HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT2 CÁC CHỦ ĐỀ CHÍNH z Thống nhất khái niệm z Xây dựng cấu trúc hệ thống z Phần mềm điều khiển giám sát z Thiết kế giao diện ngườimáy z SCADA trên nền Web3 Điều khiển giám sát là gì? z Điều khiển giám sát = Supervisory Control – Theo nghĩa hẹp: Tạo giá trị đặt và hiệu chỉnh các tham số cho các bộ điều khiển tự động phía dưới – Theo nghĩa rộng: Tất cả các chức năng điều khiển phía trên điều khiển tự động, có sự tham gia giám sát của con người z Các chức năng điều khiển giám sát tiêu biểu: – Giám sát vận hành – Điều khiển vận hành – Báo cáo báo động – Điều khiển cao cấp – Quản lý lưu trữ dữ liệu quá trình z Hệ thống điều khiển giám sát: Thành phần quan trọng của một hệ thống tự động hóa hiện đại4 Giao diện ngườimáy z HMI = HumanMachine Interface – Hỗ trợ giám sát và điều khiển vận hành – Có thể thực hiện dưới nhiều dạng khác nhau – Trong một hệ ĐKGS: HMI là thành phần quan trọng nhất z MMI = ManMachine Interface, hoặc Manufactoring Management Information z Các thành phần tiêu biểu: – Mimics (Lưu đồ công nghệ, hình ảnh máy móc,...) – Trends (Đồ thị thời gian thực, đồ thị quá khứ) – Faceplates (Mặt giao diện thiết bị) – Alarms (Cửa sổ báo động, trạng thái báo động) – Reports (Lập báo cáo tự động)5 SCADA là gì? z SCADA = Supervisory Control And Data Acquisition z Một trong những khái niệm mốt hiện nay trong giới công nghiệp z Cụm từ Supervisory Control and Data Acquisition được sử dụng đầu tiên trong ngành điện năng tại hội nghị PICA (Power Industry Computer Applications), 1973 z Có nhiều quan điểm không thống nhất hiện nay6 Supervisory control and data acquisition (SCADA) is a system that allows an operator to monitor and control processes that are distributed among various remote sites...There are four major elements to a SCADA system: the operator, master terminal unit (MTU), communications, and remote terminal unit (RTU). (Boyer, Stuart, A. SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition, Instrument Society of America, Research Triangle, NC. 1993)7 (SCADA) Systems are used in industry to monitor and control plant status and provide logging facilities. SCADA systems are highly configurable, and usually interface to the plant via PLCs. (http:www.hyperdictionary.comdictionary)8 SCADA is a software program that gathers real time information for process control of equipment. SCADA can be used in industries such as telecommunications, oil and gas refining, water and waste control and transportation.The SCADA system gathers information, for example, about the location of a leak as well as determining how critical it is.The system will also organize and process the information, displaying it for users. (http:www.computeruser.comresourcesdictionarydefinition.html)9 SCADA stands for Supervisory Control And Data Acquisition. As the name it is not a full control system, but rather focuses on the supervisory level. A purely software package that is positioned on top of hardware to which it in general via Programmable Logic Controllers (PLCs), or other commer modules. (http:ref.cern.chCERNCNL2000003scada)10 SCADA là gì? z Theo nghĩa cổ điển: – Các hệ thu thập dữ liệu và giám sát tập trung từ xa, – Chức năng chủ yếu là quan sát, ít có điều khiển – Được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống điện năng, cung gấp gas, cung cấp nước và xử lý nước thải – Các thiết bị phần cứng (MTU, RTU), hệ thống truyền thông được đặt lên hàng đầu. z Theo nghĩa hiện đại: – Chức năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu như đúng tên gọi của nó – Được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực tự động hóa (trừ các ứng dụng phạm vi nhỏ như điều khiển nhúng, điều khiển máy mócthiết bị đơn lẻ) – Trọng tâm là hệ thống phần mềm (phần mềm SCADAHMI)11 Vấn đề gây tranh cãi z SCADA có thể điều khiển được tất cả? – Không SCADA không có chức năng điều khiển tự động. z SCADA luôn là một hệ lớn? – Không nhất thiết z SCADA > DCS hay DCS > SCADA? – Một hệ SCADA là một HỆ ỨNG DỤNG – Một DCS là một SẢN PHẨM, MỘT GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG – SCADA là một chức năng thành phần trong một giải pháp DCS – Không phải hệ SCADA nào cũng được xây dựng trên cơ sở DCS z PLC + SCADAHMI = DCS? – Một hệ điều khiển phân tán (theo nghĩa rộng) có thể xây dựng trên cơ sở PLC + SCADAHMI – Tuy nhiên DCS ≠ PLC + SCADAHMI12 PLC + SCADAHMI versus DCS Tạo cảnh báo dưới cấp ĐK, quản lý cảnh báo ở cấp ĐKGS Cấp ĐKGS thực hiện hoàn toàn Hệ thống cảnh báo Điều khiển cao cấp Chỉ ở cấp ĐKGS Có thể ở cả hai cấp Khả năng lựa chọn Có nhiều Không có công cụ SCADAHMI Linh hoạt, có thể polling hoặc publishersubsriber Cơ chế giao tiếp cấp Polling là chủ yếu điều khiển giám sát Tích hợp trong hệ thống phần mềm, không cần quan tâm Cần thiết cho từng loại PLC và từng công cụ SCADAHMI IODrivers, IOServers Tích hợp toàn bộ, liên quan chặt chẽ tới nhau Riêng rẽ từng phần, không liên quan tới nhau Phương pháp phát triển ứng dụng Cơ sở dữ liệu cấu hình Độc lập từng phần Chung, thống nhất toàn cục Cơ sở dữ liệu quá trình Thuộc riêng hệ SCADAHMI Chung, thống nhất toàn cục PLC + SCADAHMI DCS13 Quan điểm mới về hệ SCADA z Trọng tâm là hệ thống phần mềm – Các công cụ phát triển, tạo dựng giao diện ngườimáy – Các phần mềm kết nối (IO Drivers, IO Servers) – Ứng dụng công nghệ mới (hướng đối tượng, phần mềm thành phần, Web,...) z Kiến trúc mở – Khả năng tương tác, hợp tác giữa các thành phần của một hệ thống và giữa các hệ thống – Khả năng thay thế, mở rộng hệ thống bởi các sản phẩm do chính bản thân người sử dụng lựa chọn – Chuẩn hóa các giao diện quá trình > OPC là một ví dụ tiêu biểu – Sử dụng máy tính cá nhân và các hệ điều hành thông dụng (ví dụ WindowsNT2000XP) > giảm giá thành14 Kiến trúc hệ thống (phần cứng) z Yêu cầu thực tế của ứng dụng: – Qui mô hệ thống: Số lượng IO, phân bố mặt bằng, vị trí địa lý – Yêu cầu công nghệ: Phân đoạn sản xuất, lượng dữ liệu, độ tin cậy – Giá thành z Hiệu năng của hệ thống: – Khả năng cập nhật dữ liệu, cập nhật màn hình, – Hiệu suất sử dụng đường truyền – Tải đối với các thiết bị điều khiển z Khả năng hỗ trợ bởi các thiết bị phần cứng – Giao diện mạng, cấu trúc mạng hỗ trợ – Kiến trúc phân tán, cơ chế giao tiếp z Khả năng hỗ trợ bởi các công cụ phần mềm – Kiến trúc phần mềm – Năng lực của cơ sở dữ liệu15 Các cấu trúc tiêu biểu Control Station 1 OSES SYSTEM BUS Control Station 2 Control Station 1 OS SYSTEM BUS Control Station 2 Control Station 3 OS ES Control Station 1 SYSTEM BUS Control Station 2 Control Station 3 OS OS ES Control Station 1 OS SYSTEM BUS Control Station 2 Control Station 3 OS ES OS TERMINAL BUS SERVER16 Ví dụ cấu hình một hệ qui mô lớn Control Station 1 OS Control Station 2 Control Station 3 ES OS OS TERMINAL BUS SERVER SERVER (REDUNDANT DUAL OPTICAL RING OS Control Station 4 FACTORY BUS SYSTEM BUS17 Phần mềm điều khiển giám sát GIAO DIỆN NGƯỜIMÁY (HMI) CẢNH BÁO, BÁO ĐỘNG (ALARM) LẬP BÁO CÁO TỰ ĐỘNG (REPORTING) ĐIỀU KHIỂN CAO CẤP IODRIOIVERS DRIVERS IOSERVERS CƠ SỞ DỮ LIỆU QUÁ TRÌNH18 Cơ sở dữ liệu quá trình z Chức năng quản lý, lưu trữ: – Dữ liệu quá trình – Dữ liệu tình trạng hệ thống – Dữ liệu quá khứ – Dữ liệu cảnh bảo – Dữ liệu vận hành z Về cơ bản giống các hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường – Thường được xây dựng trên cơ sở một thương phẩm như SQL Server, Sybase, Informix,... z Các yêu cầu đặc biệt: – Tần suất cập nhật cao, mang tính tuần hoàn – Tính năng thời gian thực – Quản lý hiệu quả cơ sở dữ liệu lớn liên tục rất nhanh19 Giao diện ngườimáy z Sơ đồ khối (hệ thống): Hiển thị tình trạng các thiết bị, máy móc z Lưu đồ công nghệ (phân đoạn, nhóm): Hiển thị các giá trị quá trình, các hình ảnh động minh họa, các phím điều khiển z Biểu đồ chức năng trình tự (SFC) z Faceplates: Hiển thị và can thiệp chi tiết một vòng điều khiển (chế độ điều khiển, các giá trị biến và tham số điều khiển, tình trạng báo động) z Đồ thị thời gian thực: Hiển thị các giá trị quá trình (tức thời) z Đồ thị quá khứ: Hiển thị các giá trị lưu trữ z Các cửa sổ báo động z Các cửa sổ chỉ dẫn20 Chức năng cảnh báobáo động z Phát hiện tình trạng cảnh báobáo động – Các hệ DCS: các trạm điều khiển cục bộ – Các hệ PLC+SCADAHMI: các trạm vận hànhtrạm chủ z Gửi cảnh báobáo động theo – Phạm vi hệ thống – Trạm được quyền can thiệp – Mức ưu tiên, tính cấp thiết z Lưu trữ dữ liệu cảnh báobáo động z Hiển thị cảnh báobáo động: – Sắp xếp theo mức ưu tiên, tính cấp thiết – Sắp xếp theo thời gian xảy ra – Sắp xếp theo loại cảnh báobáo động – Sử dụng màu sắc và hiệu ứng nhấp nháy z Xác nhận cảnh báobáo động: – Quyền người sử dụng – Xác nhận theo nhóm hoặc xác nhận theo từng thông báo z Xóa cảnh báobáo động21 Phát triển phần mềm điều khiển giám sát z Lập trình (programming): – Sử dụng các ngôn ngữ bậc cao (C++, Java, Visual Basic, Delphi) – Có sự tham gia của một compiler – Khả năng thực hiện ít hạn chế – Đòi hỏi trình độ lập trình chuyên sâu – Kém hiệu quả Â Chỉ thích hợp với các hệ thống qui mô nhỏ, ít thay đổi z Không lập trình > cấu hình (configurating): – Sử dụng một công cụ SCADA chuyên dụng – Sử dụng các ký hiệu đồ họa và script để xây dựng cấu hình – Sử dụng các phần tử đồ họa đối thoại để đặt các tham số – Không cần compiler – Hiệu quả cao, dễ thực hiện22 Công cụ SCADAHMI z Ví dụ: WinCC (Siemens), iFIX (IntellutionGEFanuc), InTouch (Wonderware) z Công cụ phát triển (Development Tool): – Công cụ cấu hình cơ sở dữ liệu (Database Configuration Tool) – Trình soạn thảo đồ họa (Graphics Editor) – Thư viện các đối tượng đồ họa chuẩn + Hỗ trợ nhúng ActiveXControls – Công cụ phát triểncài đặt trình điều khiển IO – Ngôn ngữ script – Giao diện với các ngôn ngữ bậc cao (CC++, VB,...) – Giao diện ODBC (Open Database Connection), DDE (Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for Process Control) z Phần mềm chạy (Runtime Engine)2324 Tiêu chuẩn đánh giá công cụ SCADA z Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các màn hình giao diện z Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ họa có sẵn z Khả năng truy nhập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật z Tính năng mở của kiến trúc hệ thống z Khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting) z Tính năng thời gian, hiệu suất trao đổi thông tin z Đối với nền Windows: Hỗ trợ sử dụng ActiveXControls và OPC z Giá thành tổng thể25 Thiết kế giao diện ngườimáy z Lĩnh vực liên ngành: – Chuyên ngành công nghệ – Điều khiển tự động – Mỹ thuật công nghiệp – Tâm lý học công nghiệp z Yêu cầu chung – Đơn giản, dễ sử dụng (easytouse) – Bền vững, ngăn chặn lỗi do người sử dụng (robustne
Trang 1HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
GIÁM SÁT
Trang 2CÁC CHỦ ĐỀ CHÍNH
z Thống nhất khái niệm
z Xây dựng cấu trúc hệ thống
z Phần mềm điều khiển giám sát
z Thiết kế giao diện người-máy
z SCADA trên nền Web
Trang 3Điều khiển giám sát là gì?
z Điều khiển giám sát = Supervisory Control
– Theo nghĩa hẹp: Tạo giá trị đặt và hiệu chỉnh các tham số
cho các bộ điều khiển tự động phía dưới
– Theo nghĩa rộng: Tất cả các chức năng điều khiển phía trên
điều khiển tự động, có sự tham gia giám sát của con người
z Các chức năng điều khiển giám sát tiêu biểu:
– Điều khiển vận hành
– Báo cáo & báo động
– Điều khiển cao cấp
– Quản lý & lưu trữ dữ liệu quá trình
z Hệ thống điều khiển giám sát: Thành phần quan trọng
của một hệ thống tự động hóa hiện đại
Trang 4Giao diện người-máy
z HMI = Human-Machine Interface
– Hỗ trợ giám sát và điều khiển vận hành
– Có thể thực hiện dưới nhiều dạng khác nhau
z MMI = Man-Machine Interface, hoặc
Manufactoring Management Information
z Các thành phần tiêu biểu:
– Mimics (Lưu đồ công nghệ, hình ảnh máy móc, )
– Trends (Đồ thị thời gian thực, đồ thị quá khứ)
– Faceplates (Mặt giao diện thiết bị)
– Alarms (Cửa sổ báo động, trạng thái báo động)
– Reports (Lập báo cáo tự động)
Trang 5SCADA là gì?
z SCADA = Supervisory Control And Data Acquisition
z Một trong những khái niệm "mốt" hiện nay trong giới
công nghiệp
z Cụm từ "Supervisory Control and Data Acquisition"
được sử dụng đầu tiên trong ngành điện năng tại hội
nghị PICA (Power Industry Computer Applications),
1973
z Có nhiều quan điểm không thống nhất hiện nay
Trang 6"Supervisory control and data acquisition (SCADA) is a
system that allows an operator to monitor and control
processes that are distributed among various remote
system: the operator, master terminal unit (MTU),
communications, and remote terminal unit (RTU)."
(Boyer, Stuart, A SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition,
Instrument Society of America, Research Triangle, NC 1993)
Trang 7"(SCADA) Systems are used in industry to monitor and
SCADA systems are highly configurable, and usually
interface to the plant via PLCs."
Trang 8"SCADA is a software program that gathers real time
can be used in industries such as telecommunications,
oil and gas refining, water and waste control and
transportation.The SCADA system gathers information,
for example, about the location of a leak as well as
determining how critical it is.The system will also
organize and process the information, displaying it for
users."
(http://www.computeruser.com/resources/dictionary/definition.html)
Trang 9"SCADA stands for Supervisory Control And Data
Acquisition As the name it is not a full control system,
but rather focuses on the supervisory level A purely
to which it in general via Programmable Logic
Controllers (PLCs), or other commer modules."
(http://ref.cern.ch/CERN/CNL/2000/003/scada/)
Trang 10SCADA là gì?
z Theo nghĩa cổ điển:
– Chức năng chủ yếu là quan sát, ít có điều khiển
– Được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống điện năng, cung
gấp gas, cung cấp nước và xử lý nước thải
– Các thiết bị phần cứng (MTU, RTU), hệ thống truyền thông
được đặt lên hàng đầu.
z Theo nghĩa hiện đại:
tên gọi của nó
– Được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực tự động hóa (trừ
các ứng dụng phạm vi nhỏ như điều khiển nhúng, điều khiển
máy móc/thiết bị đơn lẻ)
– Trọng tâm là hệ thống phần mềm (phần mềm SCADA/HMI)
Trang 11Vấn đề gây tranh cãi
z SCADA có thể điều khiển được tất cả?
– Không! SCADA không có chức năng điều khiển tự động.
– Một hệ điều khiển phân tán (theo nghĩa rộng) có thể xây
dựng trên cơ sở PLC + SCADA/HMI
– Tuy nhiên DCS ≠ PLC + SCADA/HMI
Trang 12Điều khiển cao cấp
Cơ chế giao tiếp cấp
điều khiển giám sát
Tích hợp trong hệ thống phần mềm, không cần quan tâm
Cần thiết cho từng loại PLC
Phương pháp phát
triển ứng dụng
Chung, thống nhất toàn cục Độc lập từng phần
Cơ sở dữ liệu cấu hình
Chung, thống nhất toàn cục Thuộc riêng hệ SCADA/HMI
Cơ sở dữ liệu quá trình
DCS PLC + SCADA/HMI
Trang 13Quan điểm mới về hệ SCADA
z Trọng tâm là hệ thống phần mềm
– Các công cụ phát triển, tạo dựng giao diện người-máy
– Các phần mềm kết nối (I/O Drivers, I/O Servers)
– Ứng dụng công nghệ mới (hướng đối tượng, phần mềm
thành phần, Web, )
z Kiến trúc mở
– Khả năng tương tác, hợp tác giữa các thành phần của một
hệ thống và giữa các hệ thống
– Khả năng thay thế, mở rộng hệ thống bởi các sản phẩm do
chính bản thân người sử dụng lựa chọn
– Chuẩn hóa các giao diện quá trình > OPC là một ví dụ tiêu
biểu
– Sử dụng máy tính cá nhân và các hệ điều hành thông dụng
(ví dụ WindowsNT/2000/XP) > giảm giá thành
Trang 14Kiến trúc hệ thống (phần cứng)
z Yêu cầu thực tế của ứng dụng:
– Hiệu suất sử dụng đường truyền
– Tải đối với các thiết bị điều khiển
z Khả năng hỗ trợ bởi các thiết bị phần cứng
– Giao diện mạng, cấu trúc mạng hỗ trợ
– Kiến trúc phân tán, cơ chế giao tiếp
z Khả năng hỗ trợ bởi các công cụ phần mềm
– Kiến trúc phần mềm
Trang 15Các cấu trúc tiêu biểu
Control Station 1
OS
SYSTEM BUS
Control Station 2
Control Station 3
Control Station 3
ES
Control Station 1
OS
SYSTEM BUS
Control Station 2
Control Station 3
Trang 16Ví dụ cấu hình một hệ qui mô lớn
Control Station 1
OS
Control Station 2
Control Station 3
OS
TERMINAL BUS
DUAL OPTICAL RING
OS
Control Station 4 FACTORY BUS
SYSTEM BUS
Trang 17Phần mềm điều khiển giám sát
GIAO DIỆN NGƯỜI-MÁY (HMI)
CẢNH BÁO, BÁO ĐỘNG (ALARM)
I/O-CƠ SỞ DỮ LIỆU QUÁ TRÌNH
Trang 18Cơ sở dữ liệu quá trình
z Chức năng quản lý, lưu trữ:
– Thường được xây dựng trên cơ sở một thương phẩm như
SQL Server, Sybase, Informix,
z Các yêu cầu đặc biệt:
– Tần suất cập nhật cao, mang tính tuần hoàn
– Tính năng thời gian thực
Trang 19Giao diện người-máy
z Sơ đồ khối (hệ thống): Hiển thị tình trạng các thiết bị,
máy móc
z Lưu đồ công nghệ (phân đoạn, nhóm): Hiển thị các
giá trị quá trình, các hình ảnh động minh họa, các
phím điều khiển
z Biểu đồ chức năng trình tự (SFC)
z Faceplates: Hiển thị và can thiệp chi tiết một vòng
điều khiển (chế độ điều khiển, các giá trị biến và tham
số điều khiển, tình trạng báo động)
z Đồ thị thời gian thực: Hiển thị các giá trị quá trình (tức
thời)
z Đồ thị quá khứ: Hiển thị các giá trị lưu trữ
z Các cửa sổ báo động
z Các cửa sổ chỉ dẫn
Trang 20– Trạm được quyền can thiệp
– Mức ưu tiên, tính cấp thiết
– Sắp xếp theo mức ưu tiên, tính cấp thiết
– Sắp xếp theo thời gian xảy ra
– Sắp xếp theo loại cảnh báo/báo động
– Sử dụng màu sắc và hiệu ứng nhấp nháy
– Quyền người sử dụng
– Xác nhận theo nhóm hoặc xác nhận theo từng thông báo
Trang 21Phát triển phần mềm điều khiển giám sát
z Không lập trình > cấu hình (configurating):
– Sử dụng một công cụ SCADA chuyên dụng
– Sử dụng các ký hiệu đồ họa và script để xây dựng cấu hình
– Sử dụng các phần tử đồ họa đối thoại để đặt các tham số
– Không cần compiler
– Hiệu quả cao, dễ thực hiện
Trang 22Công cụ SCADA/HMI
z Ví dụ: WinCC (Siemens), iFIX (Intellution/GEFanuc),
InTouch (Wonderware)
z Công cụ phát triển (Development Tool):
– Công cụ cấu hình cơ sở dữ liệu (Database Configuration
Tool)
– Trình soạn thảo đồ họa (Graphics Editor)
– Thư viện các đối tượng đồ họa chuẩn + Hỗ trợ nhúng
ActiveX-Controls
– Công cụ phát triển/cài đặt trình điều khiển I/O
– Ngôn ngữ script
– Giao diện với các ngôn ngữ bậc cao (C/C++, VB, )
– Giao diện ODBC (Open Database Connection), DDE
(Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for Process Control)
z Phần mềm chạy (Runtime Engine)
Trang 24Tiêu chuẩn đánh giá công cụ SCADA
z Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các màn hình giao diện
z Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ họa
có sẵn
z Khả năng truy nhập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật
z Tính năng mở của kiến trúc hệ thống
z Khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting)
z Tính năng thời gian, hiệu suất trao đổi thông tin
z Đối với nền Windows: Hỗ trợ sử dụng
ActiveX-Controls và OPC
Giá thành tổng thể
Trang 25Thiết kế giao diện người-máy
z Lĩnh vực liên ngành:
– Chuyên ngành công nghệ
– Điều khiển tự động
– Mỹ thuật công nghiệp
z Yêu cầu chung
– Đơn giản, dễ sử dụng (easy-to-use)
– Bền vững, ngăn chặn lỗi do người sử dụng (robustness)
– Tính thông tin cao (informativeness)
– Nhất quán (consistency)
– Đẹp, nhã nhặn (good-looking, elegant)
z Các phương pháp giao tiếp người-máy
– Trên cơ sở câu lệnh
– Trên cơ sở trình đơn
– Trên cơ sở hình ảnh, phím điều khiển, hộp thoại,
Trang 32Faceplate và Detail Display
Trang 33Màn hình trạng thái động cơ
Trang 34File View Alarm Command Applications Options Window
ACK DATE_LAST TIME_LAST TAGNAME DESCRIPTION VALUE
√ 10/9/01 17:20:20 AIA3502_PLA_SL Quạt máy nghiền
√ 10/9/01 17:20:20 AIA3502_PLA_SL Quạt máy nghiền
ALARM
ALL CONFIRM RESET
Trang 35Quan sát các vùng báo động
Trang 36Một số nguyên tắc thiết kế cơ bản
– Chỉ dùng màu sắc khi thật cần thiết
– Nền: màu tối, ví dụ xám sẫm hoặc xanh lam đậm
– Máy móc, thiết bị: Sử dụng hình phẳng, màu và độ sáng khác ít so
với nền, cố gắng tránh 3D, tránh các mẫu hoa văn
– Hình tĩnh (đường ống, máy móc): tránh các màu tươi, chói
– Tín hiệu trạng thái, hình động: Chọn các màu tươi, chói
– Hạn chế số font chữ, kiểu chữ, chênh lệch độ lớn
– Chân phương, tránh các hiệu ứng đặc biệt (3D, lượn sóng, đường
Trang 37Điều khiển giám sát trên nền Web
bus trường
bus xử lý
Trung tâm điều khiển giám sát
Trang 38Ưu/nhược điểm của SCADA trên nền
Web
z Ưu thế:
– Đơn giản hóa công việc cài đặt phần mềm
– Đơn giản hóa việc sử dụng
– Mở ra khả năng mới cho việc tích hợp hệ thống tự động hóa
trong một hệ thống thông tin thống nhất của công ty
– Tạo điều kiện thuận lợi cho các dịch vụ bảo trì hệ thống từ xa
z Nhược điểm
– Hiệu suất trao đổi thông tin kém hơn so với các ứng dụng
thông thường
– Tính năng thời gian thực bị hạn chế
Trang 401.0 Giới thiệu môn học
1.1 Các khái niệm cơ bản
Trang 41TĐH quá trình công nghệ
TĐH quá trình công nghệ
Lý thuyết ĐKTĐ
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
TĐH quá trình công nghệ
Điều khiển máy ( ĐK chuyển ₫ộng, Robot, CNC )
TĐH quá trình công nghệ
TĐH quá trình công nghệ
TĐH xí nghiệp công nghiệp
Trang 42— Đặt bài toán ₫iều khiển cho từng yêu cầu cụ thể
— Thiết kế sách lược ₫iều khiển phù hợp với yêu cầu và
với mô hình quá trình
— Chọn lựa giải pháp thiết bị ₫o, thiết bị chấp hành và
thiết bị ₫iều khiển
Tạo cơ sở hoặc/và ₫ộng lực cho các môn học:
— Điều khiển logic, PLC
— Thiết bị ₫iều chỉnh tự ₫ộng công nghiệp
— Điều khiển phân tán
— Tự ₫ộng hóa quá trình công nghệ/sản xuất
Trang 43Các nội dung ₫ề cập chính
Tổng quan về hệ thống ₫iều khiển quá trình
— Các thành phần cơ bản
— Các chức năng và nhiệm vụ
— Mô tả chức năng, lưu ₫ồ P&ID
Xây dựng mô hình quá trình
— Mô hình hóa lý thuyết
— Mô hình hóa thực nghiệm
Thiết kế cấu trúc/sách lược ₫iều khiển
— Các cấu trúc ₫iều khiển cơ bản
— Điều khiển tập trung và ₫iều khiển phi tập trung/phân tán
Thiết kế bộ ₫iều khiển (thuật toán ₫iều khiển)
— Lựa chọn kiểu bộ ₫iều khiển
— Tính toán các tham số của bộ ₫iều khiển
Trang 44Các nội dung ₫ề cập chính (tiếp)
Cơ sở giải pháp hệ thống ₫iều khiển quá trình
— Các quá trình chuyển khối (tháp chưng cất)
Tin cậy và an toàn hệ thống
Trang 45Phương pháp ₫ánh giá kết quả
Thí nghiệm kết hợp bài tập lớn: 2 phần
— Khảo sát ₫ối tượng bình mức (₫ối tượng mô phỏng) và
xây dựng mô hình thực nghiệm
— Thiết kế sách lược và thuật toán ₫iều khiển
Điểm ₫ánh giá
Trang 46Tài liệu tham khảo
[1] Hoàng Minh Sơn: Cơ sở hệ thống ₫iều khiển quá trình NXB Bách khoa Hà Nội, 2006.
[2] Belá G Liptak (chủ biên): Instrument Engineer’s Handbook:
Process Control 3rd Edition, Chilton Book Co 1996.
[3] Michael L Luyben, William L Luyben: Essentials of Process
Control McGraw-Hill, 1997.
[4] Luyben, W.L.: Process Modeling, Simulation and Control for
Chemical Engineers McGraw-Hill, 1990.
[5] Seborg, D.E; T.F Edgar; D.A Mellichamp: Process Dymamics
and Control 2nd Edition Wiley, 2004.
[6] Curtis D Johnson: Process Control Instrumentation
Technology 5th Edition Prentice-Hall, 1997.
[7] Thomas Marlin: Process Control: Designing Processes and
Control Systems for Dynamic Performance McGraw-Hill 2000 [8] Bài giảng (₫ưa dần, *.pdf Format): Lớp chuẩn bị ₫ịa chỉ
email, gửi tới: hmson-ac@mail.hut.edu.vn
Trang 471.1 Các khái niệm cơ bản
Quá trình, quá trình kỹ thuật
Biến quá trình:
— Đại lượng (biến) ₫ược ₫iều khiển
— Đại lượng (biến) ₫iều khiển
— Đại lượng nhiễu, nhiễu tải và nhiễu ₫o
Điều khiển quá trình:
— Mục ₫ích, nhiệm vụ
— Một số quan ₫iểm trong ₫ịnh nghĩa
Hệ thống ₫iều khiển quá trình:
— Thiết bị ₫iều khiển
— Thiết bị ₫o
— Thiết bị chấp hành
— Hệ thống vận hành & giám sát
Trang 48Quá trình & quá trình kỹ thuật
Quá trìn h là một trình tự các diễn biến vật lý, hóa học hoặc sinh học, trong ₫ó vật chất, năng lượng hoặc thông tin ₫ược biến ₫ổi, vận chuyển hoặc
lưu trữ (ANSI/ISA 88.01, DIN 19222)
Quá trình kỹ thuật là một quá trình với các ₫ại
lượng kỹ thuật ₫ược ₫o hoặc/và ₫ược can thiệp.
Quá trình công nghệ là một quá trình kỹ thuật
nằm trong một dây chuyền công nghệ => quan
tâm tới các quá trình vật chất và năng lượng.
 Trong nội dung môn học, khái niệm quá trình
₫ược hiểu là quá trình công nghệ
Trang 49Nhìn từ quan ₫iểm hệ thống
QUÁ TRÌNH
KỸ THUẬT
Vật chất Năng lượng
Thông tin
Vật chất Năng lượng Thông tin
Nhiễu Biến vào
Biến ra Biến ₫iều khiển
Biến cần ₫iều khiển
Biến trạng thái
Biến không cần
₫iều khiển Biến không cần
₫iều khiển
Trang 50Biến quá trình
hệ trọng tới sự vận hành an toàn, ổn ₫ịnh hoặc chất lượng sản phẩm, cần ₫ược duy trì tại một giá trị ₫ặt, hoặc bám
theo một tín hiệu chủ ₫ạo
Biến vào can thiệp ₫ược theo ý muốn ₫ể tác ₫ộng tới ₫ại
lượng cần ₫iều khiển
— Nhiễu quá trình (disturbance, process disturbance)
z nhiễu ₫ầu vào (input disturbance): biến thiên các thông số
₫ầu vào (lưu lượng, nhiệt ₫ộ hoặc thành phần nguyên liệu, nhiên liệu)
z nhiễu tải (load disturbance): thay ₫ổi tải theo yêu cầu sử
dụng (lưu lượng dòng chảy, áp suất hơi nước, )
z nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt ₫ộ, áp
suất bên ngoài,
— Nhiễu ₫o, nhiễu tạp (noise, measurement noise)
Trang 51Biến ₫iều
Biến cần ₫iều khiển h
Trang 52TC1 wC TH1Nhiễu
Trang 53Các dây chuyền công nghệ phức tạp
Nhà máy lọc dầu, hóa dầu:
— Công nghệ chưng cất, tinh luyện
— Công nghệ lò phản ứng liên tục, theo mẻ
/ Vấn ₫ề:
— Hàng nghìn ₫iểm ₫o, hàng trăm ₫ại lượng cần ₫iều khiển
— Các quá trình tương tác qua lại
— Đòi hỏi ₫ộ an toàn, tin cậy rất cao
Trang 54Ví dụ: Lò hơi
Trang 55Ví dụ: quá trình sản xuất hóa chất
H?i n??c
T
Buồng làm lạnhNước lạnh
Bình ngưng
Trang 56Nhiệm vụ ₫ặt ra
Can thiệp một cách hiệu quả các ₫ại lượng ₫ầu
vào của quá trình kỹ thuật ₫ể các ₫ại lượng ₫ầu
ra của nó thỏa mãn các chỉ tiêu cho trước trong khi có tác ₫ộng của nhiễu và thông tin không
chính xác về ₫ối tượng
Giảm thiểu ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ
thuật ₫ối với con người và môi trường xung
quanh
 Vai trò của kỹ thuật ₫iều khiển tự ₫ộng!
Trang 57Khái niệm: ₫iều khiển quá trình
Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật ₫iều khiển tự ₫ộng trong ₫iều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và ₫ảm bảo các yêu cầu về
bảo vệ con người, máy móc và môi trường.
Phạm vi ứng dụng: Công nghiệp chế biến, khai
thác & năng lượng
Bài toán ₫ặc thù và quan trọng nhất: Điều chỉnh
Đối tượng ₫iều khiển: Quá trình công nghệ