Nghiên cứu thiết lập vòng điều khiển tối ưu quá trình vận hành thiết bị gia nhiệt khí (gas heater)

Mục đích của đề tài : Nghiên cứu thiết kế vòng điều khiển tối ưu trong quá trình vận hành thiết bị gia nhiệt khí nhằm sử dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu đốt cho Gas Heater, đóng vai trò

- &&& -

NGUYỄN VẠN VIỆT QUỐC

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP VÒNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT KHÍ GAS HEATER TẠI TRUNG TÂM PHÂN PHỐI KHÍ

PHÚ MỸ

Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

LUẬN VĂN THẠC SĨ: Điều Khiển và Tự Dộng Hóa

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.T.S PHAN XUÂN MINH

Hà Nội – Năm 2008

MỤC LỤC

MỤC LỤC ……… ……….… 1

LỜI NÓI ĐẦU ……….…… 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ……… 5

CHƯƠNG 1: ……… ……….……… 6

TỔNG QUAN TRUNG TÂM PHÂN PHỐI KHÍ (GDC) PHÚ MỸ ……… 6

1 Vị trí địa lý ………… ……….……….… 6

2 Tổng quan GDC Phú Mỹ ……….…… 6

2.1 Giới thiệu chung … ……… ……….……… 6

2.2 Sơ đồ mặt bằng tổng thể GDC Phú Mỹ .……… 5

2.3 Giới thiệu tổng quan hệ thống dây chuyền tiếp nhận và phân phối khí của GDC Phú Mỹ ……….……… 7

2.4 Thống kê số thiết bị chấp hành và thiết bị truyền tín hiệu TT, PT trên một dây chuyền cấp khí sang nhà máy điện Phú Mỹ 1………… 12

CHƯƠNG 2: ……… 15

TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP 15

1 Lược sử quá trình phát triển của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp 15

2 Mô hình phân cấp của hệ thống điều khiển.……… 16

3 Cấu trúc và thiết bị mạng……… ……… 18

3.1 Cấu trúc bus……… 19

3.2 Cấu trúc hình sao……… 20

3.3 Mô hình tham chiếu OSI……… 20

3.4 Kiến trúc giao thức……… ……… 21

3.5 Chuẩn giao thức TCP/IP……… 24

3.6 Truy nhập bus……… 25

3.7 Kiểu truyền dữ liệu Master/Slaver ……… 25

3.8 Kiểu truyền dữ liệu Token Passing……… ……… 25

4 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển giám sát……… 27

4.1 Cấu trúc tập trung – Concentrated Architechure……… 27

4.2 Cấu trúc phân tán……… 28

5 Hệ thống điều khiển phân tán DCS……… 29

5.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán DCS……… 29

5.2 Mô hình phân lớp của hệ thống điều khiển DCS ……… 30

5.3 Các mô hình mạng trong hệ thống điều khiển phân tán……… 32

6 Giới thiệu cấu trúc PlantWeb……… 33

6.1 Khái niệm về PlantWeb……… 33

6.2 Cơ sở hình thành cấu trúc PlantWeb……… 34

6.3 Sơ đồ cấu trúc PlantWeb điển hình của hãng Emerson……… 34

7 Giới thiệu hệ thống điều khiển ICS tại GDC Phú Mỹ ……… 35

7.1 Cấu trúc hệ thống ICS 35

7.2 Nhiệm vụ của hệ thống ICS ……… 42

7.3 Ưu nhược điểm của hệ thống ICS……… 43

CHƯƠNG 3: ……… 44

CẤU TẠO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT KHÍ (GAS HEATER) TẠI GDC PHÚ MỸ ……… 44

1 Đặc điểm, vai trò và chức năng thiết bị gia nhiệt khí Gas Heater ………… 44

1.1 Những đặc điểm chính của Gas Heater ……… 44

1.2 Vai trò của Gas Heater trong dây chuyền công nghệ……… 44

1.3 Chức năng Gas Heater trong dây chuyền công nghệ tiếp nhận và phân phối khí……… 45

2 Sơ đồ nguyên lý tổng quát của hệ thống Gas Heater ……… 46

3 Thiết bị gia nhiệt Gas Heater E-401A/B/C tại GDC Phú Mỹ ……… 48

3.1 Sơ đồ cấu tạo (PL 5)……… 49

3.2 Các bộ phận chính (Đối với E-401A)……….………… 50

CHƯƠNG 4:……… 55

THIẾT LẬP BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG GAS HEATER VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ VẬN HÀNH TỐI ƯU……… 55

1 Các tham số công nghệ của Gas Heater ……… 55

1.1 Nhiệt độ trong buồng đốt ……… 55

1.2 Nhiệt độ nước gia nhiệt Tn ……… 55

1.3 Nhiệt độ đặt cho dòng khí công nghệ cần gia nhiệt Tsp ……… 55

1.4 Nhiệt độ của dòng khí sau khi được gia nhiệt TK ……… 56

1.5 Độ mở của van điều khiển dòng khí Fuel Gas %Vm ……… 56

1.6 Lưu lượng của dòng khí qua Gas Heater QK ……… 56

2 Xây dựng mô hình toán và mô phỏng bằng Matlab Simulink đối tượng điều khiển Gas Heater ……… 56

2.1 Xác định hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh……… 56

2.2 Khảo sát mô hình đối tượng Gas Heater bằng Matlab Simulink………… 72

3 Các bài toán tự động hóa trong quá trình điều khiển Gas Heater ….……… 79

3.1 Quá trình khởi động Gas Heater ……… 79

3.2 Bài toán điều khiển Gas Heater trong quá trình công nghệ……… 84

4 Bộ điều khiển chương trình PLC của Gas Heater tại Local Control Panel … 86 4.1 Phần cứng……… 86

4.2 Phần mềm……… 89

5 Điều khiển tối ưu hệ thống gia nhiệt khí Gas Heater trong quá trình……… 92

vận hành dây chuyền cung cấp Khí ……… 92

KẾT LUẬN……… 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 97

PHỤ LỤC……… 98

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, khí đốt đã được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều nghành công nghiệp như làm khí đốt các tua bin khí cho các nhà máy nhiệt điện, dùng để lấy nguyên liệu sản xuất phân Đạm, ngoài ra còn được dùng trong các nhà máy công nghiệp khác như nhà máy sản xuất bột ngọt VEDAN, nhà máy sản xuất gạch men TACERRA… Khí đốt được cung cấp từ công ty chế biến và kinh soanh sản phẩm khí (PVGAS) hiện nay phát triển lên thành Tổng công ty Khí Việt Nam đảm bảo yêu cầu về chất lượng khí cung cấp như là thành phần của khí, nhiệt độ, áp suất, nhiệt độ điểm sương Hydro Dewpoint, water Dewpoint của khí

Mục đích của đề tài :

Nghiên cứu thiết kế vòng điều khiển tối ưu trong quá trình vận hành thiết bị gia nhiệt khí nhằm sử dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu đốt cho Gas Heater, đóng vai trò rất quan trọng cho việc cung cấp nguồn khí đốt đảm bảo tiêu chuẩn ổn định và chất lượng nguồn khí gia nhiệt trong hệ thống công nghệ cung cấp khí

Nội dung của đề tài :

• Xác định được sơ đồ công nghệ của thiết bị và nguyên lý hoạt động gia nhiệt của Gas Heater

• Tìm ra được phương pháp điều khiển tối ưu cho quá trình gia nhiệt của khí của Gas Heater

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nhà cung cấp hệ thống PLC như: Siemens, Invensys, Andover Control, HawkI Control… Hệ thống PLC của mỗi hãng đều có những đặc trưng riêng Trong số đó HawkI Control là một trong những đại diện hàng đầu Chính vì vậy, trong điều kiện em đang công tác tại GDC Phú mỹ nên em

đã chọn “Nghiên cứu thiết lập vòng điều khiển tối ưu trong quá trình vận hành

thiết bị gia nhiệt khí” làm đề tài tôt nghiệp

Để hoàn thành luận văn này em xin chân thành cám ơn cô Phan Xuân Minh

- Bộ môn Điện điều khiển Tự động - Trường Đại học Bách khoa Hà nội, Ban Giám Đốc Công ty Vận chuyển Khí Đông Nam Bộ (PVGAS SE) và Trung tâm phân phối khí GDC Phú Mỹ nơi tôi đang công tác Đồng thời em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô giáo bộ môn Điện điều khiển Tự động đã truyền đạt những kiến thức cũng như ý kiến góp ý quý báu giúp em hoàn thành Luận văn này

Trong quá trình làm Luận văn tuy đã rất cố gắng nhưng không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được những ý kiến bổ sung của các thầy cô và các bạn

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GDC – Gas Distribution Center

DCS – Distributed Control System

ICS – Integrated Control System

PLC – Programmable Logic Control

PCS – Process Control System

ESDV – Emergency Shutdown Valve

PCV – Pressure Control Valve

FCV – Flow Control Valve

TT – Temprature Transmitter

PT – Pressure Transmitter

HMI – Human Machine Interface

AI – Analog Input (Đầu vào tương tự)

AO – Analog Ouput (Đầu ra tương tự)

P&ID – Piping & Instrument Drawing

PVGAS – Petro Viet Nam Gas

PVGAS SE – Petro Viet Nam Gas South East

NCSP – Nam Côn Sơn Pipe-line

EVN – Electric Việt Nam (Tập đoàn Điện lực VN)

MMSCMD – Triệu m3 khí chuẩn ngày

Trend – Hệ điều khiển sẽ được định dạng lựa chọn và hiển thị bảng đồ thị thời gian thực của đối tượng

Alarm - Lỗi báo động trên hệ thống vận hành

FTP : File transfer Protocol

HTTP : Hypertext Transfer Protocol

MMS : Mannufactoring Message Specification

TCP/IP: Transmisson Control Protocoll/Internet Prrotocol

HART : Highway Adressable Remote Transducer

HDLC : High Level Data – Link Control

Chương 1: TỔNG QUAN TRUNG TÂM PHÂN PHỐI KHÍ (GDC)

PHÚ MỸ

1 Vị trí địa lý

Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ nằm trong khu công nghiệp Phú Mỹ 1, Thị trấn Phú Mỹ, huyện Tân Thành, Tĩnh Bà Rịa – Vũng Tàu,

• Phía Đông giáp Thị trấn Phú Mỹ

• Phía Tây giáp cụm các Nhà Máy nhiệt điện Phú Mỹ

• Phía Nam giáp Sông Thị Vải

• Phía Bắc giáp Khu Công nghiệp Mỹ Xuân – Gò Dầu

2 Tổng quan GDC Phú Mỹ

2.1 Giới thiệu chung

Khí thiên nhiên Nam Côn Sơn được lấy từ vùng trũng thuộc bể Nam Côn Sơn gồm các mõ Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch Mộc Tinh… và chuyển tới nhà máy

BP Dinh Cô để xử lý công nghệ với chiều dài đường ống là 370Km Tại nhà máy

BP Dinh Cô khí thiên nhiên được xử lý tách thành Condensate và khí khô Khí khô sau đó sẽ được vận chuyển tới GDC Phú Mỹ bằng đường ống 30’’ (in) có chiều dài 28.8Km

Trung tâm phân phối khí phú mỹ tiếp nhận hỗn hợp khí hydrocacbon hay gọi

là khí đốt bao gồm chủ yếu là các các thành phần khí: Metan (C1) (chiếm khoảng 90%) và khí Etan (C2) (Chiếm 4,5%) và các thành phần khác Sau đó, GDC Phú

Mỹ sẽ phân phối khí đốt cho các hộ tiêu thụ khí như các nhà máy điện Phú mỹ 1, Phú mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.2, Phú mỹ 3, Phú Mỹ 4, nhà máy Đạm Phú Mỹ v.v

Với thiết kế ban đầu GDC Phú Mỹ sẽ tiếp nhận và phân phối với sản lượng

là 10,48 MMSCMD (Triệu m3 khí chuẩn ngày), được hoàn thành và đi vào vận hành vào tháng 10 năm 2002 Hiện nay, công suất cung cấp khí của GDC Phú Mỹ

đã tăng lên đến 15 MMSCMD và tiếp theo trong giai đoạn sắp tới sẽ là 20 MMSCMD, cung cấp khí cho Nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch và nhà máy nhiệt điện Thủ Đức - Hồ Chí Minh

Cụm nhà máy nhiệt điện tại khu công nghiệp Phú Mỹ , huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu sử dụng khí đốt được phân phối từ GDC Phú Mỹ hiện đã đáp ứng được hơn 40% sản lượng điện của cả nước Có thể nói GDC Phú Mỹ là nơi cung cấp khí chính tại miền Nam, Việt Nam trong giai đoạn hiện tại cũng như sau

này và có vai trò rất quan trọng đối với Tập Đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cũng

như sự ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống cung cấp điện của Quốc gia

2.2 Sơ đồ mặt bằng tổng thể GDC Phú Mỹ

GDC Phú Mỹ được xây dựng trên mặt bằng tổng thể diện tích 49.400m2 với

kích thước là 260m x 190m, trong đó chia ra làm 2 khu vực chính đó là khu vực an

toàn (Safety Area) và khu vực công nghệ (Hazard Area)

Hình 1.1: Sơ đồ mặt bằng tổng thể Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ

2.2.1 Khu vực an toàn

Khu vực an toàn được bố trí để thiết kế các hạng mục của công trình gồm:

- Nhà trực bảo vệ, cổng bảo vệ

- Nhà điều hành, phòng Điều khiển trung tâm

- Nhà xưởng đặt các thiết bị phụ trợ như: Máy phát điện dự phòng, Máy biến thế 415 kVA, Máy nén khí công cụ, máy nén khí diesel dự phòng, các bình khí nitơ, các bình khí Helium, các bình khí Chuẩn…

2.2.2 Khu vực công nghệ (Hazod area)

Khu vực công nghệ là khu vực nguy hiểm, bao gồm đường ống dẫn khí và toàn

bộ hệ thống thiết bị công nghệ của dây chuyền tiếp nhận và cung cấp khí Áp suất khí đầu vào là 55 barg và áp suất khí vận hành từ 35barg – 45barg, khả năng rò rỉ khí rất cao Đây là khu vực được giám sát rất nghiêm ngặt và cách xa với khu vực

an toàn là 15m (TCVN) Ngoài ra khu vực công nghệ này còn được đánh nghiêm ngặt giá theo các tiêu chuẩn về an toàn cháy nổ (NFPA 13), tiêu chuẩn về an toàn thiết bị (SIL 2, SIL 3), đánh giá nguy hiểm theo khu vực (HAZOD) để đảm bảo an toàn trong quá trình chạy thử và vận hành

Các thiết bị chính của hệ thống công nghệ có mức độ giám sát an toàn cao như là: 03 Gas Heater ; 07 cụm Metering Skid; Sub-header đầu vào; 07 cụm PCV điều áp; Cụm Gas Filter

Các Gas Heater E-401A, E-401B, E-401C được đặt ở phía đầu vào của nguồn khí NCSP , là khu vực có mức độ nguy hiểm cao nhất của trạm

2.3 Giới thiệu tổng quan hệ thống dây chuyền tiếp nhận và phân phối khí của

GDC Phú Mỹ

2.3.1 Sơ đồ hệ thống dây chuyền tiếp nhận và phan phối Khí ( Hình 1.2)

* Nguyên lý hệ thống tiếp nhận và phân phối khí:

GDC Phú Mỹ tiếp nhận khí từ nguồn khí đầu vào NCSP, sau đó đến các thiết bị gia nhiệt khí (Gas Heater ) E-401A, E401B, E401C để gia nhiệt cho nguồn khí đầu vào, tiếp đến nguồn khí sẽ đến các cụm van PCV điều khiển áp suất dòng khí giảm xuống theo yêu cầu của các nhà máy sử dụng khí, dòng khí sau khi được điều chỉnh

áp suất sẽ đi đến các hệ thống đo đếm khí để đo sản lượng khí cung cấp và sau đó đến các hộ sử dụng khí

Hình 1.2: Sơ đồ tổng thể hệ thống tiếp nhận- phân phối khí GDC Phú Mỹ

Theo thiết kế ta có ký hiệu các cụm PCV điều khiển áp suất, các hệ thống đo

đếm khí tương ứng với từng hộ sử dụng Khí như bảng sau:

Các hộ sử dụng khí Cụm PCV giảm áp suất Hệ thống đo đếm

2.3.2 Sơ đồ nguyên lý một dây chuyền cung cấp khí

Trong đó:

I - Cụm thiết bị gia nhiệt Gas Heater

II- Hệ thống Van điều khiển áp suất

III- Hệ thống Metering đo đếm

Hình 1.3 giới thiệu sơ đồ của dây chuyền cung cấp khí cho 1 nhà máy Nhiệt

điện Nguồn khí từ nhà máy xử lý khí NCSP bằng đường ống có đường kính 750

mm (30 in) ở áp suất cao Trước khi cấp cho nhà máy Nhiệt điện dòng khí được cho

đi qua thiết bị gia nhiệt và qua hệ thống van giảm áp suất PCVs Các giá trị áp suất

và nhiệt độ của khí phải được điều khiển và giám sát liên tục để đảm bảo đáp ứng

được đúng yêu cầu công nghệ về nhiệt độ và áp suất của khí cấp cho nhà máy điện

và được quy định trong hợp đồng mua bán khí với nhà máy điện Dòng Khí sau khi

qua thiết bị gia nhiệt và hệ thống van giảm áp sẽ đi qua hệ thống Metering để đo

đếm sản lượng khí đã cấp cho nhà máy điện Trong dây chuyền cung cấp khí này có

hai quá trình được tự động hoá là quá trình gia nhiệt khí và quá trình giảm áp suất

2.3.3 Hệ thống Van điều khiển áp suất (PCV)

Hệ thống PCVs giảm áp trên mỗi dây chuyền cấp khí gồm có hai nhánh mắc

song song để dự phòng cho nhau Một nhánh chạy chính gọi là nhánh Duty, nhánh

dự phòng gọi là nhánh Standby Trên mỗi nhánh có 2 PCV điều khiển áp suất mắc

nối tiếp, trong 2 PVC nối tiếp này, PCV đầu tiên là “ monitor” và PCV điều khiển

thứ 2 là “ regulator” PCV monitor được đặt setpoint cao hơn PCV regulator và tín

hiệu áp suất vào bộ controller được lấy ở đầu ra sau PCV điều khiển regulator PCV

regulator là van điều khiển chính với áp suất đặt setpoint là áp suất cần cung cấp

cho hộ tiêu thụ của nhánh đó ( Ví dụ: nhà máy điện Phú Mỹ 1 cần cung cấp áp suất

khí là 45 bar thì ta đặt setpoint cho PCV Regulator của nhánh Phú Mỹ 1 là 45 bar ),

Gas Heater

Gas Outlet Gas Inlet

Hình 1.3: Sơ đồ cung cấp khí cho một nhà máy điện Phú Mỹ

I

II III

có đặc trưng là loại van Fail-Open PCV monitor có đặc trưng là loại van Fail-Close

và được điều khiển từ bộ điều khiển Local đặt tại ngoài hiện trường, việc đặt setpoint cho PCV monitor được set ngay tại bộ điều khiển Local này của van và hoạt động độc lập với hệ thống điều khiển ICS PCV monitor hoạt động dự phòng khi PCV regulator bị fail (full-open 100%), hay khi hệ thống điều khiển ICS bị fail

Nhánh dự phòng được lắp đặt ở đây để đảm bảo quá trình cung cấp khí vẫn được liên tục khi PCV monitor của nhánh chạy chính bị fail ở vị trí close Bộ điều khiển của PCV regulator duty và standby lấy tín hiệu áp suất ở 2 đường riêng trên

hệ thống ICS để loại trừ khả năng bị fail chung

+ Sơ đồ nguyên lý dây chuyền cấp khí cho nhà máy điện Phú Mỹ 1 như sau:

+ Sơ đồ P&ID của dây chuyền cấp khí cho NMĐ Phú Mỹ 1 (PL 6)

Gas Heater Gas Inlet

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý dây chuyền cung cấp khí cho nhà máy điện Phú Mỹ 1

ESDV

1100

1101

1103

ESD-1109 Gas Outlet

Trong đó chức năng của các PCV trong cụm van điều khiển giảm áp thể hiện ở bảng sau:

Nhánh Duty Pressure

Nhánh Standby Pressure

Nhà máy

điện

Monitor Regulator Monitor Regulator Phú mỹ1 PCV-1100 PCV-1101 PCV-1102 PCV-1103 Phú mỹ2.2 PCV-1200 PCV-1201 PCV-1202 PCV-1203 Phú mỹ3 PCV-1300 PCV-1301 PCV-1302 PCV-1303 Phú mỹ4 PCV-1400 PCV-1401 PCV-1402 PCV-1403 Phú mỹ2.1 PCV-1500 PCV-1501 PCV-1502 PCV-1503

2.3.4 Hệ thống Metering đo đếm

Trên mỗi nhánh cung cấp khí cho các hộ tiêu thụ khí tại GDC đều được lắp đặt 02 Metering đo đếm khí, một có chức năng đo đếm chính (Duty) và một có chức năng tham chiếu (Reference) hay dự phòng cho Metering đo đếm chính

Các Metering là loại Ultrasonic Metering (USM), là loại Metering đo khí hiện đại nhất hiện nay do hãng Daniel cung cấp Có nguyên lý dùng sóng siêu âm

để xác định lưu lượng dòng khí chảy qua trong ống dẫn

Trong hệ thống Metering còn có hệ thống Gas Chromatograph (GC) để phân tích các thành phần của dòng qua Metering Máy phân tích sắc khí GC có thể phân tích các thành phần của dòng khí và đưa vào hệ thống đo đếm để tính toán ra thành phần tỷ trọng (Density) khí, nếu giá trị Density là nằm ngoài dãy cho phép thì hệ thống Metering sẽ báo động, khi đó giá trị Density được dùng để tính toán là giá trị Density cuối cùng khi chưa có Alarm Giá trị này gọi là Last Good Value

Như trên trong hệ thống Metering còn có các Pressure Transmitter và Temprature Transmitter dùng để đo các giá trị áp suất và nhiệt độ của dòng khí đi qua Metering, các giá trị này sẽ được truyền về hệ thống đo đếm

Ví dụ với hệ thống đo đếm của các nhà máy điện Phú Mỹ cho ở bảng sau: Nhà máy điện Nhánh Duty

Meter

Nhánh Standby Meter

Phú mỹ 1 FI-1120 FI-1140

2.3.5 Các ESDV (Emergency Shutdown Valve)

Tại đầu vào và đầu ra của Gas Heater cũng như đầu vào và ra của tất cả các dây chuyền cấp khí cho các hộ tiêu thụ điều có lắp đặt các van điều khiển ESDV có chức năng đóng/mở từ xa hay tự động đóng khi có sự cố bất thường để cô lập hệ thống công nghệ theo yêu cầu tiêu chuẩn an toàn PCCN của công trình khí

Mỗi ESDV có hai Solenoid điều khiển: một được điều khiển từ hệ thống ESD và một được điều khiển từ hệ thống F&G, hai hệ thống này được điều khiển giám sát từ hệ thống ICS của phòng điều khiển trung tâm

Các ESDV có chức năng cô lập hệ thống khi có sự cố bất thường tác động từ

hệ thống F&G, hay cô lập hệ thống cho công tác bảo dưỡng sửa chữa tác động khi

có lệnh điều khiển từ hệ thống ESD do vận hành thực hiện

2.3.6 Các thiết bị khác

Ngoài Thiết bị gia nhiệt khí Gas Heater mà ta sẽ phân tích kỹ ở các phần sau của luận văn, trên mỗi dây chuyền công nghệ cấp khí còn lắp đặt các Transmitter nhiệt độ (TT), áp suất (PT) dùng để hiển thị quan sát và điều khiển nhiệt độ và áp suất dòng khí trong đường ống giúp nhân viên vận hành theo dõi được hoạt động cung cấp khí đáp ứng yêu cầu công nghệ trong quá trình vận hành

2.4 Thống kê số thiết bị chấp hành và thiết bị truyền tín hiệu TT, PT trên một dây chuyền cấp khí sang nhà máy điện Phú Mỹ 1

* Bảng 1.1: Thiết bị chấp hành trên dây chuyền PM-1 được điều khiển quan sát từ

hệ thống ICS

Stt Thiết bị chấp

1 SDV-1108 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào

2 SDV-1109 Van điều khiển Đóng/Mở cô lập đầu ra

3 BDV-1105 Van điều khiển Đóng/Mở xả áp an toàn khi sự cố

4 PCV-1100

6 PCV-1101

7 PCV-1102

8 PCV-1103

Cụm van điều khiển áp suất Z-411

* Bảng 1.2: Thiết bị cảm biến, đo đếm và truyền số liệu trên dây chuyền PM-1 được

điều khiển quan sát từ hệ thống ICS

1 PDT-1115 Cảm biến đo chênh áp trước và sau SDV-1108

6 PZT-1110 Cảm biến đo áp suất để thông báo các mức Alarm áp suất cao và áp suất thấp trên đường ống công nghệ

7 TI-1104 Cảm biến đo nhiệt độ của dòng khí công nghệ phía sau cụm van giảm áp Z-411

Các cảm biến đo của cụm Meter đo đếm FI-1140

14 AT-1121 Cảm biến đo thành phần khí để tính toán giá trị Density của khí

* Bảng 1.3: Thiết bị chấp hành tại các Gas Heater E-401A/B/C được điều khiển từ

hệ thống ICS

Stt Tên thiết bị chấp

1 SDV-1016 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào

2 BDV-1012 Van điều khiển Đóng/Mở - giảm áp khi có sự cố

3 SDV-1019 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào E-401A

4 SDV-1022 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu ra E-401A

5 SDV-1020 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào E-401B

6 SDV-1024 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu ra E-401B

7 SDV-1021 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào E-401A

8 SDV-1026 Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu ra E-401A

9 BDV-1027 Van điều khiển Đóng/Mở - giảm áp khi có sự cố

* Bảng 1.4: Thiết bị cảm biến của các Gas Heater E-401A/B/C được điều khiển

quan sát từ hệ thống điều khiển ICS

Stt Tên thiết bị cảm biến Mô tả

Cảm biến nhiệt độ đo giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt E-401A

để lấy tín hiệu điều khiển cho BMS điều khiển van

FCV-1032 không để giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt vượt quá 800C

3 LIT-1022 Cảm biến đo mức nước gia nhiệt trong E-401A để lấy tín hiệu báo Alarm mức nước gia nhiệt cao hay thấp

4 BA-1005 Cảm biến ngọn lửa Pilot và lửa Burner của E-401A để lấy tín hiệu cho BMS báo Alarm khi lửa pilot và Burner không cháy

6 TT-1042

Cảm biến nhiệt độ đo giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt E-401B

để lấy tín hiệu điều khiển cho BMS điều khiển van

FCV-1042 không để giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt vượt quá 800C

Cảm biến nhiệt độ đo giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt E-401C

để lấy tín hiệu điều khiển cho BMS điều khiển van

FCV-1052 không để giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt vượt quá 800C

11 LIT-1024

Cảm biến đo mức nước gia nhiệt trong E-401C để lấy tín hiệu báo Alarm mức nước gia nhiệt cao hay thấp trên hệ thống

ICS

12 BA-1007 Cảm biến ngọn lửa Pilot và lửa Burner của E-401B để lấy tín hiệu cho BMS báo Alarm khi lửa pilot và Burner không cháy

13 UA-1005 Tín hiệu báo lỗi Common Alarm từ BMS về hệ thống ICS

khi E-401A dừng

14 UA-1006 Tín hiệu báo lỗi Common Alarm từ BMS về hệ thống ICS

khi E-401B dừng

15 UA-1007 Tín hiệu báo lỗi Common Alarm từ BMS về hệ thống ICS khi E-401C dừng

16 FT-1010 Cảm biến đo đếm sản lượng khí sử dụng cho Buồng đốt và đương pilot của các E-401A/B/C

17 PI-1029 Cảm biến đo áp suất đường khí fuel Gas Heater sau khi qua

cụm van giảm áp PCV-1008A/B

18 TI-1009 Cảm biến đo nhiệt độ đường fuel Gas Heater sau cụm van

giảm áp PCV-1008A/B

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TRONG CÔNG NGHIỆP

1 Lược sử quá trình phát triển của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

Hình 2.1: Sơ đồ lược sử phát triển các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

Từ sơ đồ trên với sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ nói chung cũng như sự phát triển của nghành điều khiển hệ thống tự động trong công nghiệp trên Thế giới qua các thời kỳ:

Giai đoạn từ những năm 1940 đến 1980 hầu hết các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng là hệ thống điều khiển tập trung, các hệ thống điều khiển được điều khiển trực tiếp từ các Panel điều khiển tại chổ, các thiết bị điều khiển được nối dây tín hiệu điều khiển trực tiếp đến Panel điều khiển tập trung

Đến những năm cuối của thập niên 70 hệ thống điều khiển phân tán (DCS) bắt đầu được đưa vào sử dụng trong các hệ thống điều khiển trong công nghiệp, nó phát triển thật nhanh chóng và đã phát huy được những ưu điểm và thế mạnh của nó đối với việc đáp ứng các tính năng điều khiển an toàn và tin cậy đối với một hệ thống giám sát, và đến đầu những năm 1980 nó đã hầu như thay thế hoàn toàn hệ thống điều khiển tập trung

Giai đoạn từ đầu những năm 1980 đến những năm cuối thế kỷ XX là giai đoạn phát triển cao nhất đối với hệ thống điều khiển phân tán, nhưng đến những

năm cuối của thế kỷ XX đã xuất hiện một hệ thống điều khiển mức cao hơn đó là điều khiển cấu trúc nhà máy kỹ thuật số hóa hay còn có cách gọi khác đó là cấu trúc PlantWeb (Kết nối Web toàn nhà máy), nó sử dụng sức mạnh của trường thiết bị thông minh để cải tiến và nâng cao các hoạt động của nhà máy

Từ những năm đầu của thế kỷ 21 đến nay hệ thống điều khiển cấu trúc nhà máy số hóa đã dần thay thế cho hệ thống điều khiển phân tán DCS, tuy nhiên hầu hết các hệ thống điều khiển trong ngành công nghiệp nước ta hiện nay vẫn đang dùng là hệ thống điều khiển phân tán

2 Mô hình phân cấp của hệ thống điều khiển

+ Hệ thống điều khiển trong công nghiệp có thể chia thành 5 cấp như sau:

Hình 2.2 Mô hình phân cấp chức năng của một hệ thống điều khiển giám sát Càng ở 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 Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử

lý lại lớn hơn nhiều Thông thường, người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của

một hệ thống điểu khiển và giám sát Tuy nhiên, biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) giúp ta hiểu thêm mô hình lý tưởng về cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp

• Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền

động, và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiêt Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (Sensor) hay cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/ truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết

bị trường thông minh cũng có thể đảm nhận việc xử lý thô thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển

• Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các

cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành Khi còn điều khiển thủ công, thì các nhiệm vụ

đó được các người đứng máy thao tác trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi các thiết bị đo lường, sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như: Đóng mở van, bấm nút, điều chỉnh cần gạt, núm xoay Trong một

hệ thống điều khiển tự động hiện đại những nhiệm vụ đó được thực hiện thông qua điều khiển bằng máy tính

• Cấp điều khiển giám sát: Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình

kỹ thuật Khi đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn

hệ thống được các cấp dưới thực hiện, thì nhiềm vụ của cấp điều khiển giám sát là

hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự Khác với cấp dưới cấp điều khiển giám sát không đòi hỏi phương tiện đặc biệt, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal ) Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị

• Cấp điều hành sản xuất: Nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất là nhận các

thông tin về trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy, cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm Đồng thời cấp điều hành sản xuất có nhiệm

vụ xử lý các số liệu, lập kế hoạch sản xuất, ra quyết định bảo dưỡng máy móc, tối

ưu hoá sản xuất và đưa các thông tin về các thông số thiết kế, công thức điều

khiển, và mệnh lệnh điều hành xuống cấp dưới Mặt khác cấp điều hành sản xuất còn có chức năng là trao đổi thông tin với cấp quản lý công ty Cấp điều hành sản xuất bao gồm các máy tính văn phòng nối mạng cục bộ với nhau

• Cấp quản lý công ty: Cấp quản lý công ty là cấp trên cùng trong mô hình

phân cấp hệ thống Nhiệm vụ của cấp này trao đổi thông tin giữa công ty và khách hàng thông qua thư điện tử, hội thảo từ xa, hệ thống truyền dữ liệu SCADA độc lập của từng công ty, dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử Cấp quản

lý công ty còn có nhiệm vụ tính toán giá thành, kế hoạch sản xuất, thống kê tài nguyên, xử lý đơn đặt hàng

• Bus trường: Là các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để

kết

nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị của cấp chấp hành, hay các thiết bị trường Đặc trưng cơ bản của bus trường là tính năng thời gian thực phải cao, yêu cầu về lượng thông tin thì không cao Các hệ thống bus trường thường sử dụng là: Profibus, ControlNet, Modbus, Foundation Fieldbus, DeviceNet, AS-i, EIB

• Bus hệ thống, Bus quá trình: Dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các

máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau Qua bus hệ thống các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho trạm kỹ thuật và trạm quan sát Đối với Bus hệ thống, tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực có được đặt ra một cách ngặt nghèo hay không Thời gian phản ứng thông thường trong khoảng vài trăm miligiây (ms) Trong khi

đó lưu lượng thông tin lớn hơn nhiều so với bus trường Các hệ thống bus trường tiêu biểu: Ethernet, Industrial Ethernet, Profibus-FMS, Profibus DP, Profibus PA, Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet

• Mạng xí nghiệp: Là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các

máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực Việc trao đổi dữ liệu diễn ra không định kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng Mbyte Hai loại mạng chủ yếu được dùng là Ethernet và Token-Ring trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX

• Mạng công ty: Đặc trưng của mạng công ty là gần với một mạng viễn thông

hoặc một mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và

hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật Mạng công ty thường sử dụng các loại mạng có tốc độ truyền thông và độ an toàn tin cậy đặc biệt cao, chẳng hạn như: Fast Ethernet, FDDI, ATM

3 Cấu trúc và thiết bị mạng

Cấu trúc mạng quyết định các thiết bị cần phải có trong mạng và cách ghép nối chúng.Thiết bị mạng gồm có:

- Bộ lặp : Sao chép, khuếch đại và phục hồi tín hiệu mang thông tin trên

đường truyền giữa hai trạm xa nhau

- Cầu nối : Liên kết giữa hai mạng con với nhau chỉ khi lớp liên kết dữ liệu( lớp 2 mô hình tham chiếu OSI) làm việc với cùng giao thức

- Router : Liên kết hai mạng con với nhau trên cơ sở lớp 3 theo mô hình OSI

- Gateway: Liên kết các hệ thống bus khác nhau bằng cách chuyển đổi giao thức cấp cao, thường được thực hiện bằng các thành phần phần mềm

- HUB (ghép nối các trạm theo cấu trúc ARCNET và Ethernet)

- MAU (Ghép nối các trạm theo cấu trúc Token-Ring)

- TRANSIVER/RECEIVER: ghép nối hai trạm trực tiếp trên một khoảng cách lớn

- Module truyền thông (Của PLC ), card mạng (của biến tần, module phân tán ): Mạng Profibus

- Card máy tính (mạng LAN)

- Có 3 kiểu liên kết để ghép nối chúng với nhau:

Có thể phân biệt các dạng cấu trúc cơ bản là bus, mạch vòng tích cực và hình sao như sau:

3.1 Cấu trúc bus

Tất cả các thành viên của mạng đều được nối trực tiếp với một đườngdẫn chung Đặc điểm cơ bản của cấu trúc bus là việc xử dụng chung một đường dẫn duy nhất cho tất cả các trạm.Vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt

Có thể phân biệt ba loại cấu hình trong cấu trúc bus : daisy – chain và trunk – line/drop – line và mạch vòng không tích cực Hai cấu hình đầu cũng được xếp vào kiểu cấu trúc đường thẳng,bởi hai đầu đường truyền không khép kín

Với daisy – chain,mỗi trạm được nối mạng trực tiếp tại giao lộ của hai đoạn dây dẫn, không qua một đoạn dây nối phụ nào.Ngược lại, trong cấu hình trunk- line/drop-line, mỗi trạm được nối qua một đường nhánh (drop – line) để đến đường trục (Trunk – line).Còn mạch vòng không tích cực thực chất chỉ khác với (trunk – line/drop – line) ở chỗ đường truyền được khép kín

Bên cạnh việc tiết kiệm dây dẫn thì tính đơn giản, dễ thực hiện là những ưu điểm chính của cấu trúc bus, nhờ vậy mà cấu trúc này phổ biến nhất trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp.Trong trường hợp một trạm không làm việc (hỏng hóc, do ngắt nguồn,…) Không ảnh hưởng đến phần mạng còn lại Một số hệ thống còn cho việc tách một trạm ra khỏi mạng hoặc thay thế một trạm trong khi cả

hệ thống vẫn hoạt động bình thường

Tuy nhiên việc dùng chung một đường dẫn đòi hỏi một phương pháp phân chia thời gian sử dụng thích hợp để tránh xung đột tín hiệu - gọi là phương pháp truy nhập môi trường hay phương pháp truy nhập bus Nguyên tắc truyền thông được thực hiện như sau: tại một thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong mạng được gửi tín hiệu, còn các thành viên khác chỉ có quyền nhận

Ngoài việc cần phải kiểm soát truy nhập môi trường, cấu trúc bus còn có những nhược điểm sau:

• Một tín hiệu gửi đi có thể tới tất cả các trạm và theo một trình tự không kiểm soát được, vì vậy phải thực hiện phương pháp gán địa chỉ (logic) theo kiểu thủ công cho từng trạm Trong thực tế, việc gán địa chỉ này gây ra không ít khó khăn

• Tất cả các trạm đều có khả năng phát và đọc đường dẫn để phát hiện ra thông tin có phải gửi cho mình hay không, nên phải được thiết kế sao cho có đủ tải với số trạm tối đa Đây chính là lý do phải hạn chế số trạm trong một đoạn mạng Khi cần mở rộng mạng phải dùng thêm các bộ lặp

• Chiều dài đường dẫn tương đối dài, vì vậy đối với cấu trúc đường thẳng xảy

ra hiện tượng phản xạ ở mỗi đầu dây làm giảm chất lượng của tín hiệu Để khắc phục hiện tượng này người ta chặn hai đầu dây bằng hai trở đầu cuối Việc sử dụng các trở đầu cuối cũng làm tăng tải của hệ thống

• Cấu trúc đường thẳng, liên kết đa điểm cố hữu gây ra khó khăn trong áp dụng các công nghệ truyền tín hiệu mới như sử dụng cáp quang

Một số ví dụ mạng công nghiệp tiêu biểu sử dụng cấu trúc bus là PROFIBUS, Foundation Fieldbus, LonWorks, AS-i và Ethernet 1 (E1)

3.2 Cấu trúc hình sao :

Là một cấu trúc mà có trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả cac nút mạng khác, nút này sẽ điều khiển sự truyền thông của toàn mạng Các thành viên khác được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm Tương tự như cấu trúc mạch vòng, có thể nhận thấy ở đây kiểu liên kết về mặt vật lý là kiểu điểm - điểm Tuy nhiên, liên kết về mặt logic vẫn có thể là nhiều điểm Nếu trạm trung tâm đóng vai trò tích cực, nó có thể đảm đương nhiệm vụ kiểm soát toàn bộ việc truyền thông của mạng, còn nếu không sẽ chỉ như một bộ chuyển mạch

Một nhược điểm của cấu trúc hình sao là sự cố ở trạm trung tâm sẽ làm tê liệt toàn bộ các hoạt động truyền thông trong mạng Vì vậy, trạm trung tâm thường phải

có độ tin cậy rất cao và phải có cấu trúc dự phòng

Một nhược điểm tiếp theo của cấu trúc hình sao là tốn dây dẫn,nếu như khoảng trung bình giữa các trạm nhỏ hơn khoảng cách của chúng tới trạm trung tâm Đương nhiên trong các hệ thống viễn thông không tránh khỏi việc dùng cấu trúc này Đối với mạng truyền thông công nghiệp, cấu trúc hình sao tìm thấy trong các phạm vi nhỏ Ví dụ như các bộ chia, thường dùng vào mục đích mở rộng các cấu trúc khác Lưu ý rằng, trong nhiều trường hợp một mạng cấu trúc hình sao về về mặt vật lý lại có cấu trúc như một hệ bus, bởi các trạm vẫn có thể tự do liên lạc như không có sự tồn tại của trạm trung tâm Chính các hệ thống mạng Ethernet công nghiệp ngày nay sử dụng phổ biến cấu trúc này kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch

và phương phát truyền dẫn tốc độ cao

3.3 Kết nối giao thức

Dữ liệu thông tin được truyền trong mạng thường là sau khi đã được đóng gói Gói tin bao gồm các thông tin cần truyền tải, bít đầu cuối, xác nhận cùng địa chỉ trạm nhận và thông tin trạm truyền Có nhiều loại dịch vụ truyền thông, với các cấp khác nhau Tuỳ theo nhu cầu về độ tiện lợi hay hiệu suất trao đổi thông tin mà người ta có thể quyết định sử dụng dịch vụ ở cấp nào Việc thực hiện tất cả các dịch

vụ được dựa trên nguyên hàm dịch vụ, bao gồm :

- Yêu cầu dịch vụ

- Chỉ thị nhận lời dịch vụ

- Đáp ứng dịch vụ

- Xác nhận dịch vụ

Cả hai loại dịch vụ xác nhận và không xác nhận, tuỳ theo quan hệ giữa bên cung cấp dịch vụ và bên yêu cầu dịch vụ Dịch vụ xác nhận đòi hỏi cả bốn nguyên hàm, trong khi dịch vụ không xác nhận chỉ cần hai nguyên hàm đầu tiên

Giao thức là cơ sở chính cho việc thực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền thông,

là các quy tắc cho việc giao tiếp Mục đích tạo môi trường chung cho bên cung cấp dịch vụ và cả bên sử dụng dịch vụ có thể hiểu được nhau

Một quy chuẩn giao thức bao gồm các thành phân sau:

- Cú pháp (syntax): Quy định về cấu trúc bức điện, gói dữ liệu dùng khi trao đổi, trong đó có phần thông tin hữu ích (dữ liệu) và các thông tin bổ trợ như địa chỉ, thông tin điều khiển, thông tin kiểm lỗi

- Ngữ nghĩa (sematic): quy định ý nghĩa cụ thể của từng bức điện, như phương pháp địa chỉ, phương pháp bảo toàn dữ liệu thủ tục điều khiển dòng thông tin, xử lý lỗi

- Định thời (timing): Quy định về trình tự thủ tục giao tiếp,chế độ truyền (đồng bộ hay không đồn bộ), tốc độ truyền thông

- Việc thực hiện một dịch vụ truyền thông trên cơ sở các giao thức tương ứng được gọi là xử lý giao thức Qúa trình xử lý giao thức có thể là mã hoá (xử lý giao thức bên gửi) và giải mã (xử lý giao thức bên nhận)

Một số ví dụ về giao thức:

FTP : File transfer Protocol

HTTP : Hypertext Transfer Protocol

MMS : Mannufactoring Message Specification

TCP/IP: Transmisson Control Protocoll/Internet Prrotocol

HART : Highway Adressable Remote Transducer

HDLC : High Level Data – Link Control

3.4 Mô hình tham chiếu OSI:

Nhằm hỗ trợ các hệ thống truyền thông có khả năng tương tác với nhau, người ta đưa ra một kiến trúc giao tiếp được gọi là mô hình quy chiếu OSI

Chỉ là một mô hình kiến trúc phân lớp với mục đích phục vụ việc sắp xếp và đối chiếu các hệ thống truyền thông có sẵn, trong đó có cả việc so sánh, đối chiếu

các giao thức và dịch vụ truyền thông, cũng như cơ sở cho việc phát triển các hệ

thống mới

Hình 2.3: Mô hình tham chiếu OSI

Lớp ứng dụng:

Là lớp trong cùng mô hình tham chiếu OSI, cung cấp các dịch vụ cao cấp tên

cơ sở các giao thức cao cấp cho người xử dụng và các chương trình ứng dụng Các dịch vụ thuộc lớp ứng dụng được thực hiện hầu hết bằng phần mềm Để xử dụng người ta dùng các khối hàm (function Block), tích hợp cả một số chức năng xử lý thông tin, thậm chí cả điều khiển tại chỗ Đây cũng là xu hướng mới trong chuẩn hoá các lớp ứng dụng cho các hệ thống bus trường Hướng tới kiến trúc điều khiển phân tán triệt để

Các chương trình ứng dụng

Bên gửi

7 Lớp ứng dụng

Lớp biểu diễn dữ liệu

Lớp kiểm soát nối

Lớp biểu diễn dữ liệu:

Chức năng của lớp biểu diễn dữ liệu là chuyển đổi các dạng biểu diễn dữ liệu khác nhau về cú pháp một dạng chuẩn Nhằm tạo điều kiện cho các đối tác truyền thông có thể hiểu được nhau mặc dù chúng sử dụng các kiểu dữ liệu khác nhau.Lớp này còn có thể cung cấp một số dịch vụ bảo mật dữ liệu, ví dụ như phương pháp bảo mật mã khoá

Chức năng này có thể kết hợp thực hiện trên lớp ứng dụng để đơn giản hoá,

và nâng cao hiệu suất của việc xử lý giao thức, là đặc trưng của các hệ thống bus trường

Lớp kiểm soát nối (session layer)

Lớp kiểm soát nối có chức năng kiểm soát mối liên kết truyền thông giữa các chương trình ứng dụng, bao gồm các việc tạo lập, quản lý và kết thúc các đường nối giữa các ứng dụng đối tác Mối quan hệ giữa các chương trình ứng dụng mạng tích chất lôgic:thông qua một mối liên kết vật lý giữa hai trạm, hai nút mạng có thể tồn tại song song nhiều lôgic Thông thường kiểm soát nối là chức năng của hệ điều hành Để thực hiện các đường nối giữa hai ứng dụng đối tác, hệ điều hành có thể tạo các tính toán song song Như vậy, nhiệm vụ đồng bộ hoá các quá trình tính toán này đối với việc xử dụng chung một giao diện mạng cũng thuộc chức năng của lớp kiểm soát nối Chính vì vậy lớp này còn có tên là lớp đồng bộ hoá

Lớp vận chuyển:

Khi một khối dữ liệu được truyền đi thành từng gói, cần phải bảo đảm tất cả các gói đều đến đích và theo đúng trình tự chúng được chuyển đi Chức năng của lớp vận chuyển dữ liệu giữa các chương trình ứng dụng một cách tin cậy, bao gồm

cả trách nhiệm khắc phục lỗi và điều khiển lưu thông Nhờ vậy mà các lớp trên có thể thực hiện được các chức năng cao cấp mà không cần quan tâm đến cơ chế vận chuyển dữ liệu cụ thể

Các nhiệm vụ của lớp vận chuyển bao gồm :

ƒ Quản lý về tên hình thức cho các trạm xử dụng

ƒ Định vị các đối tác truyền thông qua tên hình thức hoặc địa chỉ

ƒ Xử lý lỗi và kiểm soát dòng thông tin,trong đó có cả việc lập lại quan hệ liên kết và thực hiện các thủ tục gửi lại dữ liệu khi cần thiết

ƒ Dồn kênh các nguồn dữ liệu khác nhau

ƒ Đồng bộ hoá giữa các đối tác

Trong mạng truyền thông công nghiệp, một số nhiệm vụ như dồn kênh hoặc kiểm soát lưu thông trở lên không cần thiết Các chức năng còn lại được dồn lên kếp hợp với lớp ứng dụng đển tiện cho việc việc thực hiện và tạo điều kiện cho người sử dụng chọn phương án tối ưu hoá và nâng cao hiệu suất truyền thông

Lớp mạng:

Lớp mạng có nhiệm vụ tìm đường đi tối ưu (routing) cho việc vận chuyển

dữ liệu, giải phóng sự phụ thuộc của các lớp bên trên vào phương thức chuyển giao

dữ liệu và công nghệ chuyển mạch dùng để kết nối các hệ thống khác nhau Việc xây dựng và huỷ bỏ các quan hệ liên kết giữa các nút mạng cũng thuộc trách nhiệm của lớp mạng Tuy nhiên lớp mạng không có ý nghĩa đối với một hệ thống truyền thông công nghiệp Bởi ở đây hoặc không có nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa hai trạm khác nhau ở hai mạng khác nhau, hoặc việc trao đổi được thực hiện gián tiếp thông qua chương trình ứng dụng (không thuộc lớp nào trong mô hình tham chiếu OSI) Các bộ router thông dụng trong liên kết mạng hoàn toàn không đóng vài trò gì trong

hệ thống bus trường

Lớp liên kết dữ liệu:

Lớp liên kết dữ liệu đảm nhận việc điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn và bảo toàn dữ liệu, tương ứng với hai lớp con: Lớp điều khiển truy nhập môi trường và lớp điều khiển liên kết lôgic Trong một số hệ thống,lớp liên kết dữ liệu

có thể đảm nhiệm thêm một số chức năng khác như kiểm soát lưu thông và đồng bộ hoá việc chuyển giao khung dữ liệu

Để thực hiện chức năng bảo toàn dữ liệu, thông tin nhận được từ lớp phía trên được đóng gói thành các bức điện có chiều dài hợp lý Các khung dữ liệu này chứa các thông tin bổ sung phục vụ mục đích kiểm lỗi, kiểm soát lưu thông và đồng

bộ hoá Lớp liên kết dữ liệu phía bên nhận thông tin sẽ dựa vào các thông tin này để xác định tính chính xác của dữ liệu, sắp xếp các khung lại theo đúng trình tự và khôi phục lại thông tin để chuyển tiếp lớp trên nó

Lớp vật lý:

Là lớp dưới cùng trong mô hình phân lớp chức năng truyền thông của một trạm thiết bị,đảm nhận toàn bộ công việc truyền dẫn dữ liệu bằng phương tiện vật

lý.Các quy định ở đây mô tả giao diện vật lý giữa một trạm thiết bị và môi trường truyền thông:

• Các chi tiết về cấu trúc mạng (bus ,cây hình sao )

• Chuẩn truyền dẫn (RS485 IEC1158 -2 ,truyền cáp quang )

• Phương pháp mã hoá bít (NRZ,Manchester,FSK )

• Chế độ truyền tải (dải rộng/dải cơ sở/dải mang,đồng bộ/không đồng bộ)

• Các tốc độ truyền ghép

• Giao diện cơ học (Phích cắm, giắc cắm )

Lớp vật lý cần được chuẩn hoá sao cho một hệ thống truyền thông có sự lựa chọn giữa một vài khả năng khác nhau.Trong hệ thống bus trường, sự lựa chọn này

là không lớn quá, hầu hết dựa trên vài chuẩn cơ bản

3.5 Chuẩn giao thức TCP/IP:

Khái niệm TCP/IP dùng để chỉ cả một bộ giao thức và dịch vụ truyền thông được công nhận thành chuẩn cho Internet TCP/IP đã xâm nhập vào rất nhiều phạm

vi ứng dụng khác nhau Trong đó có cả mạng máy tính cục bộ và truyền thông công nghiệp, cùng với xu hướng phát triển của mạng Ethernet hiện nay, TCP/IP sẽ chiếm một trong những vai trò quan trọng hàng đầu trong công nghệ bus trong tương lai Kiến trúc giao thức TCP/IP và đối chiếu với mô hình OSI được mô tả trên hình sau:

Lớp ứng dụng

Lớp biểu diễn dữ liệu

Lớp kiểm soát nối

Lớp ứng dụng

TELNET FTP SNMP SMTP

DNS

Lớp vận chuyển Lớp vận chuyển

TCP UDP

Lớp mạng Lớp Internet

ICMP IP ARP RARP

Lớp liên kết dữ liệu Lớp truy nhập mạng

Hình 2.4 : So sánh TCP/IP Với OSI

4 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển giám sát

4.1 Cấu trúc tập trung – Concentrated Architechure

Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được minh hoạ trên

Hình 2.5 Một máy tính duy nhất được dùng để điều khiển các quá trình con Các bộ

cảm biến và chấp hành được nối trực tiếp, điểm đến điểm (point to point) với máy

tình điều khiển trung tâm qua các cổng vào/ ra của nó

Hình 2.5: Cấu trúc điều khiển tập trung

Mỗi bộ cảm biến được nối với một cổng vào và một thiết bị chấp hành được

nối với cổng ra bằng một dây nối riêng biệt Điểm đáng chú ý ở đây là sự tập trung

toàn bộ quá trình xử lý thông tin, dữ liệu vào một thiết bị điều khiển duy nhất

Một cấu trúc tập trung như vậy thường thích hợp cho tự động hoá các loại

máy móc, các thiết bị vừa và nhỏ bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành một lần

cho máy tính điều khiển Tuy nhiên cấu trúc này bộc lộ những hạn chế sau:

ƒ Công việc nối dây phức tạp giá thành cao

ƒ Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn khi thiết bị đầu cuối tăng lên

ƒ Độ tin cậy hệ thống kém do phụ thuộc vào một thiết bị điều khiển duy nhất

Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống, có thể dùng thêm một máy tính dự

phòng giống hệ máy tính chính Nhưng vấn đề của giải pháp này là vấn đề giá thành

cao Còn nhược điềm thứ nhất có thể được khắc phục bằng một mạng dẫn chung gọi

là bus trường (fieldbus) thay cho dây nối trược tiếp và phân tán một phần trí tuệ

xuống cấp chấp hành Đây chính là xuất phát điểm cho con đường dẫn đến cấu trúc

Máy tính điều khiển

Ranh giới phòng điều khiển

A : Actuator (chấp hành)

S : Sensor (cảm biến)

Các máy tính điều khiển được kết nối với nhau và với máy tính phối hợp qua mạng được gọi là bus xử lý Chú ý sự phân biệt giữa các khái niệm bus trường và bus xử lý không bắt buộc nằm ở sự khác nhau về kiểu bus được xử dụng mà ở mục đich sử dụng – hay nói cách khác là ở các thiết bị được kết nối Khi nói tới bus xử

lý, ta nghĩ trước hết đến mạng kết nối các thiết bị thông tin ở cấp điều khiển (ở đây chính là các máy tính điều khiển) với nhau hoặc với các thiết bị trên cấp điều hành Trong khi đó khái niệm bus trường thường được dùng chỉ mạng kết nối các thiết bị gần với quá trình kỹ thuật – tức các thiết bị ở cấp chấp hành và có thể ở cả cấp điều khiển Trong một số giải pháp, một kiểu bus duy nhất được sử dụng được dùng cho

cả hai mục đích này

4.2 Cấu trúc phân tán

Đặc điểm của một cấu trúc điều khiển phân tán là việc phân tán chức năng

xử lý thông tin, chức năng điều khiển theo chiều rộng cũng như theo chiều sâu kết hợp với xử dụng mạng truyền thông thay cho phương pháp nối dây và bằng điện thông thường Bên cạnh giải pháp sử dụng các cụm vào /ra tại chỗ và các thiết bị chấp hành thông minh, người ta còn đưa các máy tính điều khiển nhỏ (như các bộ điều chỉnh, vi điều khiển) xuống các vị trí gần kề với quá trình kỹ thuật

Hình 2.5 là một ví dụ tiêu biểu của một hệ thống điều khiển phân tán dùng giải pháp hỗn hợp được chia làm khu vực:

• Trung tâm điều hành quá trình bao gồm các trạm công nghệ ES (Engineering Station), trạm thao tác OS (operation station) và trạm phục vụ

SS (Server Station)

• Trung tâm điều khiển bao gồm các máy tính điều khiển như PLC, máy tính công nghiệp IPC và các máy tính phối hợp được nối với nhau và nối lên trung tâm điều hành quá trình qua bus xử lý (thường dùng Ethernet)

• Khu vực gần với quá trình kỹ thuật bao gồm các bộ điều khiển tại chỗ như các bộ vi điều khiển MC (micro controller) hay các bộ điều khiển thu gọn (compact controller), các cụm vào /ra tại chỗ, các thiết bị cảm biến và chấp hành được nối lên trung tâm điều khiển qua bus trường (ví dụ Profibus, Foundation fieldbus )

Trong thực tế, tuỳ theo tính chất ứng dụng và thể loại quá trình kỹ thuật mà cấu trúc phân tán có thể đơn giản hoá hoặc mở rộng hơn Rõ ràng cấu trúc phân tán được thể hiện ở những điểm sau:

• Tiết kiệm dây nối và cổng nối dây nhờ mạng truyền thông

• Hiệu suất cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống cấp dưới

• Độ linh hoạt cao, tính năng mở trong việc mở rộng hệ thống, mua sắm và thay thế thiết bị, nâng cấp và cải tạo mới các chương trình phần mềm ứng dụng Chính từ các yêu cầu bức thiết từ phía người xử dụng là phải giảm giá thành trong khi các tính năng kỹ thuật phải đảm bảo, cộng với các tiến bộ vượt bậc trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin đó đóng vai trò quyết định trong sự chuyển hướng các giải pháp điều khiển tự động sang dạng có cấu trúc phân tán

Sơ đồ cấu trúc hệ thống DCS như sau:

Hình 2.6:Cấu trúc tiêu biểu của hệ điều khiển phân tán DCS

Trạm thao tác

OS Trạm kỹ thuật ES Trạm phục vụ SS

Máy tính điều khiển

Máy tính điều khiển

Máy tính phối Hợp

Máy tính điều khiển

5 Hệ thống điều khiển phân tán DCS

5.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán DCS :

Hệ thống điều khiển phân tán được hiểu như là hệ thống dựa trên các phần cứng và phần mềm điều khiển và thu thập dữ liệu trên cơ sở một đường truyền thông tin tốc độ cao, các module được phân tán và tổ chức theo một cấu trúc nhất định với một chức năng nhiệm vụ riêng Các thiết bị giao tiếp trên đường truyền tốc độ cao này cho phép nghép nối dễ dàng với các thiết bị ngoại vi khác như PLC, các máy tính điều khiển giám sát

Giống như tên gọi về hệ thống điều khiển giám sát (Distributed Control System) các chức năng điều khiển được phân bố khắp hệ thống để thay cho việc xử

lý tập trung trên một máy tính đơn lẻ Nhờ đó hiệu năng tổng thể của hệ thống được nâng cao Một hệ thống DCS tiêu biểu có các trạm điều khiển hoạt động độc lập và điều khiển từng bộ phận chuyên dụng của hệ thống điều khiển Hơn nữa trong hệ thống có một vài trạm điều hành để giám sát các dữ liệu trong các trạm điều khiển, cung cấp các giao diện đồ hoạ và cho phép người vận hành thực hiện các thay đổi một cách dễ dàng

Đây là một mô tả mở rộng về một hệ thống DCS nhưng mô tả này cũng phù hợp với một hệ thống gồm các PLC và các PC với các phần mềm giám sát vận hành Điều này dẫn ta tới một định nghĩa quan trọng thứ hai của hệ thống DCS Một

hệ thống DCS là một hệ thống tích hợp đầy đủ với một hệ cơ sở dữ liệu toàn cục Không giống như các hệ thống dựa trên PLC, ta không thể xử dụng các bộ điều khiển khác nhau và các trạm điều hành từ những nhà cung cấp khác nhau rồi kết hợp chúng lại với nhau Một hệ thống DCS là một hệ thống hoàn chỉnh, trong đó việc truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các bộ phận sẽ không được thể hiện đối với người dùng Ngoài ra, nếu một điểm (hoặc khối chức năng) được tạo ra trong bộ thì sau đó, toàn bộ hệ thống sẽ nhận biết nó Tức là không cần phải tạo một cơ sở dữ liệu riêng trong trạm điều hành để phù hợp với dữ liệu trong các bộ điều khiển vì thông tin đã được tự động tạo ra trong toàn bộ hệ thống

Hệ thống điều khiển phân tán trước kia thường phát triển trong môi trường

xử lý hoá chất, trong khi đó các hệ thống dựa trên PLC phát triển trong lĩnh vực điện tử Trong khi các PLC phát triển từ logic relay thì các hệ thống DCS phát triển

từ các bộ điều chỉnh tương tự Khả năng xử lý các dữ liệu tương tự và chạy các trình

tự phức tạp là thế mạnh cơ bản của hệ thống DCS , trong khi xử lý logic loại relay –

tương tự như một PLC thì tốc độ xử lý chậm hơn PLC rất nhiều Trong khi một PLC có thể xử lý logic relay trong khoảng mili giây, tốc độ quét của một trạm điều khiển của hệ DCS thường 200 -:- 500 ms Tốc độ quét này đủ nhanh đối với hầu hết các điều khiển tương tự và trên thực tế bộ xử lý đó có thể xử dụng một lượng đáng kể dữ liệu tương tự trong khi quét

Một đặc điểm nổi bật của hệ thống DCS là việc là việc xử dụng tagnames Trong các hệ thống PLC-based, thường dùng các địa chỉ hệ thống đối với dữ liệu tham chiếu Một tagname là tên do người thiết kế hệ thống định nghĩa cho một đối tượng, áp dụng cho tất cả các khối chức năng và các điểm I/O trong các bộ điều khiển Do đó, một điểm có thể được truy cập từ bất cứ đâu trong hệ thống thông qua tagname của nó

5.2 Mô hình phân lớp của hệ thống điều khiển DCS:

• Cấu trúc đặc trưng của hệ thống DCS gồm có 4 lớp :

khiển trường khiển trường Bộ điều

Lớp quản lý

Trạm vận hành

Trạm vận hành

Lớp vận hành Giám sát

Lớp điều khiển

Lớp I/O

Bộ điều khiển trường khiển trường Bộ điều

Các I/O dạng tương tự ( như các bộ đo áp suất, van điều chỉnh v v ) và dạng

số (Các relay và các bộ chuyển mạch) có thể được thực hiện bằng các panel mạch điện tử trực tiếp từ hiện trường Panel giao diện I/O có một loạt các card giao diện

để đưa vào xử lý các dạng tín hiệu vào /ra

+ I/O fieldbus:

Có nhiều dạng fieldbus, Profibus và Hart Những loại này cho phép các sensor và các cơ cấu chấp hành có thể được kết nối với giao diện I/O thông qua một mạng số đơn để trao đổi các thông số quá trình và các thông số trạng thái thiết bị

+ Giao tiếp với PLC:

Các PLC có thể được nối với hệ thống DCS bằng vài dạng card giao diện truyền thông, thường là trong panel giao diện I/O, hoặc đơn giản bằng cách nối trực tiếp đến mạng điều khiển thông qua module truyềng thông với PLC

5.2.2 Lớp điều khiển:

Đây là nơi tập trung tất cả các chức năng điều khiển.Các bộ điều khiển trao đổi thông tin với lớp I/O.đọc dữ liệu vào, xử lý các chức năng điều khiển và gửi các tín hiệu ra.Các trạm điều khiển được hoạt động độc lập với nhau nên nếu xảy ra sự

cố một trạm sẽ không ảnh hưởng đến trạm khác.Đồng thời một trạm điều khiển có thể trao đổi dữ liệu dễ dàng với một trạm khác khi xử dụng phương pháp truyền thông ngang hàng “ peer to peer” trong mạng điều khiển

5.2.3 Lớp điều hành:

Các trạm điều hành cung cấp một giao diện đồ hoạ với các chức năng và các

dữ liệu trong bộ điều khiển và trong quá trình xử lý thông qua các đồ thị, lưu trữ thông tin theo các file dữ kiện và các biểu đồ (History Trend), các báo cáo

5.2.4 Lớp thông tin quản lý:

Tất cả các thông tin ở mức độ cao, không cần với việc điều khiển thời gian thực nhưng là cần thiết đối với việc quản lý quá trình lâu dài được xử lý trong lớp quản lý Lớp này gồm 3 lớp nhỏ:

• Gateway - để đọc dữ liệu từ các trạm điều khiển;

• Cơ sở dữ liệu- để giữ và lưu lại dữ liệu từ phân tích trước;

• Quản lý - để xử lý thông tin trong cơ sở dữ liệu

Gateway:

Trước kia mỗi nhà cung cấp có giao thức truyền thông độc quyền để cho

phép máy chủ truy cập dữ liệu từ các trạm điều khiển Hiện nay Microsoft cùng vơi

một số nhà cung cấp chính đã phát triển một mục tiêu chuẩn liên lạc gọi là OPC

OPC là OLE cho điều khiển quá trình và cho phép máy chủ nào cũng có thể kết nối

tới DCS bất kỳ Chuẩn OPC có thể đặt trong trạm điều hành hoặc trong một máy

tính độc lập

Lớp cơ sở dữ liệu:

Dữ liệu của hệ thống DCS phải được lưu trữ và có một số bộ cơ sở dữ liệu

(Database package) được thiết kế cho mục đích này Chúng gồm Exaquantum (một

sản phẩm của Yokogawa) và PI (một sản phẩm độc lập) Nhưng package này đọc

dữ liệu thông qua cổng OPC và lưu dữ liệu dưới dạng format cơ sở dữ liệu chuẩn

Exaquantum dùng Server SQL của Microsoft tương thích với hầu hết các package

quản lý Ngoài ra chúng còn cung cấp các chức năng khác như lưu trữ dữ liệu trên

đĩa, nén dữ liệu, báo cáo cơ bản các chức năng hiển thị

Lớp quản lý:

Có một loạt các package khác nhau sắn có,cung cấp các thông tin khác nhau

cho người dùng Nó gồm báo cáo chi tiết, điều khiển khối, và công thức, quản lý

nguồn máy,quản lý cảnh báo, tối ưu hoá máy v.v chúng truy cập dữ liệu từ cơ sở

dữ liệu lưu nhưng có thể ghi trực tiếp tới các trạm điều khiển thông qua OPC

5.3 Các mô hình mạng trong hệ thống điều khiển phân tán

Kết hợp với các lớp như trên là các mạng máy tính để liên kết các lớp với

nhau.Mạng trao đổi rộng rãi với các lớp như sau:

• Mạng I/O – Bus I/O từ xa, Fieldbus, truyền thông PLC;

• Mạng điều khiển – nối các bộ điều khiển và các trạm điều hành;

• Mạng diện rộng của nhà máy- nơi chứa hầu hết các thông tin quản lý;

5.3.1 Mạng diện rộng của nhà máy

Tất cả các thông tin quản lý đều có sẵn trên mạng thông tin quản lý hoặc

mạng diện rộng được trao đổi trên mạng Ethernet

Nhà cung cấp Hệ thống

Honeywell Honeywell TDC3000

AB Advant OCS ABB

Fisher and Porter System 6

Bảng 2.1 Một số hệ thống DCS tiêu biểu

5.3.2 Nhận xét về hệ thống điều khiển phân tán DCS

ƒ Khả năng quản lý các đầu vào /ra analog rất tốt Nhờ cấu trúc phần cứng và

phần mềm, hệ điều khiển có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh,

điều khiển nhiều tầng, hoặc các thuật toàn điều khiển hiện đại: Nhận dạng hệ

thống, điều khiển thích nghi, tối ưu bền vững, điều khiển theo mô hình dự báo

(MPC), Fuzzy, Neural, điều khiển chất lượng (QCS)

ƒ Khả năng truyền thông : Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến

cấp quản lý.Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hoá (Profibus,

foundation Fieldbus);

ƒ Độ tin cậy cao nhờ khả năng dự phòng:dự phòng kép ở tất cả các thành phần

trong hệ thống (Controller, modul I/O, bus truyền thông) khả năng thay đổi

chương trình (Sửa chữa và download), thay đổi cấu trúc của hệ, thêm bớt các

thành phần mà không làm gián đoạn, không cần khởi động lại quá trình (thay

đổi online);

ƒ Cơ sở dữ liệu trong hệ là cơ sở dữ liệu lớn có tính chất toàn cục và thống nhất;

ƒ Khả năng mở rộng tích hợp cao;

ƒ Tuổi thọ của ứng dụng lớn (15 -20 năm);

Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu cách khái quát về hệ điều khiển phân

tán DCS Chúng ta có thể thấy rằng: DCS là một giải pháp kỹ thuật rất phù hợp cho

những hệ thống lớn, đòi hỏi độ tin cậy cao, độ linh hoạt cao trong việc thay đổi cấu

trúc, chương trình của hệ thống

6 Giới thiệu cấu trúc PlantWeb

6.1 Khái niệm về PlantWeb

PlantWeb là một cấu trúc tín hiệu số để sử dụng sức mạnh của trường Thiết

bị thông minh nhằm nâng cao hoạt động của nhà máy bằng sự phân phối chính xác,

khả năng hoạt động trao đổi thông tin hợp lý đến con người phù hợp trong những

thời điểm thực hiện khác nhau

6.2 Cơ sở hình thành cấu trúc PlantWeb

Hình 2.9: Mô hình cấu trúc Plantweb

Hãng Emerson đã xây dựng cấu trúc PlantWeb từ cấu trúc từ cấu trúc của hệ thống điều khiển phân tán DCS, nó kế thừa được những ưu điểm của hệ thống điều khiển DCS mặt khác nó là một cấu trúc tín hiệu số sử dụng sức mạnh của trường Thiết bị thông minh nên có thêm nhiều tính năng như khả năng theo dõi giám sát từ

xa, khả năng kiểm tra và phát hiện lỗi (Dianostic) từ xa v,v…giúp cho việc quản lý, giám sát cũng như điều khiển vận hành toàn bộ hoạt động của nhà máy dễ dàng và hiệu quả nhất

6.3 Sơ đồ cấu trúc PlantWeb điển hình của hãng Emerson (Hình 2.10)

Trong cấu trúc trên, những thiết bị trường thông minh là nguồn tài nguyên dồi dào có chức năng tự kiểm tra lỗi và cảnh báo cho người vận hành (Alerts Dianostics Calculations), thông báo cho người vận hành phát hiện lỗi thiết bị nhanh nhất và có biện pháp khắc phục kịp thời để hoạt động sản xuất của nhà máy được liên tục, hiệu quả Trường thiết bị thông minh còn có chức năng kiểm tra và phát hiện lỗi từ xa thông qua các hệ thống truyền dữ liệu như SCADA, Internet nên người quản lý cấp cao không trực tiếp đến nhà máy cũng có thể truy cập thông tin, kiểm tra tình trạng hoạt động của các thiết bị trường từ xa và nắm bắt kịp thời tình hình hoạt động sản xuất của nhà máy

Hình 2.10: Cấu trúc PlantWeb điển hình với trường thiết bị thông minh

7 Giới thiệu hệ thống điều khiển ICS tại GDC Phú Mỹ

Hệ thống ICS được nhà thầu ABB lắp đặt, cung cấp toàn bộ thiết bị và lập trình

để quản lý, vận hành toàn bộ các dây chuyền xử lý cung cấp khí đốt cho các nhà máy điện và nhà máy đạm Phú Mỹ cũng như các hộ khí thấp Áp

Hệ thống ICS là một hệ điều khiển phân tán, có cấu trúc dạng lai tương tự như

hệ điều khiển Delta V của hãng Daniel Emerson

Cấu trúc hệ thống điều khiển ICS tại GDC Phú Mỹ (Hình ) với các tính năng:

• Có sẵn giao diện bus hệ thống (Ethernet)

• Hỗ trợ nhiều hệ bus trường chuẩn

• Điều khiển PID, Fuzzy, MPC, Neural, Batch

• Thay đổi chương trình Online

• Ghi chép dữ liệu (đồ thị), đóng dấu thời gian (Time Stamping), cảnh báo báo động (Alarm)

• Dùng chuẩn OPC Connect với Process Portal B, Verson 1.1 gồm các giao tiếp COM, DCOM, Gateway

• SQL Server Software

• Real-Time Data Server (RTDS)

7.1 Cấu trúc hệ thống ICS (Hình 2.11)