Tổng quan về hệ DCS và relatives

H.X.Prince - Automatic


Tổng quan về hệ DCS và relatives
1 Sơ lược về các hệ ñiều khiển thông thường
Quá trình phát triển của ngành ñiều khiển ñã từng trải qua các thời kì
ñiều khiển tương tự, ñiều khiển tập trung… Thời kì ñiều khiển tương tự là
thời kỳ sơ khai của ngành ñiều khiển. Các bộ ñiều khiển còn mang tính thô
sơ dựa trên các kết cấu cơ khí, công tắc tơ…Tín hiệu ñiều khiển hoàn toàn là
tín hiệu tương tự. Hình thức ñiều khiển chủ yếu là MAN. Vì vậy các hệ ñiều
khiển tương tự chỉ phù hợp với các bài toán ñiều khiển ñơn giản, nhỏ lẻ. ðến
khi xuất hiện các hệ ñiều khiển tập chung thì ngành ñiều khiển ñã thực sự
bước sang một trang mới. Hệ ñiều khiển tập chung bao hàm cả ñiều khiển
tương tự và ñiều khiển số. Trong ñó toàn bộ chức năng xử lý thông tin tập
trung trong một thiết bị ñiều khiển duy nhất ñặt tại trung tâm ñiều khiển.
Tuy nhiên cấu trúc ñiều khiển tập trung cũng chỉ phù hợp với các hệ thống
có quy mô vừa và nhỏ, ñiều khiển các loại máy móc thiết bị không mang
tính chất quá phức tạp. Ngày nay với sự phát triển về quy mô của các nhà
máy nhiều công ñoạn xử lý khác nhau, ñộ phức tạp ngày càng tăng dần thì
các hệ ñiều khiển tập trung không thể ñáp ứng ñược dẫn tới sự ra ñời của các
hệ ñiều khiển khác mạnh hơn.
2 Sơ lược về hệ thống SCADA
Thuật ngữ SCADA là viết tắt của cụm từ Supervisory Control And
Acquisition có nghĩa là hệ thống ñiều khiển giám sát và thu thập dữ liệu,
là tổ hợp của hệ thống ño lường từ xa và hệ thống thu thập dữ liệu, ñược
ứng dụng trong ñiều khiển quá trình, công nghiệp hoá chất, truyền tải ñiện
năng, xử lý nước Nó dựa trên một máy tính xử lý trung tâm (máy chủ).
SCADA thực hiện việc thu thập thông tin thông qua các RTU (remote
terminal unit – thiết bị ñầu cuối từ xa), và ñược xử lý ngay tại RTU hay
PLC, ñồng thời truyền thông tin ñến trung tâm ñiều khiển thông qua các
mạng truyền thông công nghiệp ñể ñưa ra phân tích và ñiều khiển (với

H.X.Prince - Automatic


một số lượng hạn chế các lệnh ñiều khiển ñược ñịnh nghĩa trước) khi cần
thiết và sau ñó hiển thị các thông tin ñó trên màn hình vận hành. Yêu cầu
ñiều khiển sau ñó sẽ ñược ñưa trở lại quá trình sản xuất.
Nói một cách khác SCADA là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc
giám sát và ñiều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ ñiều khiển thông thường. ðể có
thể ñiều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có các hệ thống truy cập,
truyền tải dữ liệu cũng như giao diện người - máy (HMI).
3 Tổng quan về hệ thống DCS
DCS là viết tắt của cụm từ Distributed Control System có nghĩa là hệ
thống ñiều khiển phân tán, là hệ thống ñiều khiển kết hợp sử dụng nhiều
thành phần khác nhau. Hệ thống bao gồm các module phân tán có chức
năng ñiều khiển phân tán ñược liên kết với nhau theo một hệ thống mạng
tuân theo các giao thức truyền thông công nghiệp. Các module này có
chức năng thu thập các tín hiệu ño lường, sử dụng hệ thống Bus trường
với kỹ thuật truyền tin số ñể truyền số liệu lên cấp ñiều khiển giám sát và
ngược lại. Các module này ñồng thời nhận các yêu cầu từ cấp ñiều khiển
giám sát như gửi số liệu quá trình ñể lưu trữ ở trên, ñiều khiển trực tiếp
ñối tượng khi cần và thực hiện các chức năng phân tán trên các công ñoạn
phân tán, các máy tính ñiều khiển. Trạm ñiều khiển trung tâm có nhiệm
vụ ñiều khiển, ra nhiệm vụ cho các phần ñiều khiển riêng biệt, sau ñó chỉ
giám sát quá trình ñó hoặc trực tiếp ñiều khiển một thiết bị hoặc một quá
trình nào ñó. Các công ñoạn sản xuất có thể riêng biệt và cách xa nhau.
Việc giám sát và ñiều khiển ñược thực hiện thông qua các mạng truyền tin
tốc ñộ cao. Mặt khác trong hệ ñiều khiển phân tán các quyền ñiều khiển
cũng ñược phân tán. Mỗi ñối tác tham gia trong mạng có thể thực hiện các
chức năng phân tán khác nhau. Các chức năng phân tán này có thể là tập
hợp của nhiều nhiệm vụ ñiều khiển quá trình sản xuất.

3.1 Kiến trúc chung
H.X.Prince - Automatic


ðiều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (DCS) là một phần không thể
thiếu ñược trong một hệ thống tự ñộng hoá hiện ñại. Từ những năm gần
ñây tiến bộ trong các lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghệ phần
mềm ñã thực sự ñem lại nhiều khả năng mới và những giải pháp mới cho
công nghệ tự ñộng hoá.

Profibus-DP
Svr
AS41x
Ethernet
ISO
MM4
I/O distributed
H.X.Prince - Automatic



Hình 2.1. Hệ DCS với cấu trúc ña tầng
( minh họa bằng các thiết bị của SIEMENS )
Hệ thống DCS ña tầng (Hình 2.1) ñược hiểu với nhiều nghĩa khác nhau
tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng và theo quy trình thời gian. Trọng tâm của việc
xây dựng giải pháp DCS là vấn ñề lựa chọn phần mềm thiết kế giao diện và
tích hợp hệ thống.
Dựa trên nền tảng tự ñộng hóa tích hợp toàn diện, có thể ñánh giá một hệ
thống DCS tối ưu như sau:
Tích hợp theo chiều rộng
Có nghĩa là các phần cứng và phần mềm thông dụng và tiêu chuẩn
trong một dòng sản phẩm sẽ ñược sử dụng ñể hoàn tất toàn bộ dây
chuyền sản xuất, từ khâu sản xuất chính cho ñến các hoạt ñộng phụ trợ,
cho ñến khâu hậu cần ñầu ra.
Tích hợp theo chiều sâu
Ngày nay yêu cầu liên kết công nghệ tự ñộng hoá và công nghệ thông
tin dựa trên các tiêu chuẩn công nghiệp của các nhà sản xuất trên thế giới

ñòi hỏi kênh thông tin ñồng nhất và “trong suốt” trong toàn bộ mạng lưới
thông tin và tự ñộng hoá của nhà máy. Hệ thống DCS modul hoá và tiêu
chuẩn hoá hỗ trợ tích hợp hoàn toàn quá trình sản xuất với các hệ thống
quản trị kinh doanh – còn gọi là ERP (Hệ thống quản lý nguồn tài nguyên
doanh nghiệp), hệ thống quản lý sản xuất (MES), hay tích hợp với cấp
thiết bị ñiều khiển và thiết bị trường ñể nâng cao hiệu suất, tối ưu hoá và
tính mềm dẻo.
Lợi ích của khách hàng
H.X.Prince - Automatic


Giảm chi phí từ việc sử dụng các phần cứng thông dụng, có thể dùng
thay thế lẫn nhau, dẫn ñến giảm chi phí cho vật tư dự phòng, giảm chi phí
trong khâu hậu cần và ñào tạo.


3.2 Kiến trúc phần cứng

Hình 2.2. Kiến trúc phần cứng hệ thống DCS.
Từ sơ ñồ trên ta thấy về cơ bản cấu trúc phần cứng ñược phân làm ba cấp:
Cấp ñiều khiển giám sát
Máy tính chủ là PC công nghiệp ñóng vai trò là các trạm thiết kế EWS
(Engineering Work Station), trạm giao diện người máy HMI (Human
machine Interface), ñược ñặt tại phòng ñiều khiển trung tâm. Bus truyền tin
là mạng Ethernet công nghiệp (Industrial Ethernet ISO).
H.X.Prince - Automatic


- Trạm giao diện người máy (HMI): làm nhiệm vụ theo dõi, giám sát quá
trình sản xuất, cảnh báo bảo vệ.

- Trạm thiết kế kỹ thuật (EWS): làm nhiện vụ lập lịch sản xuất, lựa chọn
phương án sản xuất, ñiều hành kế hoạch sản xuất, quản lý các vấn ñề tối
ưu về kinh tế, kỹ thuật, báo cáo.
- Ngoài hai trạm HMI và EWS còn có thể có thêm các trạm bảo trì
(Maintenance Station), trạm ứng dụng (Application Station).
Cấp ñiều khiển hiện trường - FCS (Field Control Station)
Nó thể là các PC hay PLC ñược ñặt tại phòng ñiều khiển cục bộ gần với
quá trình sản xuất có nhiệm vụ ñiều khiển các thiết bị sản xuất, công ñoạn sản
xuất thông qua Bus trường. Các mạch vòng ñiều khiển PI, PID nằm tại cấp
này. Cấp ñiều khiển hiện trường có nhiệm vụ ñảm bảo chất lượng của quá
trình sản xuất, phục tùng sự ra lệnh của trạm thiết kế kỹ thuật.
Cấp chấp hành: Bao gồm các van, ñộng cơ, các bộ cảm biến ñược ñặt tại
quá trình kỹ thuật. Chức năng chính của cấp chấp hành là ño lường dẫn ñộng
và chuyển ñổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết rồi truyền lên cấp ñiều
khiển, ñồng thời phục tùng sự ra lệnh của cấp ñiều khiển.
3.3 Kiến trúc phần mềm
- Cơ sở dữ liệu ñược tổ chức theo kiểu phân tán.
- Các thông số giám sát ñược hiển thị dưới dạng giá trị tức thời, truy xuất tới
từng thông số của từng thiết bị.
- Ngôn ngữ lập trình cho phép thiết kế hướng ñối tượng.
- Cung cấp sẵn một môi trường ñể tạo và liên kết các ñối tượng:
+ Tự ñộng ñặt ñịa chỉ.
+ Tự nhận biết cấu hình vào ra.
H.X.Prince - Automatic


+ Thay ñổi chương trình trực tuyến.
- Tự ñộng khởi ñộng lại và phục hồi trạng thái sau sự cố.
3.4 Các giao thức truyền thông công nghiệp
a) Kiến trúc giao thức

Giao thức là gì?
Bất cứ sự giao tiếp nào cũng cần một ngôn ngữ chung cho các ñối tác. Trong
kỹ thuật truyền thông, bên cung cấp dịch vụ cũng như bên sử dụng dịch vụ ñều
phải tuân thủ theo các quy tắc, thủ tục cho việc giao tiếp, gọi là giao thức. Giao
thức chính là cơ sở cho việc thực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền thông.
Mô hình lớp
ðể trao ñổi dữ liệu giữa hai thiết bị, các thủ tục, giao thức cần thiết có thể
tương ñối phức tạp. Rõ ràng ñiều cần thiết ở ñây là sự cộng tác của hai ñối tác
truyền thông trên một mức trừu tượng cao. Thay vì phải thực hiện tất cả các
bước cần thiết trong một modul duy nhất, có thể chia nhỏ thành các phần việc
ñể thực hiện ñộc lập. Trong mô hình lớp, các phần việc ñược xắp xếp theo
chiều dọc thành từng lớp, tương ứng với các lớp dịch vụ và các lớp giao thức
khác nhau, mỗi lớp giải qu?yết một nhiệm vụ rõ ràng phục vụ việc truyền
thông. Một dịch vụ ở lớp trên sử dụng dịch vụ ở lớp dưới ngay kề nó.
ðể thực hiện một nhiệm vụ truyền thông, mỗi bức ñiện ñược sử lý qua nhiều
lớp trên cơ sở các giao thức quy ñịnh, gọi là sử lý giao thức theo mô hình lớp. Mỗi
lớp ở ñây có thể thuộc chức năng của phần cứng hoặc phần mềm. Càng ở lớp cao
hơn thì phần mềm càng chiếm vai trò quan trọng, trong khi việc sử lý giao thức ở
các lớp dưới thường ñược các vi mạch ñiện tử trực tiếp thực hiện.
• Cơ chế sử lý dữ liệu theo mô hình lớp: ðứng từ bên gửi thông tin, qua mỗi
lớp từ trên xuống dưới, một số thông tin bổ trợ lại ñược gắn thêm vào phần dữ liệu
do lớp trên ñưa xuống gọi là ñầu giao thức ( protocol header ). Bên cạnh ñó thông
H.X.Prince - Automatic


tin cần truyền ñi có thể ñược chia thành nhiều bức ñiện có ñánh số thứ tự hoặc một
bức ñiện có thể tổng hợp từ nhiều nguồn tin khác nhau.
Một quá trình ngược lại sẽ diễn ra bên nhận thông tin. Các phần header
sẽ ñược các lớp tương ứng ñọc, phân tích và tách ra trước khi gửi lên lớp trên.
Các bức ñiện mang một nguồn thông tin sẽ ñược tổng hợp lại hoặc các bức

ñiện mang nhiều nguồn thông tin khác nhau sẽ ñược phân chia tương ứng.
ðến lớp trên cùng thông tin nguồn ñược tái tạo.

Mô hình quy chiếu OSI
Trên thực tế khó có thể xây dựng một mô hình chi tiết thống nhất về
chuẩn giao thức và dịch vụ cho tất cả các hệ thống truyền thông, nhất là khi
các hệ thống rất ña dạng và tồn tại ñộc lập. Chính vì vậy năm 1983 tổ chức
chuẩn hoá quốc tế ISO ñã ñưa ra chuẩn ISO 7498 với mô hình quy chiếu OSI
(Open System Interconnection – Reference Model), nhằm hỗ trợ xây dựng
các hệ thống truyền thông có khả năng tương tác. Theo mô hình này chức
năng hay dịch vụ của một hệ thống truyền thông ñược chia thành bảy lớp.
Bên gửi Bên nhận







7
6
5
4
3
2
Chương trình ứng
d
ụng

7

6
5
4
3
2
Chương trình ứng
d
ụng

1 1
Môi trường truyền thông


H.X.Prince - Automatic


Hình 2.3 Mô hình quy chiếu ISO/OSI
Trong ñó:
Lớp 7: Lớp ứng dụng, có chức năng cung cấp các dịch vụ cao cấp (trên cơ
sở các giao thức cao cấp) cho người sử dụng và các chương trình ứng dụng.
Lớp 6: Lớp biểu diễn dữ liệu, có chức năng chuyển ñổi các dạng biểu diễn
dữ liệu khác nhau về cú pháp thành một dạng chuẩn, nhằm tạo ñiều kiện cho
các ñối tác truyền thông có thể hiểu ñược nhau mặc dù chúng sử dụng các
kiểu dữ liệu khác nhau.
Lớp 5: Lớp kiểm soát nối, bao gồm các nhiệm vụ tạo lập, quản lý và kết
thúc các ñường nối giữa các ứng dụng ñối tác.
Lớp 4: Lớp vận chuyển, cung cấp các dịch vụ cho việc thực hiện vận
chưyển dữ liệu giữa các chương trình ứng dụng một cách tin cậy, bao gồm cả
trách nhiệm khắc phục lỗi và ñều khiển lưu thông.
Lớp 3: Lớp mạng, có trách nhiệm tìm ñường ñi tối ưu cho việc vận chuyển dữ

liệu, giải phóng sự phụ thuộc của các lớp bên trên vào phương thức chuyển giao
dữ liệu và công nghệ chuyển mạch dùng ñể kết nối các hệ thống khác nhau.
Lớp 2: Lớp liên kết dữ liệu, có trách nhiệm truyền dẫn dữ liệu một cách tin
cậy thông qua mối liên kết vật lý, trong ñó bao gồm việc ñiều khiển truy nhập
môi trường truyền dẫn và bảo toàn dữ liệu.
Lớp 1: Lớp vật lý, ñảm nhận toàn bộ công việc truyền dẫn dữ liệu bằng
phương tiện vật lý.
Kiến trúc giao thức TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), dùng ñể
chỉ cả một tập giao thức và dịch vụ truyền thông ñược công nhận thành
chuẩn cho Internet. Cho tới nay TCP/IP ñã xâm nhập tới rất nhiều phạm
H.X.Prince - Automatic


vi ứng dụng khác nhau, trong ñó có các mạng máy tính cục bộ và mạng
truyền thông công nghiệp. Dựa theo các chuẩn giao thức ñã phát triển, ta
có thể xắp xếp các chức năng truyền thông cho TCP/IP thành năm lớp ñộc
lập là lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp Internet, lớp truy nhập mạng và
lớp vật lý. Kiến trúc giao thức TCP/IP ñối chiếu với mô hình OSI ñược
minh hoạ trên hình 2.4.

OSI TCP/IP

Hình 2.4 So sánh TCP/IP với OSI
• Lớp ứng dụng thực hiện các chức năng hỗ trợ cần thiết cho nhiều ứng
dụng khác nhau.Với mỗi loại ứng dụng cần một modul riêng biệt, ví dụ:
 FTP (File Transfer Protocol): Cho chuyển giao file.
 TELNET: Cho làm việc với trạm chủ từ xa.
Lớp ứng dụng
Lớp biểu diễn dữ liệu
Lớp kiểm soát nối
Lớp vận chuyển
Lớp mạng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lí
Lớp vật lí
Lớp ứng dụng
TELNET FTP
SNMP SMTP
DNS
Lớp vận chuyển
TCP UDP
Lớp mạng
ICMP

IP

ARP

RARP
Lớp truy nhập mạng

H.X.Prince - Automatic

 SMTP (Simple Network Management Protocol): Cho chuyển thư ñiện
tử.
 DNS (Doman Name Service): Phục vụ tra cứu danh sách tên và ñịa chỉ Internet
• Lớp vận chuyển: ðảm bảo dữ liệu ñược vận chuyển một cách tin cậy
hoàn toàn không phụ thuộc vào ñặc tính của các ứng dụng sử dụng dữ liệu.
TCP là giao thức tiêu biểu nhất phục vụ việc thực hiện chức năng nói
trên.TCP hỗ trợ việc trao ñổi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối. Bên cạnh TCP,
giao thức UDP (User Data Protocol ) cũng ñược sử dụng cho lớp vận chuyển.
DUP cung cấp dịch vụ không có nối, cho việc gửi dữ liệu mà không ñảm bảo
tuyệt ñối ñến ñích, không ñảm bảo trình tự ñến ñích của gói dữ liệu. Tuy
nhiên , UDP ñơn giản và hiệu suất.
• Lớp Internet, tương tự như lớp mạng ở OSI lớp Internet có chức năng
chuyển giao dữ liệu giữa nhiều mạng ñược liên kết với nhau. Giao thức IP
ñược sử dụng ở chính lớp này.
• Lớp truy nhập mạng có chức năng kiểm soát truy nhập môi trường
truyền dẫn, kiểm lỗi và lưu thông dữ liệu. Giống lớp liên kết dữ liệu trong
OSI
• Lớp vật lý: giống như trong mô hình OSI.
So sánh giữa TCP/IP và OSI là một ví dụ làm sáng tỏ bản chất và
?
nghĩa thưc
sự của mô hình quy chiếu OSI. Trong thực tế không có một giao thức nào
ñược gọi là giao thức OSI, cũng không có dịch vụ nào gọi là dịch vụ OSI. Ta
chỉ có thể sắp xếp giao thức nào, dịch vụ nào thuộc lớp nào hay tương ñương
với lớp nào trong mô hình quy chiếu này.
b) Các giao thức thường dùng trong công nghiệp.
PROFIBUS
PROFIBUS là viết tắt của Process Field Bus, là một tiêu chuẩn mạng

trường ñược phát triển ñầu tiên tại ðức năm 1987, sau này trở thành tiêu
H.X.Prince - Automatic


chuẩn châu Âu EN 50 170 vào năm 1996 và trở thành tiêu chuẩn quốc tế IEC
61158 vào ñầu năm 2000. PROFIBUS là một chuẩn mạng trường dùng ñể
truyền dữ liệu ở cấp ñiều khiển với cấp chấp hành và ngược lại, với khả năng
truyền dữ liệu với tốc ñộ thấp và trung bình. Về mặt vật lý, nó là mạng dùng
dây dẫn ñồng xoắn có bọc kim hoặc dùng dây cáp quang hoặc cũng có thể là
mạng không dây dùng truyền dẫn bằng hồng ngoại.
Kỹ thuật truy cập cơ bản của PROFIBUS là Master/Slave. Tuy nhiên
trong trường hợp có nhiều Master trong một mạng, quyền ñiều hành sẽ ñược
luân chuyển lần lượt từ trạm Master này sang trạm Master khác nhờ kỹ thuật
Token Passing. Trong trường hợp này các trạm chủ luân phiên nhau hoạt
ñộng và thực sự nắm quyền ñiều khiển các trạm tớ của mình trong thời gian
token.
Có ba dạng PROFIBUS chuẩn là:
- PROFIBUS -DP.
- PROFIBUS -FMS.
- PROFIBUS -PA.
 PROFIBUS -DP: Với các phát triển mới gần ñây, PROFIBUS –DP
(Distributed Process) ñược coi là kỹ thuật truyền thông duy nhất trong công nghệ
PROFIBUS. PROFIBUS –DP ñược phát triển nhằm ñáp ứng các yêu cầu cao về
tính năng thời gian trong trao ñổi dữ liệu dưới cấp trường. Việc trao ñổi dữ liệu ở
ñây chủ yếu ñược thực hiện tuần hoàn theo cơ chế chủ/tớ. Các dịch vụ truyền
thông cần thiết ñược ñịnh nghĩa qua các chức năng DP cơ sở theo chuẩn EN 50
170. Bên cạnh ñó, DP còn hỗ trợ các dịch vụ truyền thông không tuần hoàn,
phục vụ tham số hoá, vận hành và chuẩn ñoán các thiết bị trường thông minh
 PROFIBUS –PA: (Process Automation) là một thể loại Bus trường
thích hợp cho các hệ thống ñiều khiển trong các ngành công nghiệp chế biến,

ñặc biệt trong hoá chất và hoá dầu thích hợp sử dụng trong các nguy hại dễ
H.X.Prince - Automatic


cháy nổ. Thực chất PROFIBUS –PA là sự mở rộng của PROFIBUS –DP với
kỹ thuật truyền dẫn MPB theo IEC 1158-2 cũ và một số quy ñịnh chuyên biệt
(profile) về thông số và ñặc tính cho các thiết bị trường. Các quy ñịnh chuyên
biệt này tạo ñiều kiện cho khả năng tương tác và thay thế lẫn nhau giữa các
thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau. Xét về mặt kỹ thuật PROFIBUS –
PA không những hoàn toàn có thể thay thế các phương pháp truyền tín hiệu với
4-20 mA hoặc HART mà còn ñem lại nhiều ưu thế của một hệ thống Bus
trường.
 PROFIBUS -FMS.: cho phép thực hiện các hoạt ñộng giao tiếp
hướng ñối tượng theo cơ chế client/server . Do không ñược chuẩn hoá trong
IEC 61158 vì thế vai trò của nó cũng mờ nhạt dần trong các phát triển tiếp
theo.
Modbus
Là một giao thức do hãng Modicon (Sau này thuộc AEG và Scthneider
Automation) phát triển. Theo mô hình IOS/OSI thì Modbus thực chất là một
chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, vì vậy có thể ñược thực hiện trên
các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP. Modbus ñịnh nghĩa một tập hợp
rộng các dịch vụ phục vụ trao ñổi dữ liệu quá trình, dữ liệu ñiều khiển và dữ liệu
chuẩn ñoán. Modbus hay ñược sử dụng trên các ñường truyền RS-232 ghép nối
giữa các thiết bị ñầu cuối (PLC, PC, RTU) với các thiết bị truyền dữ liệu
(Modem).
Các cổng Modbus chuẩn trên các bộ ñiều khiển của Modicon cũng như
một số nhà sản xuất khác sử dụng dao diện nối tiếp RS-232. Các bộ ñiều
khiển này có thể ñược nối mạng trực tiếp hoặc qua modem. Các trạm Modbus
giao tiếp với nhau qua cơ chế chủ/tớ.
DeviceNet

Là một hệ thống bus ñược hãng Allen- Bradlay phát triển dựa trên cơ sở
của CAN dùng ñể nối mạng cho các thiết bị ñơn giản ở cấp chấp hành.
H.X.Prince - Automatic


HART (Highway Addressable Remote Transducer)
Là một kiểu bus trường thông minh ñiển hình. Nó có thể hoạt ñộng theo
kiểu số lai 4-20mA, ñược hãng Honeywell ứng dụng rộng rãi cho các thiết bị
trường thông minh của mình
.
Giao thức HART xây dựng dựa trên nguyên tắc
phát huy tính ưu việt của tín hiệu dòng 4-20mA ñồng thời cho phép giao tiếp
tín hiệu số hai chiều mà không làm ảnh hưởng ñến tính năng ño lường của tín
hiệu 4-20mA. HART là giao thức truyền thông dạng chủ/tớ.
4. So sánh hệ thống DCS và hệ thống SCADA
4.1 Tổ chức phần cứng
Khả năng quản lý số lượng I/O, số vòng ñiều khiển của DCS là lớn
hơn hẳn so với SCADA. Khả năng dự phòng ở cấp ñiều khiển hiện trường
của DCS là mạnh hơn hẳn so với SCADA. ở DCS thì phân biệt rõ ràng giữa
phạm vi sử dụng của Bus trường và Bus ñiều khiển, còn ñối với SCADA ña
số sử dụng nhiều là hình thức 4 –20mA. Các thiết bị trường ở hệ DCS là
thiết bị trường thông minh nên hệ thống DCS ñồng bộ và hoạt ñộng tốt, còn
ở SCADA thì có thể không. Chức năng các trạm thiết kế, vận hành ở hệ
DCS ñược phân biệt rõ ràng còn SCADA thì không.
4.2 Tổ chức phần mềm
DCS cung cấp sẵn một môi trường ñể tạo và liên kết các ñối tượng
một cách rõ ràng trong khi ñó SCADA còn tuỳ vào từng trường hợp. ở
DCS khi một ñối tượng ñã thiết kế hoàn chỉnh thì ngoài việc hiển thị ñược
các thông số giám sát thì việc ñiều khiển bao giờ cũng thông qua các giao
diện thao tác (faceplate) cho phép ñiều khiển thông qua ba hình thức: bằng

tay tại chỗ, bằng tay từ máy tính hoặc tự ñộng. Và khi giám sát thì thể hiện
ñược giá trị tức thời trên giao diện quá trình và các cảnh báo. ðối với
SCADA thì hầu hết chỉ hiển thị giám sát và việc ñiều khiển ñối tượng là ở
người thiết kế tự lập theo yêu cầu hoặc tiêu chí nào ñó. ở DCS do có các hệ
H.X.Prince - Automatic


thống Bus xuất hiện kèm các giao thức, các phần mềm chuẩn, tốc ñộ xử lý
cao của CPU nên tính thời gian thực ñược ñảm bảo hơn.
Như vậy hệ DCS mạnh hơn SCADA về nhiều mặt do vậy ñược ứng
dụng cho các hệ thống lớn, còn SCADA thì ứng dụng cho các hệ thống nhỏ
hơn.
5. Giới thiệu về một số tập ñoàn cung cấp hệ thống DCS
5.1 SIEMENS
SIEMENS là một trong những tập ñoàn kỹ thuật ñiện và ñiện tử lớn nhất
thế giới, có trụ sở ở Berlin và Munich. SIEMENS ra ñời vào năm 1847. Trong
suốt 150 năm qua, SIEMENS hoạt ñộng tích cực trong lĩnh vực công nghệ
truyền thông, tự ñộng hoá và ñiều khiển, năng lượng, vận tải, cơ khí
Trong lĩnh vực tự ñộng hoá, SIEMENS là nhà cung cấp hàng ñầu trên thế
giới các thiết bị tự ñộng hoá như PLC, biến tần, các loại cảm biến các hệ
DCS, SCADA. ðặc biệt sự ra ñời của hệ thống ñiều khiển phân tán PCS7 là
một hệ DCS hiện ñại áp dụng những công nghệ mới nhất về tự ñộng hoá cũng
như công nghệ thông tin, ñem ñến nhiều lợi ích cho khách hàng.
SIMATIC PCS7 (Process Control System) là một hệ thống ñiều khiển quá
trình tiêu biểu cho khái niệm tự ñộng hoá tích hợp tổng thể TIA (Totally
Intergrated Automation) PCS7 dựa trên các sản phẩm phần cứng và phần
mềm từ họ SIMATIC, cộng với việc quản lí dữ liệu thống nhất, khả năng
truyền thông theo các chuẩn quốc tế và cấu hình hệ thống ñơn giản theo khái
niệm TIA khiến cho PCS7 trở thành giải pháp có tính mở hướng tương lai và
cạnh tranh cao trong các lĩnh vực như công nghiệp quá trình (Xi măng, lọc

dầu ) công nghiệp chế tạo và công nghiệp lai (tổ hợp của các quá trình liên
tục, mẻ và rời rạc, ví dụ : công nghiệp dược phẩm, thuỷ tinh ).
PCS7 ñược tối ưu hoá cho việc tích hợp các thiết bị trường phân tán vào
hệ thống ñiều khiển quá trình dựa trên công nghệ Profilebus. Nhờ việc kết nối
H.X.Prince - Automatic


cấp ñiều khiển với thế giới IT phía trên toàn bộ dữ liệu quá trình luôn so sánh
cho việc tính toán lên kế hoạch, ñiều phối và tối ưu hoá các hoạt ñộng quá
trình sản xuất và quá trình giao dịch thương mại, thậm chí khi nhà máy và khu
vực văn phòng có sự cách xa nhau về mặt ñịa lý.
Hệ PCS7 có thiết kế mở dựa trên kiến trúc modul công nghiệp hiện ñại
của SIMATIC. Việc thực hiện nhất quán các chuẩn công nghiệp, các tính
năng tự ñộng quá trình và khả năng thực thi rất cao cả phần cứng và phần
mềm. Vì vậy với PCS7 người sử dụng sẽ ñơn giản trong việc thực hiện và
ñiều hành ở tất cả các giai ñoạn: lập kế hoạch, thiết kế, lắp ñặt, vận hành thử,
ñào tạo, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa, mở rộng và nâng cấp. Trong các quá
trình PCS7 là sự thống nhất của việc thực thi cao và chuẩn xác của sự hoạt
ñộng ñơn giản và an toàn và sự thuận tiện tối ña.

5.2 Rockwell.
Rockwell có trụ sở tại Milwaukee, Wis, Hoa Kì. Công ty có khoảng
20.000 nhân lực phục vụ khách hàng ở hơn 80 quốc gia trên thế giới. Rockwell
là nhà cung cấp hàng ñầu thế giới về những giải pháp tự ñộng hoá, ñiều khiển
và thông tin, giúp các nhà sản xuất thuận lợi cạnh tranh trong kinh doanh
Trong lĩnh vực tự ñộng hoá, bộ ñiều khiển Allen Bradley Micro Logix
1100 của Rockwell automation mang lại cho người sử dụng hiệu quả về kinh
tế. Với khả năng biên soạn trực tuyến linh hoạt, nó giúp cho người sử dụng
chỉnh sửa chương trình mà không làm gián ñoạn hoạt ñộng. Một cổng truyền
thông EtherNet/IP nhúng giúp người sử dụng dễ dàng chia sẻ dữ liệu qua một

cơ sở sản xuất mà không tốn thời gian và chi phí ñể mắc dây mạng. Ngoài ra
máy chủ EthernetWeb cho phép người sử dụng truy cập từ xa ñể ñiều khiển
thông tin tối ưu hoá hiệu quả sản xuất bằng cách chia sẻ dữ liệu thời gian thực
trên sàn máy với các ñối tác OEM hay các kĩ sư bảo dưỡng từ xa.
H.X.Prince - Automatic


Phần mềm lập trình Rockwell software RS Logix500 với Phase Manager
kết nối những ứng dụng quá trình và ứng dụng rời rạc bằng cách tạo ra một
khung chuẩn hoá cho Logic trạng thái pha bằng cách cung cấp sự tích hợp giữa
bộ ñiều khiển Control Logix và phần mềm RSBiz Ware Batch kéo hoặc ñẩy
cấu hình pha qua bộ ñiều khiển Control Logix, ñơn giản hoá thủ tục tạo nhóm,
khi là một bộ phận của cấu trúc tích hợp Rockwell automation Phase Manager
sẽ phá vỡ rào cản ngôn ngữ và giao thức giữa ứng dụng quá trình và rời rạc
bằng cách cung cấp modul ñèn trạng thái chuẩn cho các ñiều khiển máy móc.

5.3 ABB
ABB là một trong những tập ñoàn tiên phong trong công nghiệp năng
lượng và tự ñộng hoá có trụ sở tại Thụy ðiển. ABB hiện ñang có mặt trên
hàng trăm quốc gia với số lượng nhân viên khoảng 120 nghìn người.
ABB mang ñến cho khách hàng sự toàn diện về chuyên môn kĩ thuật các
sản phẩm và dịch vụ trong ngành khai thác mỏ ngầm và lộ thiên, chế biến
khoáng sản cũng như ngành công nghiệp thép và luyện kim màu. ABB cung cấp
các hệ thống tích hợp toàn diện về ñiều khiển công nghệ, hệ thống tối ưu hoá sản
xuất và quản lí thông tin nhà máy, hệ thống truyền ñộng trung và hạ áp, các thiết
bị phân phối ñiện cũng như các dịch vụ và hỗ trợ sản xuất công nghiệp.
Trong lĩnh vực tự ñộng hoá, ABB là nhà cung cấp các thiết bị về ño
lường tự ñộng hoá như biến tần, bộ ñiều khiển, bộ ñịnh thời, bộ chuyển ñổi,
cảm biến, dây truyền tự ñộng hoá các loại…Trong ñó phải kể ñến
System800xA. System800xA là sự ñóng góp mới nhất trong hơn 20 năm qua

ñối với khách hàng sử dụng DCS của ABB.
Với System800xA khách hàng có khả năng mở rộng phạm vi tự ñộng
hoá của hệ thống hiện tại ñể nhận ñược những cấp ñộ năng xuất hoàn toàn
mới mang lại ñộ linh hoạt cao. Hệ System800xA hỗ trợ tất cả về nền tảng hệ
thống, các ứng dụng và dịch vụ chuyên nghiệp cho các yêu cầu về vấn ñề
quản lí và ñiều hành tổng thể nhà máy, truyền tin và tác nghiệp trên phạm vi
H.X.Prince - Automatic


toàn nhà máy sẽ cùng ñược thực hiện thông suốt từ hiện trường lên cấp nhà
máy dựa vào công nghiệp ánh xạ ñối tượng trên môi trường IT công nghiệp.
Các chức năng mạnh ñược tích hợp sẵn trong System800xA bao gồm các
trạm vận hành trạm kĩ thuật và chức năng quản lí thông tin, quản lí mẻ, chức
năng tối ưu hoá tài sản doanh nghiệp, ñiều khiển và quản lí vào ra I/O, khả
năng tích hợp công nghệ trường với công nghệ Profilebus và nhiều chức năng
khác.

5.4 Honeywell
Honeywell có trụ sở ở Morris Township, New York, với 25 nhà máy trên
toàn thế giới, có văn phòng ñại diện ở 100 quốc gia với số lượng nhân viên
trên 10.000 người. Thành lập từ năn 1885, Honeywell International là tập
ñoàn dẫn ñầu thế giới trong ngành sản xuất và các giải pháp công nghệ tự
ñộng hoá, với tổng số vốn hơn 30 tỉ USD. Honeywell kinh doanh các nguyên
vật liệu chuyên biệt phục vụ khách hàng toàn cầu về các sản phẩm và dịch vụ
hàng không, các công nghệ quản lí cao ốc và các giải pháp tự ñộng hỗ trợ cho
ngành công nghiệp. Honeywell ñã có bề dày nghiên cứu và phát triển những
giải pháp tự ñộng hoá trong việc quản lí các toà nhà.
Honeywell process solution là một phần của Honeywell’s Automation
and control solution hiện ñang dẫn ñầu thế giới trong việc cung cấp các giải
pháp cho sản phẩm và dịch vụ, giúp cải thiện hiệu quả, hỗ trợ hiệu lệnh ñiều

tiết và ñảm bảo môi trường sống an toàn.






H.X.Prince - Automatic


Bảng 2.1 thống kê top 50 nhà cung cấp thiết bị quá trình và ñiều khiển:
(Sắp xếp theo doanh thu của các hãng trên thị trường bắc Mĩ và trên toàn cầu)
TT

Tên công ty Bắc Mĩ

Toàn cầu
1 Honeywell Process Solutions 1.875

43.000

2 ABB 1.420

11.030

3 SIEMENS Energy & Automation 757

7.633

4 Emerson Process Management 2.500

5.700

5 Schnedier Electric 822

3.677

6 Invensys 1.347

3.454

7 Omron 112

2.237

8 Yokogawa Electric 145

1.923

9 Danaher/Viridor - GLI, Thomson,
Raytek
1.280

1.865

10 Endress+Hauser 131

976

11 Rockwell Automation 707

949

12 GE Infrastructure 495

905

13 Yakatake 38

756

14 Spectris 156

651

15 ThermoElectron 378

633

16 MKS Instruments 328

555

17 Metso Automation 154

535

18 National Instruments 244

514

19 Flowserve 184

463

20 Dresser Industrial 147

343

21 Ametek 191

340

22 Krohne 19

275

23 Horiba 26

260

24 Burkert 20

250

25 Aspen Technology 120

210

26 Tyco 100

200

27 Roper Industries 84

185

28 Teledyne Instruments 84

158

29 Pepperl+Fuchs 22

146

30 MTL Instruments Group, plc 54

132

31 Mettler-Toledo 37

105

32 MTS 47

93

33 Bristol Babcock 60

80

34 MSA 50

80

35 Ohmart-Vega 34

74

36 Magnetrol 35

70

37 OSIsoft 45

69

38 ICS Triplex 18

66

39 Microwave Data Systems 43

56

40 Prime Measurment Products (prev.
Barton)
26

53

H.X.Prince - Automatic


41 Iconics 30

47

42 Matrikon/Hunter Controls 26

42

43 Badger Meter 30

40

44 FMC 24

40

45 Crane Controls 34

39

46 Cashco 25

30

47 Controlotron 17

21

48 Pyromation 19

20

49 Racine Federated/Preso, Dynasonics,
Flotech
14

19

50 Opto 22 12

15

Sum

Tổng cộng
14.523

52.259

Top 50 nhà cung cấp thiết bị ñiều khiển quá trình phản ánh một thị
trường cạnh tranh và tập chung trên toàn thế giới, sản phẩm tin cậy và có chất
lượng cao hơn, dịch vụ chu ñáo hơn với người sử dụng.