Hệ thống ₫iều khiển phân tán-Chương 2: Cấu trúc hệ thống pot

Chương 1
Hệ thống
₫iềukhiểnphân tán
8/14/2006
Chương 2: Cấutrúchệ thống
2
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Chương 2: Cấutrúchệ thống
2.1 Cấu trúc cơ bảncủa một HTĐK&GS
2.2 Mô hình phân cấp chức năng
2.3 Các cấu trúc vào/ra
2.4 Các cấu trúc điều khiển
3
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
2.1 Cấutrúccơ bản một HTĐK&GS
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN
ĐO LƯỜNG VÀ TRUYỀN ĐỘNG
I/O
I/O
HỆ THỐNG KỸ THUẬT
Nối qua mạng
Nối thông thường
4
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Các thành phầncơ bản
 Hệ thống máy tính điều khiển: Các hệ thống máy tính

điều khiển chuyên dụng hoặc phổ thông.
 Giao diện quá trình: Giao diện giữa các MTĐK với hệ
thống 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: Các thiết bị bảo vệ và cơ chế thực
hiện chức năng an toàn hệ thống.
5
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
2.2 Mô hình phân cấp chứcnăng
HỆ THỐNG KỸ THUẬT
ĐIỀUKHIỂNGIÁM
SÁT
Giám sát, vận hành, chẩn đoán
Điềukhiểncaocấp, phốihợp
Quảnlýdữ liệu, lập báo cáo
ĐIỀUKHIỂN
Điềukhiển, điềuchỉnh,
Bảovệ, an toàn,
Ghi chép, cảnh giới
CHẤPHÀNH& CẢMBIẾN
Đolường, truyền động
Chấp hành, đóng/cắt
Chuyển đổitínhiệu
ĐIỀUHÀNH

SẢNXUẤT
Điềukhiểncaocấp, phốihợp
Quảnlýdữ liệu, lập báo cáo
Tối ưu hoá sảnxuất
Q. LÝ
CÔNG TY
Tính toán giá thành, lãi suất
Thống kê số liệusảnxuất, kinh doanh,
Xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên
Cấp
trường
Điềukhiển
quá trình
Quảnlý
thông tin
6
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Mục ₫ích phân cấp
 Định nghĩa các cấp theo chức năng, không phụ thuộc
lĩnh vực công nghiệp cụ thể. Mỗi cấp có chức năng và
đặc thù khác nhau
 Với mỗi ngành công nghiệp, lĩnh vực ứng dụng có thể
có các mô hình tương tự với số cấp nhiều hoặc ít hơn
 Ranh giới giữa các cấp không phải bao giờ cũng rõ
ràng.
 Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang
tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ
nhanh nhạy, thời gian phản ứng.
 Càng ở cấp trên quyết định càng quan trọng hơn,

lượng thông tin cần trao đổi và xử lý càng lớn hơn.
 Phân cấp tiện lợi cho công việc thiếtkế hệ thống
7
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
2.3 Cấutrúcvào/ra
I/O: input/outputA: actuator S: sensor
A S
A S
A S
HIỆN TRƯỜNG
MTĐK
I/O
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
A S
A S
A S
a) Vào/ra tích hợp
MTĐK
I/O
4-20mA
0-10V

4-20mA
0-10V

b) Vào/ra kiểu module
Î Nối dây truyềnthống
Vào/ra tập trung (central I/O)
8

Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Vào/ra tập trung: Ưu và nhược ₫iểm
 Công việc nối dây phức tạp, chi phí cho cáp dẫn cao: số
lượng lớn các cáp nối, cấu trúc phức tạp, công thiết kế, lắp
đặt lớn.
 Kém tin cậy: Phương pháp truyền dẫn tín hiệu tương tự giữa
các thiết bị trường và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh hưởng
của nhiễu, gây ra sai số mà không có khả năng phát hiện.
 Kém linh hoạt: Khó mở rộng bởi phải đi lại cáp dẫn, không
thể lựa chọn các module vào/ra của hãng khác.
 Khó chẩn đoán lỗi: Một mặt lỗi do truyền tín hiệu khó phát
hiện ra, mặt khác lỗi do thiết bị rất khócóthể định vị và đưa
ra kết luận chẩn đoán.
 Phù hợp với các hệ thống qui mô nhỏ: Phạm vi địa lý hẹp,
một máy tính điều khiển, số lượng vào/ra không lớn
9
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Vào/ra phân tán (distributed I/O)
S
A
S
A
MTĐK
Compact I/O
S
A
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN

HIỆN TRƯỜNG
S
A
S
A
S
A
Modular I/O
Î Ưu điểm nhiều, song vẫncònnối dây truyềnthống
Còn gọi là vào/ra từ xa (remote I/O)
10
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Vào/ra phân tán vớibus trường chuẩn
 Tiếtkiệm chi phí dây dẫnvàcônglắp đặt: Từ bộđiềukhiển
xuống tới các vào/ra phân tán chỉ cầnmột đường truyền duy
nhất.
 Cấutrúcđơngiản: Thiếtkế và bảotrìhệ thống dễ dàng hơn.
 Tăng độ tin cậycủahệ thống:
–Truyềnkỹ thuậtsố => hạnchế lỗi đượchạnchế
–Nếucólỗitruyềnthôngcũng dễ dàng phát hiệnnhờ các biện pháp
bảotoàndữ liệucủahệ bus.
 Tăng độ linh hoạtcủahệ thống:
–Tự do hơn trong lựachọncácthiếtbị vào/ra
–Tự do hơn trong thiếtkế cấutrúchệ thống.
–Khả năng mở rộng dễ dàng hơn
 Vào/ra phân tán không nhấtthiếtphải đặtgầntạihiệntrường
(chỉ lợidụng ưu điểmcuối cùng)
11
Chương 2: Cấutrúchệ thống

© 2006 - HMS
Thiếtbị thường và thiếtbị bus trường
D
A
D
A
µP
D
A
Sensor
MT điều khiển
Thiết bị thông thường
4-20mA
D
A
BI
µP
BI
Sensor
MT điều khiển
Thiết bị bus trường
Bus trường
bus
interface
12
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Vào/ra trựctiếp vớithiếtbị bus trường
 Cấutrúcđơngiản, dễ thiếtkế và lắp đặt
 Giảm chi phí cáp truyền, các khối vào/ra và các phụ kiện khác

 Giảmkíchthướctủđiềukhiển
 Đưavàovận hành và khả năng chẩn đoán các thiếtbị trường
qua mạng mộtcáchdễ dàng.
 Khả năng tích hợpcácchứcnăng điềukhiểntựđộng xuống
các thiếtbị trường => trí tuệ phân tán (distributed intelligence)
MTĐK
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
S AS AS AS A S AS A
13
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
2.4 Cấutrúc₫iềukhiển
Dây chuyền1
S
A
S
A
Dây chuyền 2
S
A
S
A
Dây chuyền n
S
A
S
A
MTĐK

I/O
MTĐK
I/O
MTĐK
I/O
Điềukhiểncụcbộ/₫iềukhiểnsong song
14
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Điềukhiển song song: ưuvànhược ₫iểm
 Cấutrúccổđiểnnhất
 Thường đượcsử dụng cho các hệ thống có qui mô vừavànhỏ,
đặcbiệttiêubiểu trong các ngành công nghiệpchế tạo, lắpráp
(các dây chuyền song song độclậpvới nhau)
 Các thiếtbịđiềukhiển được đặttạihiệntrường
 Có thể sử dụng kếthợpcấu trúc vào/ra tập trung hoặc vào/ra trực
tiếpvới bus trường.
 Các máy tính điềukhiểnlàmviệc hoàn toàn độclậpvới nhau =>
độ tin cậycao
 Hoàn toàn không có sự phốihợpgiữa chúng để cùng chia sẻ giải
quyết cùng một nhiệmvụ.
 Mộtsố môi trường công nghiệp không cho phép lắp đặtcácthiếtbị
điềukhiểntạihiệntrường.
15
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Điềukhiểntậptrung(centralized control)
Nốidâytruyềnthống
A
Phân đoạn 1

S
A S
A S
Phân đoạn 2
Phân đoạn n
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
MTĐK
I/O
16
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Điềukhiểntậptrung
Sử dụng bus trường
MTĐK
I/O
S
A
I/O
S
A
I/O
S
A
S
A S A
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
17

Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Điềukhiểntậptrung: ưuvànhược ₫iểm
 Độ tin cậythấp: Tập trung chứcnăng điềukhiểnvàxử
lý thông tin tạimột máy tính duy nhất
 Độ linh hoạtthấp: Mở rộng cũng như thay đổimộtphần
trong hệ thống đòi hỏiphảidừng toàn bộ hệ thống.
 Hiệunăng kém: Toàn bộ thông tin đềuphải đưavề
trung tâm, chậmtrễ do thờigiantruyềndẫnvàxử lý tập
trung
 Chỉ phù hợpvớicácứng dụng qui mô nhỏ
18
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Điềukhiểnphântán(distributed control
bus hệ thống
A
Phân đoạn 1
A
A
Phân đoạn 2
Phân đoạn n
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
TRẠM ĐK CỤC BỘ
S
S
S
MTĐK 1

MTĐK 2
MTĐK n
MTGS
MTGS
19
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Điềukhiểnphântán: ưu ₫iểm
 Phân chia chứcnăng điềukhiểnxuống các máy tính điềukhiểntại
các trạmcụcbộ (ở vị tríkhôngxavới quá trình kỹ thuật).
 Điềukhiểnphốihợpgiữacácmáytínhđiềukhiểncóthể diễnra
trựctiếphoặc thông qua các máy tính giám sát trung tâm (MTGS).
 Độ linh hoạtcaohơnhẳnso vớicấutrúctập trung.
 Hiệunăng cũng nhưđộtin cậytổng thể củahệ thống được nâng
cao nhờ sự phân tán chứcnăng xuống các cấpdưới.
 Mở ra các khả năng ứng dụng mới, tích hợptrọnvẹn trong hệ
thống như lậptrìnhcaocấp, điềukhiểntrìnhtự, điềukhiển theo
công thức và ghép nốivớicấp điều hành sảnxuất.
20
Chương 2: Cấutrúchệ thống
© 2006 - HMS
Điềukhiển phân tán sử dụng bus trường
Phân đoạn 1
MTĐK 1
MTGS
MTGS
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
bus hệ thống

TRẠM ĐIỀU KHIỂN
CỤC BỘ
I/O
S
A
bus trường
Phân đoạn 2
MTĐK 2
A
Phân đoạn n
MTĐK n
I/O
S
A
bus trường
bus trường
S