Báo cáo giữa kỳ chapter 17 dcs sw aspects, apc and mis discussions

BÁO CÁO GIỮA KỲ

Chapter 17: DCS SW aspects, APC and MIS
discussions

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đào Quý Thịnh
Mã lớp: 145481
Nhóm 7: Trần Văn Lợi _ 20191929
Trần Văn Hải _ 20191818

2

Mục lục

I. Discussions on SW aspects, APC and
MIS

II. DCS control and safety software
solutions

III. Advance process control discussions
IV. DCS monitoring software
V. DCS networking and miscellaneous

software issues
VI. DCS and management information

system

3

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

1.Thảo Luận về Phần Mềm DCS
Chương trình hệ thống
Các phần chính của phần mềm hệ thống bao gồm:
• Firmware: Phần mềm nhúng này có thể được sử dụng cho việc nhận diện và kiểm soát thiết bị.
• Hệ điều hành (OS): Hoạt động như giao diện giữa phần cứng, chương trình hệ thống và các
chương trình ứng dụng.
• Driver thiết bị: Kích hoạt giao tiếp thiết bị với OS và các chương trình khác, nghĩa là nó điều
chỉnh bất kỳ thiết bị nào được kết nối với hệ thống.
• Các chương trình tiện ích khác: bao gồm BIOS, chương trình khởi động, trình dịch (assembler/
compiler), ...

4

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

Các loại phần mềm trên phần cứng trong DCS

5

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

Hệ Điều Hành (OS):
Là một phần của hạt nhân phần mềm hệ thống nằm giữa phần cứng và người dùng. Người dùng
thường giao tiếp với OS thông qua Giao diện người dùng đồ họa (GUI).

Có nhiều loại OS bao gồm: Real-time OS (RTOS - DCS/PLC), Single user single task (thiết bị chuyên dụng)/multi
task (PC), Multi user (máy chủ), Network OS, Mobile OS và Internet OS.

Chức năng chính của OS bao gồm:
• Giao diện: cung cấp giao diện giữa người dùng và phần cứng thông qua GUI.
• Quản lý hệ thống: quản lý ứng dụng, thiết bị I/O, hướng dẫn, cấu hình và thiết bị ngoại vi.
• Kiểm soát và quản lý: quản lý chức năng kiểm soát và giám sát.
• Quản lý mạng: quản lý tài nguyên cho hệ thống cục bộ, mạng và giao thức truyền thông trong hệ thống mạng

tích hợp.
• Quản lý bộ nhớ: phân bổ khơng gian bộ nhớ cho ứng dụng.
• Quản lý tệp: lập lịch xử lý và quản lý tệp trong hệ thống mạng/cục bộ.
• Theo dõi hiệu suất: theo dõi và quản lý hiệu suất hệ thống.
• Quản lý lỗi: phát hiện lỗi và quản lý các thiết bị sửa chữa sự cố.
• Quản lý bảo mật: hoạt động an toàn trong hệ thống cục bộ và mạng.

6

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

Một Số Ngơn Ngữ Lập Trình

• Ladder Diagram (LD): Ngôn ngữ đồ họa được sử dụng như mạch relay điện để biểu diễn logic.
• Function Block Diagram (FBD): Ngôn ngữ đồ họa cho các yếu tố logic, nhiệm vụ hướng đối

tượng, kiểm soát phức tạp và các chức năng số.
• Sequential Function Chart (SFC): Ngôn ngữ đồ họa mô tả hoạt động của quy trình hoặc máy

móc trong tự động hóa quy trình và nhà máy.
• Structured Text Language (STL): Tương tự như Pascal và Basic, một công cụ cho thư viện

người dùng.

• Instruction List (IL): Chủ yếu được sử dụng cho thuật tốn hệ thống kiểm sốt.
• Continuous Function Chart (CFC): Là một ngôn ngữ khác được sử dụng để tạo ra các thuật

toán đa luồng. Đây là một mở rộng của FBD. CFC là một biên tập đồ họa, có thể được sử
dụng để phát triển phần mềm từ các khối đã làm sẵn.
• ANSI C, C++: Đôi khi được sử dụng, đặc biệt là trong IPC (máy tính cơng nghiệp) trang bị
Windows và RTOS chạy trên cùng một PC.
• Ngơn Ngữ Lập Trình Đồ Họa: Như Matlab/Simulink, LabVIEW, vv. phổ biến trong ứng dụng mô
phỏng.

7

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

2. Hệ thống kỹ thuật tích hợp
Hệ thống kỹ thuật tổng hợp hoặc tập trung giúp tích hợp thông tin thời gian thực để cung cấp quyền truy
cập tốt hơn và nhanh chóng hơn. Do làm việc trong môi trường kỹ thuật chung, sẽ có một luồng thơng tin
nhất qn từ thiết kế, qua lắp đặt và đưa vào sử dụng, đến vận hành và bảo trì, làm tăng cường hiệu quả
trong kỹ thuật, tăng cường năng suất và kéo dài vòng đời của DCS.
Cấu hình (kiểm sốt, đồ họa, cảnh báo, lịch sử, vv.), tối ưu hóa hệ thống, giảm rủi ro là những tính năng chính của hệ
thống kỹ thuật tổng hợp.

8

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

3. Thảo luận về kiểm soát đa biến và ma trận APC
Kiểm Soát Đa Biến (MVC):
Kiểm sốt đa biến trong cơng nghiệp đã được biết đến từ vài thập kỷ, nhưng không được sử dụng
đến mức có thể, do hiểu lầm rằng kiểm soát đa biến là phức tạp, tốn kém và tốn thời gian. Hệ

thống kiểm soát đa biến (MVC) được áp dụng cho các hệ thống trong đó các biến liên quan tương
tác mạnh, ví dụ như kiểm sốt nhiệt độ hơi trong nồi hơi công nghiệp hoặc cột chưng cất trong các
nhà máy lọc dầu.

Ma Trận Kiểm Soát Tự Động (APC):
Kiểm soát quy trình nâng cao (APC) là giải pháp kiểm sốt giám sát giao tiếp với các bộ điều khiển
hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cấp một đã được cài đặt. APC có thể được triển khai trong
DCS dưới dạng bộ điều khiển điều tiết nâng cao cấp 2 hoặc dưới dạng giải pháp phần mềm chạy
trên PC chuyên dụng và giao tiếp với DCS thông qua máy chủ OPC.

9

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

3. Thảo luận về kiểm soát đa biến và ma trận APC

10

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

3. Thảo luận về kiểm soát đa biến và ma trận APC
• Thảo luận về MVC (Kiểm sốt Đa biến): Kiểm sốt đa vịng (sử dụng nhiều vịng điều khiển

đơn) khơng nên bị nhầm lẫn với hệ thống kiểm soát đa biến. Bộ điều khiển đa biến chủ yếu là
hệ thống kiểm soát đa ngõ vào đa ngõ ra (MIMO). Như Hình I 17.0b1, có các ngõ vào bên
ngoài dưới dạng biến điều khiển, chủ yếu ảnh hưởng đến động học của quy trình và các nhiễu.
Tương tự, có các biến đo lường đầu ra và biến kiểm sốt. Ngồi ra, cịn có các biến nội bộ
như biến trạng thái.
• Lưu ý đến hai vấn đề quan trọng là ghép nối và điều kiện. Ghép nối có nghĩa là gắn một hoặc
nhiều biến điều khiển cho mỗi biến đầu ra. Điều kiện có nghĩa là "gains" khác nhau trong quy

trình đa biến.

11

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

3. Thảo luận về kiểm soát đa biến và ma trận APC
Closed-Loop: Mô tả với phạm vi và mục tiêu cho các vòng lặp, nơi mà các biến quy trình được
giữ trong giới hạn và hướng tới mục tiêu hoạt động tối ưu hóa.

Tiếp cận của MVC và APC:
• Khi bộ điều khiển đa biến được kích hoạt, nhiệm vụ của nó là điều chỉnh các điểm đặt và đầu ra một

cách tự động trong các vịng đóng phản hồi.
• Điều này là điểm mà kiểm sốt quy trình tiên tiến (APC) xuất hiện dưới dạng MVC. Tiếp cận đa biến như

vậy là một khía cạnh tự nhiên của hầu hết mọi quá trình hoạt động cơng nghiệp. Tiếp cận hiệu suất APC
sử dụng kiến thức thuần thục về hoạt động của nhà máy và sử dụng một phương pháp "ma trận nhỏ"
để triển khai trực tiếp trên nền tảng DCS
• Hiệu suất APC hỗ trợ cả giải pháp kiểm sốt vịng đơn và đa biến. Kiểm sốt dự đoán tỷ lệ (RPC) dựa
trên sự thay thế linh hoạt cho kiểm soát PID vòng đơn truyền thống. APC sử dụng cả phương pháp dựa
trên mơ hình và khơng dựa trên mơ hình. Đa số, APC có hình thức tiếp cận kiểm sốt dựa trên mơ hình
đa biến dự đoán (MPC)

12

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

3. Thảo luận về kiểm soát đa biến và ma trận APC

Ma trận APC.

13

I. Discussions on SW aspects, APC and MIS

3. Thảo luận về kiểm soát đa biến và ma trận APC
Ưu điểm của Kiểm sốt Quy trình Tiên tiến (APC):
• Tập trung vào hiệu suất hoạt động: APC chủ yếu tập trung vào hiệu suất vận hành trong quy
trình.
• Áp dụng cho kiểm soát đơn và đa biến: APC hợp lệ cho cả kiểm soát đơn và đa biến dựa trên
mơ hình hoặc khơng dựa trên mơ hình, thích ứng với các thay đổi trong hệ số quá trình.
• Khơng sử dụng mơ hình đặc biệt. APC khơng sử dụng các mơ hình đặc biệt để xây dựng và
duy trì. Nó sử dụng ma trận nhỏ dựa trên các biến quan trọng và giá trị ứng dụng liên quan.
• Thước Đo Hiệu suất Tự động và Chi tiết: Các thước đo hiệu suất của APC được tự động hóa đầy đủ, chi
tiết (áp dụng cho biến), có thể đo lường, minh bạch (phương trình trực tiếp), cực kỳ trực quan và linh
hoạt.
• Thước Đo Sử Dụng Dựa Trên Thời Gian Di Chuyển: Thước đo sử dụng của APC dựa trên việc xem xét
liệu Biến điều khiển (MV) có được di chuyển vào một khoảng thời gian phù hợp không, bất kể về tốc
độ và giá trị tổng di chuyển của MV. Trong khi hiệu suất của APC... (chưa tiếp theo).

14

II. DCS control
and safety
software solutions

15

II. DCS control and safety software solutions

1. Thảo luận về các khía cạnh của Phần mềm Kiểm sốt:
Phần mềm hệ thống kiểm sốt phải có khả năng mở rộng, để khi hệ thống phát triển, sự bổ sung mới được phép
tốt trong loại phần mềm được chọn. Với sự phát triển của fieldbus, các khối phần mềm khơng chỉ giới hạn trong
bộ điều khiển mà cịn lan rộng đến lĩnh vực. Ở đây, sẽ có những thảo luận ngắn về các vấn đề phần mềm liên quan
đến kiểm soát liên tục/modulating, kiểm soát rời rạc và hệ thống quản lý lô.
Các loại Phần mềm Kiểm sốt:
• Dựa trên tính quan trọng của ứng dụng, hệ thống kiểm sốt và tự động hóa của nhà máy có thể được phân loại

thành tự động hóa tiêu chuẩn, tự động hóa chống lỗi và tự động hóa an tồn (IEC 61598). Tuy nhiên, bất kể loại
kiểm soát nào được đề cập ở trên, phần mềm kiểm sốt và an tồn DCS bao gồm:
• Firmware kiểm sốt: Ln nên sử dụng firmware kiểm sốt nâng cấp.
• Thư viện: Một bộ thư viện phần mềm kiểm soát được sử dụng cho các ứng dụng kiểm soát.
• Ứng dụng kiểm sốt: Đại diện cho các vịng lặp và logic cho quy trình.

16

II. DCS control and safety software solutions

Firmware kiểm soát:
Phần mềm nhúng này là bắt buộc để nhận diện thiết bị và kiểm soát. Firmware thường được
cài đặt sẵn trên một số phần cứng, trong khi đối với một số phần cứng khác, firmware cần
được tải về. Firmware là bắt buộc và cần được cập nhật đặc biệt là đối với các hệ thống mở và
trong các phiên bản mới (có thể tải về qua Ethernet) để làm cho quá trình cấu hình trở nên dễ
dàng và nhanh chóng.

Thư viện kiểm sốt cơng nghiệp:
Thơng thường, có nhiều thư viện phần mềm có sẵn cho các hệ thống với các mục đích khác
nhau. Các loại thư viện này có thể được phân loại thành thư viện cơ bản cho người xây dựng
kiểm soát như hư viện kiểm sốt, thư viện lơ, các loại khối chức năng hệ thống thông điệp sản

xuất (MMS)…

Điều khiển và Logic:
DCS chủ yếu hỗ trợ góc nhìn chung về các nhãn quy trình trong cấu trúc cây của nhà máy. Tất
cả các đối tượng thuộc nhánh đánh dấu của cây cấu trúc

17

II. DCS control and safety software solutions

Quản lý lô:
Quản lý lô là một phần của DCS. Chức năng quản lý lô chủ yếu bao gồm: Quản lý nguồn lực, cấu
hình thiết bị, vận hành lơ, giao diện lịch trình lơ, khía cạnh đồ họa của lơ cho lập lịch lô và lịch sử lô

Quản lý trường:
Từ các thảo luận trước đó, ta thấy sẽ có sự sử dụng các khối chức năng trong hệ thống kiểm soát để giảm thiểu
thời gian phát triển phần mềm. Với sự giới thiệu của các hệ thống fieldbus, các chiến lược kiểm soát giống như
được mở rộng ở mức trường.

Chiến lược nâng cao:
Việc sử dụng APC đã được thảo luận trước đó và triển khai Fuzzy để cải thiện hiệu suất của các vòng
điều khiển phi tuyến hoặc nhiễu là phổ biến. Luật mờ thường được sử dụng để cải thiện khả năng
điều chỉnh như đã thấy trong DCS DeltaV của Emerson.

18

II. DCS control and safety software solutions

2. Thảo luận về quản lý an toàn và bảo mật

Các vấn đề chính liên quan đến phần mềm kiểm sốt an tồn là:Bộ điều khiển an tồn cũng có ba phần:
Firmware, thư viện đối tượng và ứng dụng.
• Dựa trên chứng nhận ứng dụng theo IEC 61508 với số SIL phù hợp.
• Có khả năng mở rộng về dung lượng và chức năng với độ tin cậy cao cho các ứng dụng quan trọng.
• Ngơn ngữ IEC 61131-3 như biểu đồ khối chức năng, văn bản cấu trúc và biểu đồ chức năng tuần tự có

thể được sử dụng.
• Bộ điều khiển cho phép các chức năng được phân loại SIL và không phải SIL được lập trình trong cùng

một bộ điều khiển cho các ứng dụng khác nhau. Chỉ các yếu tố được đánh dấu SIL mới được phép
được sử dụng trong các ứng dụng SIL .

Thư viện hệ thống an toàn: bao gồm các khối chức năng được xác định trước để tạo ra các ứng dụng liên
quan đến an toàn với CFC là rất hữu ích khơng chỉ là một cơng cụ kỹ thuật hệ thống mà cịn trong q
trình vận hành

19

II. DCS control and safety software solutions

2. Thảo luận về quản lý an toàn và bảo mật

Kiểm sốt an tồn (Safety Control Integration):
• IEC 61508 yêu cầu sự độc lập chức năng giữa Hệ thống Kiểm sốt Quy trình Cơ bản (BPCS) và Hệ thống cơng

cụ an tồn (SIS).
• Có hai quan điểm về tích hợp hệ thống: Một nhóm cho rằng khi thiết kế SIS theo IEC 61508 với SIL phù hợp,

kết hợp BPCS và SIS có thể chấp nhận được. Nhóm khác cho rằng phải tách biệt tuyệt đối chức năng giữa
BPCS và SIS.

• Có thể có SIS độc lập và SIS tích hợp.
Vấn đề Bảo mật:
• Cung cấp kiến trúc bảo mật chi tiết với các biện pháp phòng thủ sâu hơn chỉ là mã hóa/tường lửa.
• Biện pháp bảo mật bao gồm quản lý mạng, phân đoạn mạng, sử dụng miền bảo mật Windows, bản vá bảo
mật, kiểm soát đồng bộ thời gian đáng tin cậy, sử dụng phần mềm diệt virus phù hợp và kiểm soát truy cập
qua VPN.
Quản lý Bảo mật:
• Các vấn đề chính liên quan đến quản lý bảo mật bao gồm: Bảo vệ toàn bộ mạng, đặc biệt là hệ thống kiểm
soát và tự động hóa, khỏi việc truy cập chưa được cấp quyền.

20