Cấu trúc và các thành phần chức năng
Cấu trúc cơ bản của các hệ ĐK &GS Mô hình phân cấp chức năng Cấu trúc vào/ra Cấu trúc điều khiển Cấu trúc điều khiển giám sát
2-1 18/10/08
Cấu trúc cơ bản của một hệ ĐK & GS HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN I/O
I/O
ĐO LƯỜNG VÀ TRUYỀN ĐỘNG QUÁ TRÌNH KỸ THUẬT Nối qua mạng
Nối thông thường 2-2 18/10/08
Các thành phần chức năng cơ bản
Hệ thống máy tính điều khiển: Các hệ thống máy tính điều khiển như trạm điều khiển thuộc một hệ DCS, thiết bị điều khiển khả trình PLC (programmable logic controller), thiết bị điều chỉnh số gọn (compact digital controller) và máy tính cá nhân cùng với các phần mềm điều khiển tương ứng. Giao diện quá trình: Giao diện giữa các máy tính điều khiển với quá trình kỹ thuật thông qua các thiết bị đo lường và truyền động Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người máy, các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp. Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống. Hệ thống bảo vệ: Cơ chế thực hiện chức năng an toàn.
2-3 18/10/08
Cấu trúc phân cấp chức năng Tính toán giá thành, lãi suất Thống kê số liệu sản xuất, kinh doanh, Xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên
QL công ty
Đánh giá kết quả, lập kế hoạch sản xuất, Bảo dưỡng máy móc, thiết bị Tính toán tối ưu hoá sản xuất
Điều hành sản xuất
Giám sát, vận hành, chẩn đoán Điều khiển cao cấp, phối hợp Quản lý dữ liệu, lập báo cáo Điều khiển, điều chỉnh, Bảo vệ, an toàn, Ghi chép, cảnh giới Đo lường, truyền động, Chuyển đổi tín hiệu, Điều khiển tại chỗ
Điều khiển giám sát
Cấp điều khiển quá trình
Điều khiển
Chấp hành
Cấp trường
QUÁ TRÌNH KỸ THUẬT 2-4 18/10/08
Cấp chấp hành
Chức năng: – Đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu – Điều khiển tại chỗ
Các thiết bị đo, cảm biến: – Phần cảm (sensor): Tín hiệu đầu ra biểu diễn gián tiếp đại lượng cần đo – Bộ biến đổi (transducer): Biến đổi sang tín hiệu chuẩn (dòng, áp, khí nén) – Bộ phát (transmitter): Một bộ biến đổi cho đầu ra 4..20mA
Các cơ cấu chấp hành: – Van điều khiển (có thể bao gồm các phần điều chỉnh và truyền động) – Động cơ, máy bơm, rơ le
Các bộ điều khiển tại chỗ: – Các bộ biến tần – Các bộ điều chỉnh số gọn – Các bộ điều khiển chuyên dụng 2-5 18/10/08
Cấp điều khiển
Chức năng: – Điều khiển tự động (điều khiển quá trình, điều khiển rời rạc, điều khiển chuyển động) – Bảo vệ, an toàn – Ghi chép, cảnh giới
Các giải pháp công nghiệp: – Thiết bị điều chỉnh số gọn (compact digital controller) – Thiết bị điều khiển khả trình (programmable logic controller, PLC) – Hệ điều khiển phân tán tích hợp (distributed control system, DCS) – Các loại máy tính thông dụng khác như máy tính cá nhân (PC), máy tính cá nhân công nghiệp (IPC, PC-104), máy tính đơn bo mạch (SBC), máy tính module.
2-6 18/10/08
Cấp điều khiển giám sát
Chức năng: – Giao diện người-máy (Human-Machine Interface, HMI):
Hiển thị Hỗ trợ thao tác vận hành
– Thu thập, lưu trữ và quản lý dữ liệu:
Dữ liệu quá trình Dữ liệu vận hành
– Quản lý các sự kiện và báo động – Lập báo cáo tự động – Điều khiển cao cấp
Giải pháp công nghiệp – Máy tính giám sát:
Máy tính cá nhân + Windows NT/2000/XP Máy tính trạm + UNIX/LINUX
– Trạm chủ, máy in, mạng LAN – Các bảng hiển thị điện tử 2-7 18/10/08
Cấp điều hành sản xuất
Ba lĩnh vực: – Lập kế hoạch sản xuất, – Cung ứng vật tư – Quản lý chất lượng
Chức năng cụ thể: – Lập kế hoạch sản xuất chi tiết (Production Planning System, PPS) và tối ưu hóa quá trình sản xuất – Quản lý thiết bị, cung ứng vật tư (Assset Management System, AMS) – Quản lý thông tin sản xuất (Manufactoring Information System, MIS) – Quản lý thông tin phòng thí nghiệm (Laboratory Information Management)
Giải pháp công nghiệp: Phần mềm MES (Manufactoring Execution System) 2-8 18/10/08
Cấp quản lý công ty
Chức năng: – – – –
Tính toán giá thành sản xuất và lãi suất Thống kê số liệu sản xuất kinh doanh Dịch vụ khách hàng, xử lý đơn đặt hàng Hoạch định tài nguyên công ty.
Giải pháp công nghiệp – SCM (supply chain management) – ERP (enterprise resource planning)
Xu hướng phát triển: – Tự động hóa tiến lên phía trên, tích hợp với các hệ thống thông tin – Điều hành sản xuất + Điều khiển giám sát -> Cấp điều hành – Hệ thần kinh số DNS (Digital Nervous System) 2-9 18/10/08
Cấu trúc vào/ra
Mô tả cấu trúc giao diện quá trình: các thành phần và cách ghép nối giữa hệ thống máy tính điều khiển với các cảm biến và cơ cấu chấp hành Cấu trúc vào/ra liên tới: – – – –
Độ tin cậy của hệ thống Chi phí vật liệu và công thiết kế, lắp đặt Khả năng bảo trì, bảo dưỡng Tính linh hoạt của hệ thống
Phân biệt: – Vào/ra tập trung hay vào/ra truyền thống (sử dụng các tín hiệu thông thường, ghép nối điểm điểm) – Vào/ra sử dụng công nghệ bus trường:
Vào/ra phân tán hay vào/ra từ xa Vào/ra với các thiết bị trường thông minh 2-10 18/10/08
Vào/ra tập trung MTĐK
MTĐK
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
I/O
I/O
HIỆN TRƯỜNG
A
S
A
A
S
a) Vào/ra tích hợp
S
A
S
A
S
A
S
b) Vào/ra kiểu module
I/O: input/output A: actuator S: sensor
Nhược điểm: – – – –
Chi phí cao cho cáp dẫn và công thiết kế, lắp đặt Kém tin cậy Kém linh hoạt Bảo trì, bảo dưỡng khó khăn
2-11 18/10/08
Vào/ra phân tán MTĐK
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
bus trường
Modular I/O
Compact I/O S
S
A
A
S
S
A
A
S
S
A
A
Khắc phục được các nhược điểm của cấu trúc vào/ ra tập trung Việc nối dây phía dưới vẫn còn phức tạp, khả năng chẩn đoán lỗi còn hạn chế 2-12 18/10/08
Thiết bị trường thông minh Máy tính điều khiển
D
Thiết bị điều khiển
BI
A
Bus trường A
Thiết bị tương tự
BI
D
µP D
Thiết bị bus trường
A
µP D
A
Sensor
a)
Sensor
b) 2-13 18/10/08
Vào ra trực tiếp với thiết bị bus trường MTĐK
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
bus trường S
S
A
A
S
S
A
A
S
S
A
A
2-14 18/10/08
Cấu trúc điều khiển
Cấu trúc điều khiển được thể hiện qua: – Sự phân bố về mặt vị trí và chức năng của các máy tính điều khiển – Hình thức liên kết giữa chúng trong cấp điều khiển.
Cấu trúc điều khiển liên quan tới: – Độ tin cậy của hệ thống – Hiệu năng của hệ thống – Tính linh hoạt của hệ thống
Phân loại: – Điều khiển cục bộ (cấu trúc song song) – Điều khiển tập trung – Điều khiển phân tán,
2-15 18/10/08
Điều khiển cục bộ
S
MTĐK
MTĐK
MTĐK
I/O
I/O
I/O
S
A
A
Dây chuyền 1
S
S
A
A
Dây chuyền 2
S
S
A
A
Dây chuyền n
Mỗi dây chuyền/khu vực sản xuất được điều khiển cục bộ, độc lập Thường được sử dụng cho các hệ thống có qui mô vừa và nhỏ 2-16 18/10/08
Điều khiển tập trung MTĐK
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
I/O
HIỆN TRƯỜNG
A
S
Phân đoạn 1
A
S
Phân đoạn 2
A
S
Phân đoạn n
2-17 18/10/08
Điều khiển tập trung sử dụng bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
MTĐK
HIỆN TRƯỜNG
bus trường I/O
I/O
S
A
S
S
I/O
A
S
A
S
A
A
2-18 18/10/08
Điều khiển phân tán PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
MTGS
MTGS
bus hệ thống PHÒNG ĐIỀU KHIỂN CỤC BỘ MTĐK 1
A
S
MTĐK n
MTĐK 2
A
A
S
S
HIỆN TRƯỜNG Phân đoạn 1
Phân đoạn 2
Phân đoạn n 2-19 18/10/08
Điều khiển phân tán sử dụng bus trường MTGS
MTGS
bus hệ thống PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
MTĐK n
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN CỤC BỘ MTĐK 1
MTĐK 2
bus trường I/O S
bus trường I/O
bus trường A
S
S
A
A
HIỆN TRƯỜNG Phân đoạn 1
Phân đoạn 2
Phân đoạn n 2-20 18/10/08
Cấu trúc điều khiển giám sát
Được định nghĩa bởi – Sự phân bố về mặt vị trí và chức năng của các thành phần – Hình thức liên kết giữa chúng trong cấp điều khiển giám sát.
Cấu trúc điều khiển giám sát liên quan tới: – Các yêu cầu thực tế của ứng dụng như qui mô hệ thống – Hiệu năng của hệ thống như khả năng cập nhật dữ liệu, cập nhật màn hình, hiệu suất sử dụng đường truyền – Độ tin cậy của hệ thống – Khả năng hỗ trợ bởi các công cụ phần mềm.
Phân loại: – Điều khiển giám sát cục bộ – Điều khiển giám sát trung tâm – Điều khiển giám sát phân cấp 2-21 18/10/08
Điều khiển giám sát cục bộ
MTGS
MTGS
MTGS
MTĐK
MTĐK
MTĐK
I/O
I/O
I/O
Dây chuyền 1
Dây chuyền 2
Dây chuyền n
2-22 18/10/08
Điều khiển giám sát trung tâm (cấu trúc mạng phẳng) PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM LAN
MTGS
MTGS
MTGS
Bus hệ thống
2-23 18/10/08
Điều khiển giám sát trung tâm (cấu trúc mạng phân cấp) PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM LAN MTGS
MTGS
MTGS
Terminal Bus
Server
Bus hệ thống
2-24 18/10/08
Điều khiển giám sát phân cấp PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM LAN
MTGS
MTGS
MTGS
Terminal Bus
Server
Bus hệ thống
HMI
HMI
HMI
2-25 18/10/08