ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC VÀ GIÁM SÁTSoan theo bài giảng Technique de Supervision của Eric Zamai

CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN Vai trò của hệ thống điều khiển système de commande  Áp đặt vào hệ thống được điều khiển một hành động cụ thể để đạt được kết quả theo nhu cầu người sử dụng  Đưa

Trang 1

ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC

VÀ GIÁM SÁT

Soan theo bài giảng Technique de Supervision của Eric Zamai

1

Trang 2

NỘI DUNG

 Định nghĩa cơ bản

 Theo dõi và giám sát (Surveillance et

supervision)

 Cấu trúc điều khiển (structure de pilotage)

 Tổng quan về mạng SCADA (Le SCADA en

général)

 Giám sát hệ thống mạng điện

 Giới thiệu giao diện người – máy (HMI)

2

Trang 3

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 Hệ thống / Quá trình / Cơ cấu điều khiển

 Khả năng quan sát / Khả năng điều khiển /

Khả năng vận hành / Tính thực thi

3

Trang 4

CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN

 Hệ thống được điều khiển

 Tập hợp các yếu tố phần cứng mà ta muốn chuyển

tiếp một hoạt động cụ thể, có thể dự đoán được, để

hoàn thành một công việc cụ thể.

 Hệ thống điều khiển

 Tập hợp các yếu tố phần cứng và phần mềm cho

phép chuyển tiếp đến hệ thống được điều khiển các

luật hoạt động đã được định nghĩa

4

Trang 5

 Vai trò của hệ thống điều khiển (système de

commande)

 Áp đặt vào hệ thống được điều khiển một hành động

cụ thể để đạt được kết quả theo nhu cầu người sử

dụng

 Đưa tiến trình đạt đến một trạng thái ổn định đặc biệt,

mà tuân thủ một số ràng buộc vật lý, như khả năng

của thiết bị, công suất nguồn

5

Trang 6

 Quy tắc điều khiển tiến trình

 Hệ thống điều khiển được thiết kế về phần cứng và

phần mềm để hệ thống được điều khiển tiến triển phù hợp với các tiêu chuẩn và yêu cầu của người điều

Trang 7

 Dữ liệu đầu vào

 Nhiễu: xuất hiện trong quá trình, không biết trước

 Đại lượng điều khiển: tín hiệu xác định được và đưa

vào quá trình

 Dữ liệu đầu ra

 Tín hiệu: thể hiện hoạt động của quá trình Đó là

những điểm duy nhất có thể quan sát được, cho phép xác định trạng thái của quá trình

 Tín hiệu  cảm biến (thông tin về trạng thái của tiến trình)

 cơ cấu chấp hành (hành động của tiến trình)

7

Trang 8

 Điều khiển một tiến trình = f(tính chất của tiến

Trang 9

 Hệ thống liên tục (Système continuous)

 Thông qua các thông số, xác định được mọi trạng thái của hệ thống

 Thông số: biến trạng thái

 Quy luật hoạt động: phương trình đại số / vi phân, hàm

 Hệ thống không liên tục

 Biết được một phần các trạng thái của hệ thống

 Không thể biết tất cả do thiếu cảm biến

 Biết các trạng thái không thường trực để điều khiển

 Hệ thống rời rạc

 Hệ thống các sự kiện rời rạc

9

Trang 10

 Đặc trưng bởi các sự kiện quan trọng không có tính

chu kì (đạt ngưỡng hay không)

 Mô tả sự thay đổi trạng thái bằng các sự kiện

 Khái niệm: hoạt động / sự kiện

10

Trang 11

 Sự kiện (Evénement)

 Minh chứng cho sự thay đổi trạng thái quan trọng của tiến

trình

 Quan trọng cho điều khiển, để cập nhật mô hình của tiến trình

 Đặc trưng bởi các giá trị và thời điểm sử dụng chúng.

 Hoạt động (Activité)

 Tập hợp các hành động của tiến trình, không dưới 2 sự kiện

 Không kể đến các hành động được cho là không có ý nghĩa

 Mất thông tin trên tiến trình thực tế

 Ví dụ : thang máy

 Đường đi được biết đến theo từng điểm

 Hành động chuyển tầng là quan trọng cho việc điều khiển

 Hoạt động có thể được mô tả như sự dịch chuyển giữa 2 giá trị ngưỡng (tầng xuất phát và tầng đến).

11

Trang 12

 Sự hình thành lệnh bởi hệ thống điều khiển đến

hệ thống được điều khiển

 3 mô hình cơ bản xuất phát từ sự tương tác của hệ

thống điều khiển và được điều khiển

 Điều khiển (commande)

 Điều chỉnh (Regulation)

 Điều khiển tự động (Commande d’automatisme)

12

Trang 13

 Điều khiển (Commande)

 Các giá trị chính xác được gán cho tín hiệu đầu vào (Hệ hở)

 Kết quả: nếu nhiễu không điều khiển được, giải pháp điều khiển

sẽ làm sai lệch trạng thái của tiến trình Điều khiển có thể

không đáp ứng được trạng thái hiện tại của tiến trình

13

Trang 14

 Điều chỉnh (Regulation)

 Cải thiện độ chính xác của quá trình điều khiển hệ

thống bằng cách giảm ảnh hưởng của nhiễu (Hệ kín)

 Bộ điều khiển được xây dựng theo hàm của tín hiệu

vào và trạng thái của tiến trình (đối tượng)

 Bộ so sánh: tính sai lệch 2 tín hiệu

 Bộ chỉnh sửa: sử dụng sai lệch để xây dựng bộ điều

khiển

14

Trang 15

 Điều khiển tự động (Commande d’Automatisme)

 Đối tượng được điều khiển theo vòng kín và điều khiển tín hiệu vào bởi hệ thống điều khiển thông qua trạng thái của đối tượng

15

Trang 16

 Điều khiển tự động (Commande d’Automatisme)

16

Trang 17

 Đối với hệ thống số:

 Tín hiệu ra của tiến trình chỉ được đọc bởi hệ thống

điều khiển tại những thời điểm nhất định

 Tín hiệu điều khiển chỉ được cung cấp vào từng thời

điểm nhất định

 Quan tâm: Mẫu giá trị và thời điểm lấy mẫu  Ts

17

Trang 18

 Bộ tính toán chuyên biệt rất nhanh (automate, PC Temps Réel)  điều khiển số - tương tự đa vòng

18

Trang 19

 Điều khiển các hệ thống phức tạp

19

Trang 20

 Lý thuyết về điều khiển

 Điều khiển quá trình sản xuất liên quan đến cảm biến /

cơ cấu chấp hành (truyền động) vào tiến trình

 Một số ràng buộc cần tuân thủ

 Khả năng quan sát được (Observabilité)

 Điều khiển được (Commandabilité)

 Khả năng vận hành (Fiabilité)

 Khả năng thực thi (Réalisme)

20

Trang 21

 Observabilité

 Trạng thái cấm: trạng thái mà một vài chức năng của các thành phần trong hệ thống bị nguy hiểm (điện trở vật

liệu, giới hạn về khả năng của thiết bị )

 Trạng thái sử dụng được: các chức năng hoạt động bình

thường của hệ thống

Trạng thái không sử dụng được Trạng thái sử dụng được

21

Trang 22

 Ví dụ: Máy gia công cơ khí

 Tình huống : đối tượng tốt, nhưng trạng thái bề mặt

thiết bị không tốt

 Cảm biến

22

Trang 23

 Commandabilité

 Khả năng đưa ra được các lệnh điều khiển đến đối tượng

 Một số vùng quan sát được nhưng không điều khiển trực tiếp được

23

Trang 24

 Hệ thống điều khiển là vận hành tốt khi có tích hợp

các phương tiện dò lỗi của đối tượng và giải pháp

khắc phục kèm theo

24

Trang 25

Trang 26

 Mô hình kinh điển của hệ thống tự động

26

Trang 27

 Phân cấp hệ thống điều khiển: Nguyên tắc

27

Trang 28

 Phân cấp hệ thống điều khiển: Ưu điểm

 Dễ dàng cho việc thiết kế

 Dễ dàng cho việc thay đổi không thể tránh

 Dễ dàng làm việc nhóm,

28

Trang 29

 Phân cấp hệ thống điều khiển: chưa đủ

29

Trang 30

 Phân cấp hệ thống điều khiển: chức năng

30

Trang 31

 Giới hạn điều khiển:

 Yêu cầu: đi từ A B  xe đẩy đang ở A, và phải có

Trang 32

THEO DÕI VÀ GIÁM SÁT (SURVEILLANCE ET SUPPERVISION)

 Định nghĩa sự cố bất ngờ (Aléa)

 Sự chẩn đoán (Diagnostic)

 Quyết định / Tái cấu trúc (Décision /

Reconfiguration)

 Xử lý lỗi (Traitement de défaillance)

 Giả thuyết về sự thay đổi (Hypothèse de

surveillance)

32

Trang 33

THEO DÕI VÀ GIÁM SÁT

 Aléa : các sự cố chưa biết

 Công cụ bị hỏng, cơ cấu truyền động bị hỏng, người

Trang 34

Trang 35

Trang 36

 Dữ liệu cho việc theo dõi: theo nhiều kiểu

Trang 37

 Phản ứng : Vai trò của người vận hành

Trang 38

 Tính đối ngẫu Surveillance - Commande

38

Trang 39

 Surveillance intégrée

Non prévu

Début

En cours Fin prévu

Procédé

39

Trang 40

 Surveillance intégrée

Điều khiển

Tiến trình (Đối tượng)

 Cần có mô hình của tiến trình và của hệ điều khiển

40

Trang 41

Trang 42

Trang 43

 Phân cấp và module hóa

 Quá trình phân cấp quyết

định

 Mục tiêu cụ thể hơn

 Phối hợp nguồn tài nguyên

 Tối ưu tiêu chuẩn cục bộ

 Tập hợp các báo cáo

 Tìm kiếm module

 Ràng buộc nội trong công việc:

chức năng của các module

 Hình thành cây module (kiểm

soát được sự phức tạp)

43

Trang 44

Chỉ có M1.1 bị ảnh hưởng của lỗi

Cô lập được lỗi

44

Trang 45

 Sự cô lập và lan rộng

 Module M1.1: dò sự cố bất thường

 Nguyên nhân không cục bộ

 Hoặc hệ quả không cục bộ

 Giải pháp xử lý không hoàn toàn cục bộ

Phản ứng cục bộ sẽ mở rộng thêm nhánh trước nó

Cô lập được lỗi ???

45

Trang 46

 Dò lỗi

 Phát hiện sớm nhất dấu hiệu sự cố

 Kĩ thuật:

 Cảm biến quan sát

 Khẳng định các giá trị của cảm biến

 Quan sát yêu cầu / thực hiện yêu cầu

 Ít nhất 2 mức dò lỗi

 Điều khiển : sản xuất không thành công

 Tiến trình (Đối tượng): vi phạm một ràng buộc chức năng nào đó

 Theo dõi một tài nguyên nào đó

 Không có yêu cầu nào đang diễn ra

 không có sự thay đổi nào đối với tài nguyên

 Có yêu cầu đang thực hiện

 tài nguyên có sự thay đổi, đưa ra một hoặc nhiều báo cáo vào những thời điểm biết trước

46

Trang 47

 Dò lỗi

1. Về thời gian

47

Trang 48

Trang 49

 Dò lỗi

3. Xác nhận

 Viết lại các tính chất của tín hiệu từ cảm biến

 Mỗi zone chỉ thực hiện 1 yêu cầu

49

Trang 50

 Dò lỗi

 Vận dụng

 Xác nhận: toán tử logic để đánh giá các báo cáo

 Thời gian: kiểm soát khoảng thời gian

Sự kiện không dự báo trước: không có biến động trong mô hình

 Vận dụng bởi hệ thống thực thi mô hình

 Xét mọi mặt

Dễ tích hợp sự vận dụng vào mô hình

50

Trang 51

Trang 52

 Chẩn đoán (Diagnostic)

 Ví dụ

52

Trang 53

 Hiện tượng: lắp ráp không thành công

53

Trang 54

 Chẩn đoán cục bộ

 Kiểm tra phần cố định chi tiết

 Kiểm tra hướng của chi tiết

 Tính chất các chi tiết

 Sử dụng quá trình và các mô hình cấu trúc

 Sự can thiệp của người vận hành

 Kết luận: nguyên nhân không phải cục bộ

- tiện trong quá vội

- tiện liên hoàn đường kính quá rộng

 Mở rộng chẩn đoán

54

Trang 55

 Chẩn đoán cục bộ thất bại : mở rộng chẩn đoán

55

Trang 56

 Quá trình tiếp tục mở rộng đệ

quy cho đến tìm được nhân tố

nguồn gốc của hiện tượng

 Dừng ở pha đầu tiên tiếp đó

56

Trang 57

Trang 58

CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN (ARCHITECTURE DE PILOTAGE)

58

Trang 59

KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN (PILOTAGE)

 Le pilotage d'un réseau d'entreprises est une

fonction qui permet d’exploiter les ressources qui sont à disposition dans le réseau Cette fonction

trouve sa matérialisation dans deux éléments

d’organisation : le système d’information et le

système décisionnel.

59

Trang 62

CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN

 Yêu cầu về các thông số truyền thông trong

Trang 63

 Phân tích các đề nghị về cấu trúc truyền thông

trong công nghiệp

63

Trang 64

 Mạng Fipway

 Mạng công nghiệp mở cục bộ, cho phép thực hiện truyền thông theo các dịch vụ X-way giữa các automates có thê

điều khiển được như: Micro, Premium, TSX series 7.

 Phương pháp truy cập: chuẩn FIP (Factory Instrumentation Protocol)

 Kết nối giữa các automates: carte PCMCIA Fipway

 Thời gian chu kì mạng được bảo đảm và hằng số với bất kì lưu

thông mạng và chuẩn của các trạm (từ 2 đến 64)

 Cho phép cải tiến dễ dàng 1 thiết lập Fip-way không làm suy giảm chất lượng.

 Chiều dài max: 1000m/segment electrique  5000m

64

Trang 67

 Mạng Modbus-Plus

 Mạng công nghiệp cục bộ, phục vụ các cấu trúc kiểu

yêu cầu/ đáp ứng (client/serveur), kết nối dung lượng lớn (1Mbits/s), cho phép truyền đơn giản, tiết kiệm, và nhiều dịch vụ truyền tin nhắn

 Phương pháp truy cập: quay thẻ

 Giao diện vật lý: RS485

 Kết nối các automates: carte PCMCIA

 Phục vụ cho:

 Tin nhắn Modbus: viết/ đọc các biến, BdD

 Hiệu quả: 1Mbit/s

 Chiều dài max: 450m, 1800m với bộ lặp

67

Trang 69

 Bus AS-i

 Bus cảm biến và cơ cấu chấp hành, xác định và thời

gian đáp ứng ngắn

 Phương pháp truy cập: chủ/ tớ

 Giao diện vật lý: chuẩn AS-i (cáp truyền 2 dây)

 Kết nối các automates: bộ nối AS-i + cáp + nguồn AS-i 30V

 Với 31 thiết bị kết nối, mỗi thiết bị hoàn thành mất 5ms

 Chiều dài max:

 100m, 200m với bộ lặp (có tác dụng khuếch đại tín hiệu giúp truyền xa)

69

Trang 70

AS-I BUS

70

Trang 71

AS-I BUS

71

Trang 72

 Bus FIP-IO (fieldbus)

 Chuẩn truyền thông giữa các phần tử tự động hóa, cho phép kết nối 127 thiết bị từ 1 điểm, khoảng cách truyền max 15km

 Phương pháp truy nhập: cây bus

 Giao diện vật lý: chuẩn FIP

 Kết nối các automates: carte PCMCIA hay tích hợp trong

bộ xử lý

 Dịch vụ cung cấp:

 Trao đổi thông tin có chu kì theo từng ứng dụng

 Truyền trao đổi I/O ở khoảng cách xa

 Hiệu quả: 1Mbits/s

 Chiều dài max: 1-15km

72

Trang 73

BUS FIP-IO

73

Trang 74

 Đọc / ghi dữ liệu vào/ra DP tớ

 Truyền dữ liệu chẩn đoán từ các trạm tớ

 Tham số hóa và điều khiển các trạm tớ

 Hiệu quả:

 9,6Kbits/s – 12Mbits/s tùy chiều dài

 Chiều dài max: 1200m – 100m

74

Trang 75

MẠNG PROFIBUS-DP

75

Trang 76

Trang 77

Trang 78

 3 dòng bus trường

78

Trang 79

 Phạm vi áp dụng bus trường

79

Trang 80

80

Trang 81

 Những vấn về đặt ra với nhà máy sản xuất

 Hệ thống thông tin của phân xưởng

 Đáp ứng nhanh chóng: sự cố hỏng, sản xuất lỗi, lỗi vận hành

 So sánh các mục tiêu, hộ trợ đưa ra quyết định

 Tăng năng suất, cần cải thiện khả năng đáp ứng

nhanh, và sự truyền thông tốc độ cao, chính xác

81

Trang 82

 Thiết lập cấu trúc CIM cho các cấp của nhà

máy

Quá trình (Processus) (Cảm biến / CCCH)

Tổ máy ( Cellule) Điều chỉnh, điều khiển, API

Phân xưởng (Atelier) Giám sát, trạm bảo dưỡng

Nhà máy (Usine) Quản lý sản xuất

Công ty (Entreprise)

Quản lý

Niv 0 Niv 1 Niv 2

Niv 3 Niv 4

82

Trang 83

 Thiết lập cấu trúc CIM cho các cấp của nhà máy

- Các tầng CIM khác nhau không liên kết với nhau hay yếu

 Cấu trúc phù hợp, mở và chuẩn hóa

83

Trang 84

 Giải pháp được lựa chọn: TCP / IP

 Giao thức truyền thông phổ biến

 10 triệu thiết bị không đồng nhất kết nối

 Không phụ thuộc hệ điều hành

 Không phụ thuộc cở sở vật lý

 Giao thức mở

84

Trang 85

 Mạng chuẩn: Ethernet TCP / IP

85

Trang 86

 Cấu trúc mạng Ethernet TCP/IP đã được chọn.

 Question: Làm sao trao đổi dữ liệu giữa software

và hardware ?

86

Trang 87

 Giải pháp: Chuẩn OPC (OLE for Process

Control)

87

Trang 88

 COM (Component Object Model)

 Cấu trúc được thiết kế để thực hiện các ứng dụng phức tạp

 Giao diện ở giữa giúp 2 composant viết trên 2 ngôn ngữ khác giao tiếp với nhau

 Cung cấp các dịch vụ truyền thông trên mạng

 Cho phép cải tiến các ứng dụng linh hoạt

 Tích hợp các môi trường không đồng nhất

 Tính chất của COM

 Không phụ thuộc ngôn ngữ lập trình

 Không phụ thuộc hệ điều hành

 Không phụ thuộc vào giao thức mạng

88

Trang 89

89

Trang 90

 OLE (Object Linking and Embedding)

 Ứng dụng thực tế của cấu trúc COM

 Tập hợp chuẩn các giao diện

 Cho phép quản lý sự kết hợp của nhiều ứng dụng

90

Trang 91

 Sự cải tiến của OLE để mô phỏng các tiến trình công

nghiệp

 Tập hợp các giao diện

 Cung cấp khả năng truy cập, trong thời gian thực

 Hệ điều khiển mô phỏng tiến trình

 Trạng thái các cảm biến

 Sử dụng các tên biểu tượng để truy cập các biến của tiến trình

91

Trang 92

92

Trang 93

93

Trang 94

 Ví dụ: định nghĩa 1 giao diện động cơ

94

Trang 95

 Mạng Ethernet-TCP/IP

 Giải pháp kết nối mạng chuẩn, cho phép kết nối tất cả

các thiết bị liên mạng

 Phương pháp truy cập: CSMA-CD

 Giao diện vật lý: RJ45 hoặc AUI

 Kết nối các automate: thiết bị đóng / cắt chuẩn

 Dịch vụ cung cấp:

 Ethway : Uni-TE, COM hoặc bảng chia sẻ, giao tiếp từ

ứng dụng này qua ứng dụng khác

 TCP/IP : tin nhắn

 Serveur web : chẩn đoán, truy cập biến automate

 Hiệu quả : 10 – 100Mbit/s

 Chiều dài max : 500m-2800m

95

Định dạng
Số trang	132
Dung lượng	3,74 MB