LỤC

PHẦN 1 4

PHẦN CỨNG 4

I Các thuật ngữ, định nghĩa: 5

II Cấu trúc phần cứng hệ thống DCS Centum: 6

Thành phần hệ thống : 6

Cấu trúc, chức năng một trạm vận hành HIS: 6

Cấu trúc, chức năng một máy Engineering Workstation (EWS) 10

Cấu trúc, chức năng của một máy OPC: 10

Cấu trúc một tủ FCS: 10

Cấu trúc một FCS KFCS: 12

Các modun vào/ra: 24

III Mạng FCS và thông số các loại bus: 36

Mạng FCS: 36

Các loại bus và thông số: 37

IV Cấu hình phần cứng 40

Đặt địa chỉ domain: 40

Đặt địa chỉ trạm: 42

Đặt địa chỉ trên card VF701 của HIS 42

PHẦN 2 46

PHẦN MỀM 46

I Các chức năng cơ bản phần mềm Centum CS3000: 47

Phân quyền người dùng và các mức bảo mật: 47

Sơ lược các chức năng chính của menu vận hành: 50

Instrument faceplate: 54

Câu hỏi ôn tập: 56

II Cài đặt và cấu hình hệ thống bằng công cụ System View 57

Tổng quan về System View 57

Khởi động System View 58

Định nghĩa Project 61

III Các khối chức năng điều khiển chính 74

Khối chỉ thị tín hiệu vào (PVI) 74

Khối chỉ thị đầu vào với báo động độ lệch (PVI-DV) 75

Khối điều khiển (PID) 78

Tác động điều khiển của khối đặt bằng tay (MLD) 87

Khối đặt tải bằng tay với chỉ thị đầu vào (MLD-PVI) 88

Khối đặt tải với công tắc auto/man (MLD-SW): 90

Khối điều khiển động cơ (MC-2, MC-3) 99

Khối đặt tỷ lệ (RATIO): 108

Khối giới hạn tốc độ (VELLIM) 112

IV Các khối tính toán chính: 117

Khối tính toán chung (CALCU) 123

Khối đặt dữ liệu (DSET) 129

Bảng trình tự (ST16): 130

Khối sơ đồ logic: (LC64) 134

PHẦN 3 145

GIAO TIẾP MODBUS 145

I Giới thiệu chung về modbus: 146

II Địa chỉ modbus: 147

III SỰ PHẢN HỒI NGOẠI LỆ 152

IV CARD TRUYỀN THÔNG MODBUS CỦA HÃNG YOKOGAWA ALR121 154

V GÓI TRUYỀN THÔNG MODBUS 160

VI CẤU HÌNH CARD TRUYỀN THÔNG ALR121 163

VII KIỂM TRA, CHUẦN ĐOÁN LỖI ALR121 172

VIII CHUẨN ĐOÁN LỖI MODBUS BẰNG SOFTWARE 176

IX ONLINE DOWNLOAD 182

PHẦN 4 184

CÂU HỎI ÔN TẬP 184

PHẦN 1 PHẦN CỨNG

HIS: Human Interface Station

FCS: Field Control Station

FCU : Field Control Unit

CPU : Central Processing Unit

PSU : Power Supply Unit

EWS: Engineering Work Station

RTU : Remote Terminal Unit

OPC: OLE for Process Control Server

OLE : Object Linking and Embedding

SS : Sub Station

LED : Light Emitting Diode

DB: DataBase

II Cấu trúc phần cứng hệ thống DCS Centum:

Thành phần hệ thống :

Cấu trúc, chức năng một trạm vận hành HIS:

Trạm vận hành HIS có chức năng là trạm giao diện người máy giữa người vận hành với hệ thống DCS HIS có chức năng vận hành, điều khiển, giám sát, theo dõi trend, alarm, các trạng thái Interlock

Cấu hình cần thiết cho một HIS để chạy Centum CS3000 như sau:

- HIS là một máy vi tính đa chức năng, chạy trên hệ điều hành Windows

2000 trở về sau

- Cấu hình CPU: Pentium 300MHz hay nhanh hơn

- Bộ nhớ chính: 96MB hay nhiều hơn

- Đĩa cứng: 4GB hay nhiều hơn

- Có cổng COM: một cổng RS232 hay nhiều hơn

- Có một khe PCI để cắm card giao tiếp bus VF701

- Có card mạng Ethernet 100Mb hay hơn

Có hai loại HIS

• Loại desktop: là một máy tính bình thường (workstation) đặt trên bàn đa dụng như hình sau:

Hiện nhà máy Đạm Phú Mỹ đang dùng loại này

• Loại console: là HIS có bàn vận hành loại đặc biệt, hỗ trợ hai monitor

Có hai loại, loại kín và loại hở

Cấu trúc, chức năng một máy Engineering Workstation (EWS)

EWS thường là một máy tính Server, dùng màn hình CRT hay LCD thường,

có chức năng thiết lập cấu hình, chứa cơ sở dữ liệu của toàn bộ project, thường EWS cũng có chức năng operation và monitor

Cấu trúc, chức năng của một máy OPC:

Máy OPC thường cũng là một Server, dùng màn hình CRT hay LCD thường,

có chức năng trung chuyển các thông số vận hành của hệ thống từ DCS sang các hệ thống khác như IMS, APC…

LFCS: là loại có IO là remote IO, kết nối thông qua RIO bus

KFCS: là loại có IO là local IO, kết nối thông qua Extended Serial Backboard (ESB) bus and (ER) Enhanced Remote bus

Model TypeAFS10S Field Control Station (19” rack mountable type)

AFS10D Duplexed Field Control Station (19” rack

mountable type)AFS20S Field Control Station (with cabinet)

AFS20D Duplexed Field Control Station (with cabinet)

AFS30S Field Control Station (for FIO, 19” rack

mountable type)AFS30D Duplexed Field Control Station (for FIO, 19” rack

mountable type)AFS40S Field Control Station (for FIO, with cabinet)

AFS40D Duplexed Field Control Station (for FIO, with

cabinet)

• Loại nhỏ SFCS và PFCS:

PFCS loại tiêu chuẩn trong hệ thống CS 3000

Model TypePFCS-H Field Control Station (compact type)

PFCD-H Duplexed Field Control Station (compact type)

PFCS loại tiêu chuẩn trong hệ thống CS 1000

Model TypePFCS-S Field Control Station (standard type)

PFCD-S Duplexed Field Control Station (standard type)

PFCS-E Field Control Station (enhanced type)

PFCD-E Duplexed Field Control Station (enhanced type)

Ghi chú: do trong nhà máy Đạm chỉ dùng loại KFCS nên từ đây về sau, tài

liệu hướng dẫn này chỉ đề cập đến KFCS thôi Mọi thông tin liên quan đến các

hệ FCS khác, hãy tham khảo hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất

Cấu trúc một FCS KFCS:

1.6.1 Cabinet của một FCS tiêu chuẩn (KFCS)

Một cabinet của KFCS bao gồm:

• Thiết bị cấp nguồn chính

• FCU

• Các node

• Thiết bị cấp nguồn cho FCU

• Thiết bị cấp nguồn cho các node

Cấu trúc Redundant của một card xử lý chính trong FCU

-Đèn RDY:

Đèn hiển thị trạng thái, màu xanh khi Thiết bị nguồn làm việc bình thường Đèn tắt khi nguồn có lỗi hoặc khi Thiết bị này làm việc không bình thường Chú ý:

- Đầu nối bảo trì (CHK) được sử dụng khi làm công tác bảo dưỡng Trong công việc vận hành bình thường, không dùng đầu nối này

- Các cầu chì có tuổi thọ giới hạn (nên thay thế sau 3 năm) Đối với 100-120V

AC hoặc 220-240V AC, sử dụng các cầu chì 6,3A (số hiệu: S9578VK); Đối với 24V DC, sử dụng cầu chì 15A (số hiệu: S9504VK)

- Công tắc ON/OFF của pin:

Lựa chọn hoặc không lựa chọn nguồn dự phòng để lưu dữ nội dung của bộ nhớ trong card xử lý khi nguồn bị sự cố

- ON: Cho phép nguồn dự phòng Lựa chọn vị trí này khi làm việc bình

- Thiết bị pin trong FCU

Thiết bị pin để lưu dự phòng bộ nhớ trong card xử lý khi mất điện

Các đặc tính:

- Thời gian dự phòng: 72 giờ

- Tuổi thọ pin: Tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường

- 3 năm nếu nhiệt độ môi trường nhỏ hơn hay bằng 30oC

- 1,5 năm nếu nhiệt độ môi trường nhỏ hơn hay bằng 40oC

- 9 tháng nếu nhiệt độ môi trường nhỏ hơn hay bằng 50oC

Cấu hình:

Thiết bị pin được đặt vào trong Thiết bị nguồn cấp Đầu ra của pin được biến đổi thành 5V DC trong Thiết bị cấp nguồn và được kết nối với card xử lý thông qua bo mạch phía sau

Các đèn trạng thái:

- HRDY:

Thiết bị vi xử lý thực hiện việc tự chẩn đoán Nếu phần cứng của Thiết bị vi

xử lý hoạt động bình thường, đèn xanh sẽ sáng Nếu có sự bất thường xảy ra thì đèn này tắt

- RDY:

Đèn màu xanh sáng nếu cả phần cứng và phần mềm làm việc bình thường Nếu

1 trong 2 hoặc cả 2 bị sự cố, đèn này sẽ tắt

- CTRL:

Trong cấu hình KFCS có redundance , đèn xanh sáng nếu bộ xử lý ở phía đang điều khiển và tắt nếu nó ở phía đang chờ (dự phòng) Khi khởi động KFCS kép, bộ xử lý bên phải là phía điều khiển Trong KFCS đơn đèn này luôn sáng

- COPY:

Sáng xanh trong khi bộ xử lý đang tiến hành Copy chương trình đối với CPU

dự phòng kép, tắt khi việc copy chương trình kết thúc

Khi một bộ xử lý được thay thế hoặc khi bộ xử lý đó dừng và được khởi động lại, thì bộ xử lý phía dự phòng sẽ tự động copy chương trình từ bộ xử lý đang làm việc

Công tắc cho việc bảo dưỡng:

- Công tắc START/STOP:

Công tắc Start/Stop được sử dụng để dừng hoặc khởi động lại CPU của bộ xử

lý Nếu công tắc này được ấn khi bộ vi xử lý vẫn đang làm việc, thì CPU sẽ dừng Nếu công tắc này được ấn khi bộ vi xử lý không làm việc, thì CPU sẽ khởi động lại

Công tắc này được đặt trong 1 lỗ bên cạnh ký hiệu START/STOP

- Đầu nối CN1:

Không được nối bất kỳ cái gì tới đầu nối CN1 này, nó chỉ được sử dụng cho mục đích bảo dưỡng

Card giao tiếp ESB

Card giao tiếp ESB SB301 thực hiện truyền thông dữ liệu giữa CPU và card ESB SB401 trên các Node

Các đèn trạng thái:

- RDY:

Đèn màu xanh sáng nếu cả phần cứng và phần mềm làm việc bình thường Nếu

1 trong 2 hoặc cả 2 bị sự cố, đèn này sẽ tắt

- CTRL:

Sáng xanh nếu card SB301 đang điều khiển, tắt nếu đang ở chế độ dự phòng

Thiết bị đấu nối Vnet

Thiết bị ghép nối Bus điều khiển thực hiện sự cách ly và biến đổi các tín hiệu điều khiển Có thể sử dụng bộ ghép nối bus điều khiển đơn hoặc kép

Trong hệ thống kép, 2 thiết bị ghép nối được sử dụng Trong trường hợp này, Bus 1 ở bên trên, bus 2 ở dưới

Thiết bị đấu nối bus ESB

Khối ghép nối bus tín hiệu ESB để ghép nối card giao diện ESB lắp trong FCU với ESB bus bởi việc điều chỉnh và chuyển đổi tín hiệu

Cấu hình:

Đối với FCU có ESB bus kép, thì sẽ có 2 bộ ghép nối ESB (AIP532) được lắp đặt Bên trái cho bus 1, bên phải cho bus 2 Đối với FCU có ESB bus đơn, 1 bộ ghép nối ESB (AIP532) được lắp đặt ở bên trái (bus 1)

Thiết bị báo giao tiếp bên ngoài

Khối giao diện ngoài đưa ra kết quả tự chẩn đoán bởi khối xử lý tới các đầu nối đầu ra tiếp điểm trên board cấp nguồn

Một đèn báo động được cung cấp cho mỗi quạt, nó sáng đỏ khi tốc độ quạt không bình thường

Cấu hình:

- Các đầu nối READY:

Ngắt mạch khi bộ vi xử lý bị lỗi hoặc khi nguồn hỏng

- Cầu chì (FUSE):

RL1: Cho rơ le đầu ra tiếp điểm READY

RL2: Cho các rơ le điều khiển tốc độ quạt

N1: Cho quạt trái

N2: Cho quạt phải

D1: cho quạt trái cửa trước

D2: cho quạt phải cửa trước

D3: cho quạt trái cửa sau

D4: cho quạt phải cửa sau

trái cửa sau không bình thường

D4: Bình thường tắt Sáng đỏ trong trường hợp hỏng quạt hoặc tốc độ của quạt phải cửa sau không bình thường

Quạt làm mát:

Khối quạt được sử dụng để ngăn chặn sự tăng về nhiệt độ bên trong tủ, sự tăng nhiệt độ đó có thể gây ra sự cố và làm hư hỏng nhanh hơn các bộ phận trong FCU và các nodes

Quạt có 2 tốc độ, tốc độ cao được đặt trong các trường hợp sau:

- Khi nhiệt độ gió hút vào tăng quá 35oC

- Khi nhiệt độ gió đầu ra tăng quá 40oC

- Khi có bất kỳ 1 trong số các quạt của khối FCU và quạt cửa bị dừng hoặc tốc

độ của bất kỳ quạt nào không bình thường

Nếu tốc độ quạt sụt giảm do có sự hỏng hóc thì đèn trạng thái của quạt tương ứng trên khối giao diện ngoài sẽ sáng đỏ

Có 2 quạt được lắp đặt ở dưới FCU 2 quạt được lắp trên cửa phía trước và phía sau tủ

Các modun vào/ra:

Node Units

Node Unit (còn gọi là Nodes): là thiết bị xử lý tín hiệu chuyển đổi tín hiệu vào/ra từ/đến thiết bị Instrument ngoài hiện trường thành tín hiệu có thể giao tiếp với FCU thông qua ESB

Mô hình kết nối tín hiệu giữa FCU và các node như sau:

ANB10S: Node Unit cho bus đơn ESB (Rack Mounting)

ANB10D: Node Unit cho bus redundant ESB (Rack Mounting)

Tuy nhiên, hệ thống hiện tại ở Nhà máy chỉ dùng loại ANB10D nên ta chỉ khảo sát loại này:

Mô hình một ANB10D node:

Gồm:

- Hai modun cấp nguồn nằm bên cùng tay phải

- Hai modun giao diện bus EB401

- Còn các khe trống còn lại ta có thể lắp I/O card và các modun truyền thông Một Node có thể lắp tối đa tám modun

Remote:

ANR10S: Node Unit cho bus đơn ER (Rack Mounting)

ANR10D: Node Unit cho bus redundant ER (Rack Mounting)

Mô hình một ANR10D node:

- Còn các khe trống còn lại ta có thể lắp I/O card và các modun truyền thông Một Node có thể lắp tối đa tám modun

Các node được đặt tên và cấu hình như sau:

- Giới hạn lắp đặt của các I/O modun trên node: do giới hạn cấp nguồn của bộ nguồn trên node, chỉ có thể lắp giới hạn các card Mỗi card được gán cho một hệ số, cần phải lắp như thế nào để bảo đảm hệ số trên một node không quá một trăm, các hệ số như bảng sau:

I/O modun:

Danh sách các IO card có thể dùng trên Node Unit trên

Loại card Mô tả

AAI135 Analog Input Module (4 to 20 mA, 8-Channel, Isolated Channels)

AAI835 Analog I/O Module (4 to 20 mA, 4-Channel Input/4-Channel

Output, Isolated Channels)

ADV159 Digital Input Module for Compatible ST3 (32-Channel Input,

Isolated Channels)

ADV559 Digital Output Module for Compatible ST4 (32-Channel Output,

Isolated Channels)

ALR121 RS-422/RS-485 Communication Module (2-Port)

Hình dạng nhìn từ mặt trước một số card I/O:

- Digital card:

- Analog card:

- Communication card:

Các phụ kiện của I/O card:

Bảng đấu nối cho tín hiệu Analog AEA3D cho card AAI835 chân 1-4:

Input, chân 5-8: Output

Sơ đồđấu dây:

Bảng đấu nối cho tín hiệu Analog AEA4D cho card AAI135:

Sơ đồđấu dây:

Mạch xuất tín hiệu role: dùng để xuất tín hiệu Digital Output ADV559

cho WET contact

Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn của MRO-154:

Sơ đồ nguyên lý của TE16 và TE32

III Mạng FCS và thông số các loại bus:

Mạng FCS:

Có hai mạng trong hệ thống DCS, Ethernet lan và Vnet Lan theo sơ đồ sau:

Mạng Ethernet:

Kết nối giữa HIS và EWS, HIS và hệ thống giám sát Mạng Ethernet dùng để trao đổi dữ liệu Trend, messages giữa các trạm Ngoài ra, mạng này còn được dùng để đồng bộ dữ liệu giữa ESW và các HIS, giám sát hiệu suất hoạt động của mạng Vnet

Tốc độ mạng Ethernet hiện tại là 100Mb

Mạng Vnet: bao gồm Vnet và Vlnet (hệ CENTUM CS1000)

Một số thông số đặc tính:

Transmission Speed 10 Mbps (real-time

control bus)

10 Mbps (real –time control bus)

Cable Types 10 Base 2 ( for HIS)

10 Base 5 (for FCS, CGW, etc)

10 Base 2 cable ( for stations)

Transmission

distance

185 m/segment (for 10 Base 2)

500 m/segment (for 10 Base 5)

185 m/segment (for 10 Base 2)

Access Method Token Passing Token Passing

Max 1.6 km, 8 repeaters Max 20 km, 4 repeaters

Các loại bus và thông số:

ESB bus

Ứng dụng

Là chuẩn bus giao tiếp giữa card xử lý trung tâm đến các local I /O node

Đặc điểm truyền thông:

Thông số truyền:

Network Topology: Bus type

Transmission Path Redundancy: Available

Transmission Speed: 128 megabits per second

Transmission Cable: Dedicated cable (YCB301)

Transmission Distance: Max 10m

ER bus

Ứng dụng

Là chuẩn bus giao tiếp giữa card xử lý trung tâm đến các remote I /O node

Đặc điểm truyền thông:

*1: Up to 8 remote nodes per ER bus can be connected

Note: Number of ER bus: Max 4 per FCU

Thông số truyền:

Network Topology: Bus type

Transmission Path Redundancy: Available

Transmission Speed: 10 megabits per second

Transmission Cable: Coaxial cable (YCB141, YCB311) Use

YCB147/YCB149 Bus Adapter Unit to connect a YCB141

cable to a YCB311 cable

Transmission Distance:

Max 185m (for YCB141): Extendable to 2 km when using Ethernet repeaters (total transmission distance must be 2370

m or shorter) (*1)

Can use 2 (a set of) Ethernet repeaters per ER bus train

When mixing YCB141 and YCB311: Length of YCB141 + (185/500) x Length

of YCB311 - 185

Number of Bus Adapter Units: Max 4 per segment (*2)

between repeaters.

IV Cấu hình phần cứng

Đặt địa chỉ domain:

Một domain là khái niệm cho toàn bộ một hệ thống DCS như hệ thống của nhà máy đạm phú mỹ Giá trị của domain từ 1 đến 16, trong trường hợp của nhà máy, domain có giá trị là 1

Thiết lập giá trị cho domain bằng dip switches trên FCU, modun CPU theo hình minh họa: