Bài giảng Mạng máy tính và hệ thống thông tin công nghiệp: Chương 1.1 - Đào Đức Thịnh

M¹ng m¸y tÝnh & HÖ thèng th«ng tin c«ng nghiÖ

§µo §øc ThÞnh BM Kü thuËt ®o & THCN

Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n trong hÖ ®o & ®iÒu khiÓn C«ng nghiÖp.

1.1 Chøc n¨ng cña mét hÖ th«ng ®o vµ ®iÒu khiÓn trong CN

1.1.1 Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh. 1.1.2 Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn logic, liªn ®éng c¶nh b¸o. 1.1.3 Chøc n¨ng giao tiÕp ng−êi vµ hÖ thèng. 1.1.4 Chøc n¨ng thu thËp vµ qu¶n lý th«ng tin

1.2 C¸c kh¸i niÖm vÒ c¸c hÖ vµ c¸c thiÕt bÞ hiÖn ®¹i trong CN:

1.2.1 Smart Device. 1.2.2 PLC ( Programmable Logic Controller). 1.2.3 SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition) 1.2.4 DCS(Distributed Control System)

Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh

- §iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt ®é, ¸p suÊt, l−u l−îng..Theo mét hµm thêi gian. - C¸c bé ®iÒu khiÓn t−¬ng tù 4-20 mA. - C¸c bé ®iÒu khiÓn lai, sè. - DCS

Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn Logic, liªn ®éng, c¶nh b¸o

- §iÒu khiÓn logic, liªn ®éng c¸c thiÕt bÞ , ®iÒu khiÓn tuÇn tù, c¶nh b¸o. - Relay c¬ ®iÖn, Timer, Counter. - IC sè. - PLC.

Chøc n¨ng giao tiÕp gi÷a ng−êi vµ hÖ thèng

- Ng−êi vËn hµnh cã thÓ theo dâi qu¸ tr×nh, ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, thay ®æi Setpoint.. - Panel ®iÒu khiÓn, c«ng t¾c, nót Ên, chiÕt ¸p. - §Ìn b¸o, ®ång hå (Analog, digital) - Giao diÖn b»ng m¸y tÝnh dùa trªn phÇn mÒm HMI

Chøc n¨ng thu thËp vµ qu¶n lý th«ng tin

- §o, thu thËp vµ qu¶n lý th«ng tin. - b»ng tay (thñ c«ng). - C¸c ®ång hå tù ghi, relay tù r¬i, recorder. - Sö dông m¸y tÝnh.

Smart Device

- ThiÕt bÞ sè trªn c¬ së uP cã kh¶ n¨ng xö lý th«ng tin. - HiÓn thÞ t¹i chç hay tõ xa. - MÒm dÎo, kinh tÕ. - Cã kh¶ n¨ng tù ®éng kiÓm tra, chuÈn ®o¸n.

Smart Device

PLC (Programmable Logic Controller)

Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, do nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lần đầu tiên đưa ra ý tưởng vào năm 1968. Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của General Motors là xây dựng một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho mạch điều khiển logic cứng, hai công ty độc lập là Allen Bradley và Bedford Associates (sau này là Modicon) đã đưa ra trình bày các sản phẩm đầu tiên. Các thiết bị này chỉ xử lý được một tập lệnh logic cơ bản, 128 điểm vào/ra (1 bit) và 1kByte bộ nhớ.

PLC (Programmable Logic Controller)

- ThiÕt bÞ sè trªn c¬ së uP - Ph¸t triÓn ®Ó thay thÕ cho Relay,Timer.... - Sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, liªn ®éng víi c¸c ®Çu I/O sè. - Ch−¬ng tr×nh viÕt b»ng ng«n ng÷ Ladder Logic.

PLC (Programmable Logic Controller)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

§iÒu khiÓn gi¸m s¸t (vµ thu thËp d÷ liÖu) -Hç trî con ng−êi trong viÖc quan s¸t vµ ®iÒu khiÓn tõ xa - Cã giao diÖn ng−êi-m¸y - HMI (Human-Machine Interface) - Giao diÖn ng−êi-m¸y

+ Thµnh phÇn trong mét hÖ SCADA, hoÆc + C¸c ph−¬ng tiÖn quan s¸t/thao t¸c ë cÊp thÊp h¬n

- C¸c tr¹m ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t trung t©m

+ Engineering Station (ES) + Operator Station (OS) + Server Station (SS)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

- C¸c tr¹m thu thËp d÷ liÖu trung gian + Remote Terminal Unit (RTU ) + Data Collection Unit (DCU): PLC, PC, I/O

- HÖ thèng truyÒn th«ng

+ M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp + M¹ng viÔn th«ng/truyÒn d÷ liÖu ®−êng dµi (v« tuyÒn, h÷u

tuyÕn)

+ C¸c thiÕt bÞ chuyÓn ®åi, dån kªnh (Modem, Multiplexer)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

- C¸c c«ng cô ph¸t triÓn øng dông *Giao diÖn ng−êi-m¸y (HMI)

+S¬ ®å hÖ thèng, s¬ ®å c«ng nghÖ + HiÓn thÞ c¸c biÕn qu¸ tr×nh qua c¸c "thiÕt bÞ ¶o" + §å thÞ thêi gian thùc, ®å thÞ d÷ liÖu tÜnh + C¸c phÝm thao t¸c, nót ®iÒu khiÓn (controls)

* Hç trî trao ®æi tin tøc (Messaging), xö lý sù kiÖn (Event), sù cè (Alarm) * Hç trî viÖc thèng kª vµ lËp b¸o c¸o (Reporting)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

* PhÇn mÒm kÕt nèi víi c¸c nguån d÷ liÖu (drivers cho c¸c PLC,

c¸c module vµo/ra, cho c¸c hÖ thèng bus tr−êng)

* C¬ së d÷ liÖu qu¸ tr×nh, d÷ liÖu cÊu h×nh hÖ thèng

Hệ một người dùng

Hệ nhiều người dùng

Hệ Web Client

Hệ phân tán

Hệ chạy dự phòng

Communication

DCS ( Distributed Control System)

- C¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè + PhÇn cøng phÇn mÒm thu thËp th«ng tin. - §−êng truyÒn tèc ®é cao. - C¸c module bè trÝ ph©n t¸n. - Mçi Module thùc hiÖn mét chøc n¨ng riªng. - Cã giao diÖn ®Ó nèi c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t vµ c¸c bé ®iÒu khiÓn.

DCS ( Distributed Control System)

DCS ( Distributed Control System)

DCS ( Distributed Control System)

DCS ( Distributed Control System)

DCS ( Distributed Control System)

DCS TruyÒn thèng. - Các hệ này sử dụng các bộ điều khiển quá trình đặc chủng theo kiến trúc riêng của nhà sản xuất. - Các hệ cũ thường đóng kín, ít tuân theo các chuẩn giao tiếp công nghiệp, các bộ điều khiển được sử dụng cũng thường chỉ làm nhiệm vụ điều khiển quá trình, vì vậy phải sử dụng kết hợp PLC cho các bài toán điều khiển logic và điều khiển trình tự. - Các hệ mới có tính năng mở tốt hơn, một số bộ điều khiển lai đảm nhiệm cả các chức năng điều khiển quá trình, điều khiển trình tự và điều khiển logic (hybrid controller).

DCS ( Distributed Control System)

- Để hỗ trợ các bài toán điều khiển quá trình diễn ra đồng thời, khối xử lý trung tâm được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực, đa nhiệm - hoặc của riêng nhà sản xuất phát triển hoặc một sản phẩm thông dụng như pSOS, TSOS, VRTX,... Chu kỳ thời gian nhỏ nhất thực hiện các mạch vòng điều khiển thường nằm trong khoảng 10-100ms, trong trường hợp đặc biệt (ví dụ cho nhà máy điện) có thể tới 1ms.

DCS ( Distributed Control System)

CS1000/CS3000 (Yokogawa): PFCx-E,

- Một số sản phẩm tiêu biểu cùng với tên trạm điều khiển cục bộ được liệt kê dưới đây: • AdvantOCS (ABB): Advant Controller, hệ điều hành riêng • Freelance 2000 (ABB): D-PS hợc D-FC, hệ điều hành pSOS • DeltaV (Fisher-Rosermount): Visual Controller, hệ điều hành TSOS • PlantScape (Honeywell): PlantScape Controller, hệ điều hành riêng •Centum AFS10x/AFS20x, hệ điều hành ORKID

DCS ( Distributed Control System)

DSC trªn nÒn PLC

Một số hệ DCS trên nền PLC tiêu biểu là SattLine (ABB), Process Logix (Rockwell), Modicon TSX (Schneider Electric), PCS7 (Siemens),… Thực chất, ngày nay đa số các PLC vừa có thể sử dụng cho bài toán điều khiển logic và điều khiển quá trình. Tuy nhiên, các PLC được sử dụng trong các hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại (ví dụ SFC).

DCS ( Distributed Control System)

DSC trªn nÒn PC

Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) trực tiếp làm thiết bị điều khiển không những được bàn tới rộng rãi, mà đã trở thành thực tế phổ biến trong những năm gần đây. Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC không những nằm ở tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, mà còn ở khía cạnh kinh tế. Các bước tiến lớn trong kỹ thuật máy tính, công nghiệp phần mềm và công nghệ bus trường chính là các yếu tố thúc đẩy khả năng cạnh tranh của PC trong điều khiển công nghiệp.

DCS ( Distributed Control System)

DCS trên nền PC là một hướng giải pháp tương đối mới, mới có một số sản phẩm trên thị trường như PCS7 (Siemens, giải pháp Slot-PLC), 4Control (Softing), Stardom (Yokogawa), Ovation (Westinghouse-Emerson Process Management)… Hướng giải pháp này thể hiện nhiều ưu điểm về mặt giá thành, hiệu năng tính toán và tính năng mở. Một trạm điều khiển cục bộ chính là một máy tính cá nhân công nghiệp được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực và các card giao diện bus trường và card giao diện bus hệ thống.