đồ án công nghệ thông tin Nghiên cứu hệ điều khiển CENTUM CS3000 và ứng dụng trong công đoạn trộn bột nhà máy xeo Công ty giấy Bãi Bằng

lời nói đầu
Ngày nay trên thế giới, sự phát triển không ngừng của công nghệ chế tạo thiết bị
tự động hoá và những thành tựu trong kỹ thuật vi mạch, công nghệ thông tin đã cho
phép các chuyên gia tích hợp hệ thống có các giải pháp kỹ thuật linh hoạt, tối ưu, an
toàn và hoàn toàn tự động hoá. Người sử dụng có khả năng điều hành, quan sát và
quản lý toàn bộ dây chuyền sản xuất trong nhà máy bằng các thiết bị gọn nhẹ, làm
việc thông minh và có độ tin cậy cao. Mét trong các giải pháp kỹ thuật hiện đại nhất để
tích hợp hệ thống là tích hợp các mạng công nghiệp (Industrial Network). Mạng công
nghiệp của các hãng tự động hoá hàng đầu trên thế giới đều được tích hợp theo chuẩn
ISO. Điều đó có nghĩa là các thiết bị trong mạng không chỉ riêng của một hãng chế tạo
mà còn là thiết bị của hãng khác có thể tích hợp thành một mạng hoàn chỉnh. Do vậy
sẽ đạt được một kết quả tốt nhất về kỹ thuật và kinh tế.
Việc trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hoá với các thiết bị phân tán
được thông qua các mạng thông tin công nghiệp chuẩn. Với ứng dụng của mạng thông
tin trong nhiều lĩnh vực của các nghành công nghiệp khác nhau đã chứng minh công
nghệ này đạt được độ tin cậy cao.
Mạng công nghiệp trong những năm gần đây đã được sử dụng trong nhiều lĩnh
vực như hàng không, dầu khí, điện năng, chế biến thực phẩm, công nghiệp sản xuất xi
măng, công nghiệp giấy, công nghiệp khai thác mỏ Những hãng công nghiệp chế tạo
thiết bị tự động hoá, mà giải pháp kỹ thuật của họ được định hướng như trên là ABB,
Honeywell, Siemens và Yokogawa.
Ở Việt Nam mạng công nghiệp cũng được sử dụng trong nhiều nhà máy nh: Phả
Lại, Lâm Thao, Bãi Bằng ,… Do đó, để có được các định hướng theo hướng phát
triển mới, trong đề tài tốt nghiệp của mình em tập chung nghiên cứu ứng dụng
Centum CS3000.
Trong phạm vi của đề tài, chúng em đã thực hiện những nội dung sau:
Phần 1: Nghiên cứu hệ thống điều khiển phân tán CENTUM CS3000: Đề cập
đến các vấn đề cơ bản của mạng truyền thông và thông tin công nghiệp, đưa ra mô
hình phân cấp, các thiết bị phần cứng, chức năng liên kết mạng trong hệ thống, đồng
thời còn đưa ra quá trình tạo một dự án mới.
Phần 2: Phần xây dựng hệ thống điều khiển CENTUM CS3000 cho công đoạn

trộn bột cho nhà máy xeo, nhà máy giấy Bãi Bằng: Đưa ra được thực trạng của nhà
máy và quá trình xây dựng hệ điều khiển cho công đoạn này, bao gồm cả chọn thiết bị
phần cứng và các điểm đo lường điều khiển
1
PHẦN 1
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CENTUM CS3000
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN.
Hệ thống Truyền thông thông tin công nghiệp thực chất là một quá trình trao đổi
thông tin giữa hai thiết bị với nhau theo kiểu truyền thông được quy định trước, được
gọi là các đối tác truyền thông. Đối tác này có thể điều khiển hoặc quan sát các trạng
thái của đối tác kia có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau.
Đối tác truyền thông thực chất là các thiết bị có khả năng tham gia vào quá trình
truyền thông. Các đối tác truyền thông có thể cùng nằm trong một thiết bị, ví dụ nh các
CPU, các module, là các thiết bị có khả năng tham gia vào quá trình truyền thông.
Trạm là thiết bị (nh các hệ thống tự động hoá, thiết bị lập trình, panel điều hành
OP, các thiết bị ngoại vi khác) được ghép nối vào một hay nhiều mạng con
(Subnetwork ).
Mạng con (Subnetwork ) là sự liên kết thống nhất của các phần tử vật lý tham gia
vào quá trình truyền thông trong mạng, cũng như của phương pháp truyền thông chung
để đảm bảo sự trao đổi dữ liệu trong mạng được thực hiện.
Các thành viên trong mạng Subnetwork không nối với nhau theo kiểu truyền
thông qua lại, mà có một cấu trúc vật lý chung của một mạng Subnetwork ( MPI,
PROFIBUS, ModBus, DeviceNet, ControlNet, Industrial Ethernet ) cấu trúc này được
gọi là môi trường truyền thông (Tranfer medium).
Mạng (Network) là sự liên kết thông nhất của một hay nhiều mạng con kiểu khác
nhau, nó liên kết tất cả các trạm để có thể truyền thông với nhau.
2
Subnetwork

Subnetwork
Hình 1.1 Mạng truyền thông
Nối là tổ chức logic giữa hai đối tác truyền thông trong mạng để thực hiện một
dịch vụ truyền thông nhất định nào đó. Nối liên kết trực tiếp với dịch vụ truyền thông.
Mỗi một nối có có hai điểm kết thúc, hai điểm này có chứa đựng thông tin về địa chỉ
của đối tác truyền thông về cấu trúc đường truyền. Những hàm truyền thông được sử
dụng cho điểm cuối cục bộ để chỉ đường nối.
Những hàm truyền thông được thiết lập sẵn ở các phần mềm chuyên dụng để đáp
ứng các đòi hỏi của dịch vụ truyền thông. Các hàm truyền thông thực hiện việc truyền
dữ liệu giữa các đối tác truyền thông, có thể điều khiển các đối tác truyền thông ( ví dụ
nh ngừng truyền thông ) hoặc giám sát các trạng thái tức thời.
Dịch vụ truyền thông và phần mềm chuyên dụng mô tả các hàm truyền thông với
các tiêu chuẩn định trước, nh trao đổi dữ liệu, điều khiển thiết bị, giám sát các thiết bị
và cài đặt chương trình.
Một phần mềm chuyên dụng không cần phải thoả mãn tất cả các nhiệm vụ mà
dịch vụ truyền thông yêu cầu. Dịch vụ truyền thông có thể chấp nhận các phần mềm
truyền thông chuyên dụng khác nhau.
Trong khi thực hiện truyền thông, một việc không thể thiếu được là khai báo giao
thức truyền thông ( Protocol). Protocol thực chất là sự thoả thuận xác định một quy tắc
trao đổi dữ liệu nhất định giữa các đối tác truyền thông để xác định dịch vụ truyền
thông được sử dụng. Trong giao thức truyền thông cấu trúc truyền dữ liệu được định
nghĩa: đường truyền vật lý, kiểu lắp đặt các đường nối, bảo vệ dữ liệu và tốc độ truyền.
Đường truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các trạm. Các tín
hiệu điện tử đó biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng xung nhị phân. Khi lựa chọn
đường truyền vật lý cần chú ý tới các đặc trưng cơ bản của chúng là dải thông (dải
thông của đường truyền chính là phương truyền - được tính bằng số lượng bit được
truyền đi trong một giây. Thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác là baud.
Baud biểu thị số lượng thay đổi tín hiệu trong một giây.
3
suy gim l o s suy yu ca tớn hiu trờn ng truyn. Nú cng ph

thuc vo di ca cỏp. Nhiu in t (EMI- Electromagnetic Interference ) gõy ra
bi nhiu in t bờn ngoi lm nh hng
Mt d liu l ln ca phm vi lu tr d liu khụng thay i vi quỏ trỡnh.
Phm vi lu tr d liu m ln hn mt d liu cú th lm sai d liu tng th.
iu ú cú ngha phm vi lu gi s liu m ln hn mt d liu thỡ cú th xy ra
ti mt thi im no ú mt d liu bao gm c khi d liu c v khi d liu
mi.
II. NHIM V CA H THNG THễNG TIN CễNG NGHIP
1. Khỏi nim h thng thụng tin cụng nghip
H thng thụng tin cụng nghip l mt khỏi nim mi trong k thut thụng tin
hin i. Nú lm nhim v thu nhn, bin i thụng tin trong quỏ trỡnh o lng iu
khin v ang l xu hng ca nn cụng nghip t ng hoỏ cỏc quỏ trỡnh.
H thng bao gm cỏc quỏ trỡnh:
- Thu thp thụng tin t i tng
- Gia cụng, x lý thụng tin
- Truyn thụng tin trờn kờnh liờn lc
- Lu gi thụng tin
- Tỡm kim thụng tin chn ra nhng thụng tin khỏc nhau.
T ú ta cú th a ra nh ngha v mt h thng thụng tin cụng nghip nh sau :
Mt h thng t ng o, iu khiu v gia cụng thụng tin theo một Algorithm
no y, c kt ni trong h thng mng thc hin vic truyn tin gia cỏc i tỏc
truyn thụng trong h thng ú theo một giao thc cụng nghip thỡ c gi l h
thng thụng tin cụng nghip
S khi ca h thng:
- i tng nghiờn cu: L cỏc quỏ trỡnh cụng ngh
4
Đối t ợng
nghiên cứu
Bộ điều
khiển

Ng ời thao
tác
Thiết bị
gia công
thông tin
Biến
truyền và l
u giữ
Hiển
thị
Thiết bị
thu nhận
thông tin
- Thiết bị thu nhận thông tin: Quá trình đo và biến đổi thành tín hiệu chuẩn như
các sensor, các tranmiter
- Thiết bị gia công: Chíp vi xử lý hoặc máy tính PC
- Biến truyền và thiết bị lưu giữ : Thông tin được truyền trên các đường dây nhờ
các thủ tục giao thức mạng
- Thiết bị thể hiện: Thông tin được thể hiện theo nhiều cách
+ Các thiết bị cũ nh: - Dụng cô kim chỉ
- Dụng cụ tự ghi
- Dụng cụ số
+ Các thiết bị hiện đại: Màn hình giám sát, Các hiển thị số
- Bộ điều khiển: Bộ điều khiển dùng cho các hệ thống nhỏ là các Microcontroller, còn
các hệ thống lớn là các CPU làm việc nh một máy tính công nghiệp
2. Nhiệm vụ của hệ thống thông tin công nghiệp :
Hệ thống thông tin công nghiệp thực hiện các nhiệm vụ sau :
2.1. Đo lường: Sử dụng phương pháp thực nghiệm để nhận được ước lượng về số
lượng của đối tượng thông qua việc so sánh với mẫu . Đây là quá trình quan trọng nhất
bởi từ kết quả này sẽ phục vụ cho các bước tiếp theo trong hệ thống

2.2. Kiểm tra: Là so sánh trạng thái của đại lượng kiểm tra với mẫu và đưa ra tín hiệu
để đánh giá .
2.3. Nhận dạng: Xác định xem có sự tương ứng giữa đại lượng cần kiểm tra với mẫu
hay không
2.4 . Điều khiển: Từ các kết quả đo nhận được chúng sẽ được tính toán theo các luật
điều khiển để đưa tín hiệu ra điều khiển đối tượng
2.5 . Chuẩn đoán: Để giúp cho hệ thống làm việc hiệu quả cần thiết phải chuẩn đoán
tình trạng thiết bị. Một hệ thống chuyên kiểm tra tình trạng hoạt động của thiết bị thì
được gọi là hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật .
2.6 . Tính toán: Đây là quá trình tính toán theo các Algorithm từ các đại lượng đầu vào
để đưa ra quyết định.
2.7. Truyền thông: Đây là quá trình rất quan trọng trong hệ thống thông tin công
nghiệp bởi ngày nay khi các đối tác tham gia truyền thông là rất lớn thì vấn đề truyền
thông tin đảm bảo không lỗi và hiệu quả là vấn đề đặt lên hàng đầu .
3. Các loại hệ thống thông tin công nghiệp .
3.1. Phân loại hệ thống theo sơ đồ cấu trúc.
3.1.1. Hệ thống với cấu trúc song song.
5
- Đặc điểm : Các kênh làm việc độc lập với nhau.
- Ưu điểm : Độ tin cậy cao, tốc độ truyền thông tin cao, nếu hỏng một kênh các
kênh kia vẫn hoạt động.
- Nhược điểm tốn kém dây dẫn, hệ thống rất phức tạp và chỉ kinh tế trong phạm vi
một nhà máy.
3.1.2. Hệ thống với cấu trúc nối tiếp.
- Đặc điểm: Hệ thống biến tín hiệu song song thành nối tiếp, mỗi tín hiệu chiếm một
khoảng thời gian do người thiết kế quyết định và phụ thuộc vào sai số, tốc độ của hệ
thống yêu cầu
- Ưu điểm : tiết kiệm dây dẫn dẫn đến giá thành rẻ
- Nhược điểm: Độ tin cậy thấp
3.1.3. Hệ thống với cấu trúc song song nối tiếp.

6
®èi t
îng
s
C§CH
C§CH
C§CH
MUX
Xö lý
th«ng
tin
®o
HiÓn
thÞ
®èi t
îng
s
§o l êng
§o l êng
§o l êng
MUX
C
§
C
H
H
Xö lý th«ng
tin ®o
HiÓn thÞ
- Ưu điểm : Độ tin cậy tăng số kênh tăng

- Nhược điểm : Phức tạp , thường được sử dụng trong các hệ thống lớn
3.1.4. Hệ thống kiểm tra tự động .
Đại lượng đo được so sánh với mẫu cho toàn hệ thống, sau đó được đưa về để
xử lý kết quả đo phân tích và điều khiển
3. 2. Phân loại theo môi trường truyền đẫn.
- Hệ thống hữu tuyến: Là hệ thống sử dụng các đường truyền thông tin thông
thường nh cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục Tốc độ truyền có thể lên tới hàng
Mb/s
- Hệ thống truyền vô tuyến: Là hệ thống sử dụng sóng vô tuyến truyền đi trong
không gian, đường truyền này rất thích hợp với những khu vực địa hình phức
tạp mà ở đó khả năng thực hiện một đường truyền hữu tuyến là không hiện
thực. Tốc độ truyền có thể lên đến hàng Gb/s
- Hệ thống cáp quang: Đây là môi trường truyền dẫn đặc biệt, tín hiệu truyền trên
đường truyền là tín hiệu quang sử dụng các bước sóng trong vùng hồng ngoại.
Cáp quang có rất nhiều ưu điểm nh: khả năng chống nhiễu điện từ cao, tính
bảo mật, tốc độ truyền
3. 3. Phân loại theo mục đích .
- Hệ thống đo lường: Đó là các hệ thống có nhiệm vụ đo lường các đại lượng vật
lý, thông tin ra bằng số hoặc mang tính chất số lượng
- Hệ thống kiểm tra tự động và điều khiển: Để thực hiện việc kiểm tra (hay điều
khiển ) cần thiết phải có giá trị đặt và so sánh đại lượng kiểm tra với chúng
- Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật: Trên cơ sở của kết quả đo so sánh với mẫu để đưa
ra các cảnh báo về tình trạng thiết bị
- Hệ thống nhận dạng : Là hệ thống nhận biết thông tin đo có giống mẫu không
7
§èi
t îng
§L
§L
§L

§L
§L
§L
MUX
MUX
C
§
C
H
C
§
C
H
MUX
Xö lý
th«ng
tin
®o
HiÓn
thÞ
3. 4. Phân loại hệ thống theo khoảng cách.
- Hệ thống gần: Là hệ thống hoạt động trong phạm vi nhà máy bán kính 2 Km. Nó
thường sử dụng các chuẩn thông tin nh RS422, RS485
- Hệ thống xa: Là hệ thống hoạt động với bán kính lớn hơn 2 Km. Người ta
thường sử dụng các phương pháp điều chế tín hiệu nh điều chế tần số, điều chế
pha
3. 5. Phân loại theo quy mô hiện đại hoá
3.5.1. Hệ thống tập trung quy mô nhỏ:
Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được minh hoạ nh hình
bên. Một máy tính duy nhất để điều khiển các quá trình con. Các bộ cảm biến và cơ

cấu chấp hành được nối trực tiếp điểm - điểm với các máy tính điều khiển trung tâm
qua các cổng vào ra của nó. Đặc điểm chung nhất của hệ thống này là toàn bộ quá trình
xử lý tập chung ở một thiết bị điều khiển duy nhất
Ưu điểm của hệ thống này là thích hợp với các loại máy móc và thiết bị và các
điểm đo Ýt bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành một lần cho máy tính điều
khiển.
Tuy nhiên cấu trúc này cũng có hạn chế nh: Viếc nối dây phức tạp, giá thành
cao, việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn. Độ tin cậy của hệ thống phụ thuộc hoàn
toàn vào một máy tính điều khiển duy nhất. Nếu muốn nâng cao độ tin cậy của hệ
thống phải dùng thêm một máy tính dự phòng cho máy tính điều khiển dẫn đến giá
thành cao
Điển hình cho các hệ thống có cấu trúc tập trung là các hệ thống:
- CAMAC : Computer Application for Measurement and Control.
- SCADA : Supervisory Control and Data Acquisition.
Cấu trúc của một hệ thống điều khiển tập trung :
8
3.5.2. Hệ thống có cấu trúc phân tán :
Để khắc phục sự phụ thuộc vào một máy tính điều khiển và tăng tính linh hoạt
ổn định của hệ thống, trong cấu trúc phân tán mỗi quá trình con ( hay một nhóm
quá trình con ) được điều khiển, giám sát bởi một máy tính riêng
Đặc điểm của hệ thống có cấu trúc phân tán là việc phân bố chức năng theo
chiều rộng và theo chiều sâu, kết hợp với việc sử dụng mạng truyền thông thay cho
phương pháp dùng dây nối và bảng điện cổ điển. Bên cạnh việc sử dụng các cụm
vào ra tại chỗ và các thiết bị chấp hành thông minh, người ta còn đưa ra các loại
máy tính chấp hành nhỏ (ví dụ như các bộ điều khiển chuyên dụng, các loại vi điều
khiển ) xuống các vị trí liền kề với các quá trình kỹ thuật. Sơ đồ chung của hệ
thống có cấu trúc phân tán nh dưới. Trong cấu trúc này, trung tâm điều khiển bao
gồm các trạm kỹ thuật (ES – Engineering Station), trạm thao tác vận hành OS
(Operation Station) và trạm phục vụ SS (Server Station) là các máy tính công
nghiệp kết hợp với trung tâm điều hành sản xuất.

Tại cấp điều khiển và giám sát bao gồm các thiết bị điều khiển tại chỗ nh các bộ
vi điều khiển, các module vào ra tại chỗ, các thiết bị cảm ứng và cơ cấu chấp hành
được nối lên trung tâm.
Nhìn chung, hệ thống cấu trúc điều khiển phân tán ra đời khắc phục được tính
năng thời gian thực, tiết kiệm dây dẫn, độ ổn định cao, linh hoạt và phạm vi quản lý
rộng.
Hệ thống này được giới thiệu chi tiết ở phần sau.
M¸y tÝnh ®iÒu
khiÓn trung t©m
C¬ cÊu
chÊp
hµnh
C¬ cÊu
chÊp
hµnh
C¬ cÊu
chÊp
hµnh
C¶m
biÕn
C¶m
biÕn
Qu¸ tr×nh con 2Qu¸ tr×nh con 1 Qu¸ tr×nh con n
C¶m
biÕn
9
Cấu trúc hệ thống phân tán
3.5.3.Hệ thống tích hợp.
Ngoài nhiệm vụ đo lường và điều khiển ra, hệ còn có chức năng quản lý kỹ thuật
và kinh tế

CHƯƠNG 2
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN DCS
Tr¹m thao t¸c
OS
M¸y tÝnh
®iÒu khiÓn
Tr¹m kü thuËt
ES
Tr¹m phôc vô
SS
M¸y tÝnh
®iÒu khiÓn
M¸y tÝnh
®iÒu khiÓn
Bé ®iÒu khiÓn Qu¸ tr×nh
I/O
Qu¸ tr×nh
I/O
A S A S
10
I. MỘT SỐ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG MẠNG.
1. Cấu trúc mạng và giao thức công nghiệp.
1.1 Cấu trúc mạng (topology).
Topology là cấu trúc liên kết mạng, là tổng hợp của các mối liên kết, ở đây liên
kết được hiểu là mối liên hệ vật lý hoặc logic giữa các đối tác truyền thông. Liên
kết vật lý các đối tác là các trạm truyền thông được liên kết qua môi trường vật lý.
Liên kết logic thì các đối tác là các trạm truyền thông không nhất thiết phải là phần
cứng mà có thể là chương trình hệ thống, ứng dụng trên một trạm nên quan hệ có
tính logic. Với một đối tác vật lý ứng dụng thường có nhiều đối mối liên kết logic
được xây dụng trên cơ sở một mối liên kết vật lý.

* Các kiểu liên kết logic :
+ liên kết điểm - điểm : chỉ có 2 đối tác tham gia, về vật lý thì 2 trạm này được
nối chung 1 đường dây.
+ liên kết điểm - nhiều điểm : nhiều trạm nối chung với 1 trạm chủ. Các đối tác
sẽ nối chung 1 đường dây.
+ liên kết nhiều điểm – nhiều điểm : nhiều đối tác tham gia và thông tin được
trao đổi theo nhiều hướng. Chúng đều nối trên 1 đường dây. Đây là đặc trưng của
mạng truyền thông trong điều khiển phân tán.
Topology được hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng và cũng là sắp
xếp logic của các nút mạng.
*Một số kiểu topology:
- Topology hình sao
Cấu trúc hình sao là một cấu trúc mà có một trạm trung tâm quan trọng hơn tất
cả các nút khác, nút này sẽ điều khiển sự truyền thông toàn mạng. Các thành viên khác
được kết nối với nhau qua trạm trung tâm. Kiểu liên kết vật lý ở đây là điểm - điểm
nhưng về mặt liên kết logic thì có thể là điểm – nhiều điểm. Cấu trúc này có nhược
điểm là tốn dây dẫn, nếu có sự cố ở trung tâm sẽ làm tê liệt toàn bộ các mạng truyền
thông trong mạng vì vậy trạm trung tâm thường phải có độ tin cậy rất cao
11
Cấu trúc này thường được áp dụng trong các phạm vi nhỏ thường được dùng để
mở rộng cấu trúc khác
- Topology vòng lặp:
Trong cấu trúc này các đối tác được nối thành vòng kín. Thông tin truyền theo 1
chiều, ưu điểm là tín hiệu được truyền đi xa và ngăn khả năng xảy ra xung đột. Có hai
loại mạng vòng là mạch vòng có điều khiển trung tâm và loại mạch vòng không có
điều khiển trung tâm. Với mạch vòng có điều khiển trung tâm một trạm chủ sẽ đảm
nhận việc truy cập đường truyền. Với mạch vòng không có điều khiển trung tâm, các
trạm đều bình đẳng như nhau trong quyền nhận và phát tín hiệu. Nh vậy, việc kiểm
soát đường truyền do các trạm tự phân chia
- Topology bus:

Trong cấu trúc này các đối tác truyền thông được nối trên cùng một dây dẫn
chung. Với cấu trúc daisy chain các đối tác truyền thông được nối trực tiếp vào đường
truyền. Cấu trúc trunk- line/ drop-line thì có các dây nối từ các thiết bị tới đường bus
chung. Cấu trúc này có ưu điểm là đơn giản và tiết kiệm dây dẫn do dùng chung một
đường dẫn duy nhất, bên cạnh đó còn có ưu điểm là tính đơn giản, dễ thực hiện. Vì vậy
mà cấu trúc này rất phổ biến trong mạng công nghiệp. Tuy nhiên việc dùng chung một
đường dẫn đòi hỏi việc phân chia thời gian sử dụng thích hợp để tránh xung đột tín
hiệu gọi là phương pháp truy cập đường truyền. Tuy nhiên một nhược điểm dễ thấy là
tất cả các trạm có khả năng phát và luôn lắng nghe đường dẫn để phát hiện ra một
thông tin có phải gửi cho mình hay không nên phải thiết kế sao cho đủ tải và số trạm
tối đa. Đây chính là lý do phải hạn chế số trạm trong một đoạn, khi cần mở rộng mạng
thì phải lắp thêm bộ lặp.
Một số ví dụ mạng công nghiệp tiêu biểu sử dụng cấu trúc bus là PROFIBUS,
CAN , FOUNDATION FielBus, Ethernet
- Topology cây
12
CÊu tróc trunk – line/drop line CÊu tróc daisy chain
D
B
C
A
Cấu trúc cây.
Là cấu trúc tổng hợp của nhiều liên kết với các cấu trúc trên. Đây là cấu trúc
thường gặp. Một mạng có cấu trúc cây chính là sự liên kết của nhiều mạng con có cấu
trúc đường thẳng, mạch vòng hoặc hình sao. Đặc trưng của cấu trúc này là sự phân cấp
đường dẫn. Để chia từ đường trục ra tới các nhánh có thể dùng các bộ nối tích cực hay
các bộ lặp để mở rộng phạm vi của mạng. Trong trường hợp các mạng con này hoàn
toàn khác nhau thì phải dùng tới các bộ liên kết mạng nh Bridge, Router và Gateway.
Một số ví dụ các hệ thống cho phép xây dựng cấu trúc cây cho mạng đồng nhất là
Foundation Fieldbus, LonWorks, DeviceNets và AS-I.

1.2 Giao thức công nghiệp.
a. Khái niệm:
Để trao đổi thông tin trên mạng, các đối tác truyền thông phải tuân theo các thủ
tục chung để phục vụ 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.
Mét giao thức sẽ bao gồm những quy định:
- Định thời: Quy định về các thủ tục giao tiếp, chế độ truyền dẫn, tốc độ truyền.
- Ngữ nghĩa: Quy định về nội dung của từng phần trong mét khung truyền.
- Cú pháp: Quy định về cấu trúc Frame.
Quá trình xử lý các giao thức có thể là mã hoá tín hiệu hoặc giải mã. Xử lý giao thức là
quá trình thực hiện 1 quá trình truyền thông dựa trên cơ sở giao thức đã định.
Giao thức chia làm 2 loại :
- Cấp cao: gồm người sử dụng và thực hiện bằng phần mềm. Ví dụ nh FTP (File
Tranfer Protocol) dùng trao đổi dữ liệu và truyền xa, HTTP (Hyper Text Tranfer
Protocol) để trao đổi dữ liệu truyền xa, MMS (Manuafactory Message
Specification) dùng cho giải pháp về đo lường, điều khiển.
- Cấp thấp: thực hiện nhờ phần cứng. Ví dụ TCP/IP (Transmission Control
Protocol / Internet Protocol) dùng cho mạng Internet, HDLC (High-lever Data Link
Control) dùng cho giao diện vật lý của bus trường. Đây là giao thức sử dụng rộng rãi
trong hệ thống bus trường.
b. Các giao thức công nghiệp hiện đang sử dụng.
13
Bé nèi
vßng
Bé lÆp
Bé nèi sao
Bé nèi
* Yêu cầu:
- Dễ dàng cho các hệ thống xử lý: chọn giao thức đơn giản, ví dụ nh ASCII.
- Tính bảo toàn dữ liệu cao: chọn phương thức kiểm tra lỗi hiệu quả, ví dụ CRC.

- Chuẩn hoá các giao thức: cần phải có giao thức truyền thông công nghiệp chung
do yêu cầu trao đổi thông tin từ các thiết bị khác nhau, ví dụ Modbus.
- Tốc độ truy cập cao: yêu cầu cập nhật đồng thời các thông số từ các thiết bị
trường là đồng thời.
b.1. Giao thức ASCII:
Đây là giao thức đơn giản nhưng nhược điểm là chậm và khó sử dụng đối với
các hệ thống lớn, nhiều nút mạng.
Giao thức ASCII chỉ sử dụng trong hệ thống không đòi hỏi tốc độ trao đổi thông tin
nhanh với 1 trạm chủ và nhiều trạm tớ.
• ASCII cho Transmitter sè:
Các Transmitter số có thể coi là các thiết bị đo thông minh, chúng được tích hợp các
cổng ghép nối truyền thông nh RS232, RS485 …
Hình : Cấu trúc Transmitter
Các chuẩn này được sử dụng trong việc truyền số liệu giữa trạm chủ-tớ. Sơ đồ ghép
nối được mô tả nh hình dưới:
14
S
>
DAC
µP
CT
DAC
I/O
+Phần cứng truyền thông: Được ghép theo chuẩn RS232, chế độ truyền đơn công.
Trạm chủ sẽ gửi thông báo cho các trạm tớ, trong thông báo có mang địa chỉ
trạm nhận. Trạm nào mang địa chỉ này sẽ được nhận và hồi đáp tới trạm chủ.

• Ghép nối phần cứng theo chuẩn RS485: chế độ truyền bán song công.
Trạm chủ phát thông báo để các trạm tớ cùng nghe, nếu trạm tớ they địa chỉ đó là của
mình thì tiếp nhận và gửi lại cho trạm chủ.

• Cấu tróc giao thức ASCII :
Phương thức hoạt động của giao thức ASCII là cơ chế hỏi / đáp. Chúng được áp dụng
truyền thông giữa các trạm chủ (PC/PLC) với các transmitter. Trạm chủ luôn phát tín
hiệu 1 cách tuần tự. Độ dài cực đại của mỗi mã trả lời là 20 kí tự.
Phương pháp kiểm soát lỗi tổng để kiểm tra giá trị các số HEX trong bản tin.
Các thiết bị nối mạng sẽ kiểm tra Bus liên tục để phát hiện ra đầu khung truyền (bắt
đầu) thời gian nghỉ đến 1s nhưng nếu quá thì sẽ lỗi.
b.2. Giao thức Modbus.
Master
Slave1
TxD
Slave2
TxD TxD TxD
Slave n
RxD
RxD
RxD
15
Master
Slave1 Slave2
Master
Slave
Slave
Bus hÖ thèng
- Là giao thức được phát triển bởi Modicol. Thực chất là 1 chuẩn giao thức mà dịch
vụ thuộc tầng ứng dụng. Vì vậy, nó được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp
thấp: TCP/IP, MAP (Manuafacturing Message Protocol). Modbus định nghĩa là một
tập hợp rộng lớn các dịch vụ trao đổi dữ liệu quá trình - điều khiển. Modbus thực
hiện việc trao đổi giao tiếp giữa bộ điều khiển và thiết bị truyền thông qua cơ chế
hỏi đáp. Modbus sử dụng trên các đường truyền RS232 ghép nối với các thiết bị

đầu cuối DTE và DCE.
Cách thức giao tiếp phụ thuộc vào hệ thống cấp thấp, chia làm 2 loại:
+ Modbus chuẩn: sử dụng giao diện RS232, các bộ điều khiển có các cổng giao tiếp
này có thể được nối mạng với nhau trực tiếp hay qua moderm. Chóng giao tiếp theo
cơ chế chủ / tớ, ở đó trạm chủ chủ động gửi yêu cầu cho trạm tớ.
+ Modbus Plus: là giao thức cho lớp ứng dụng, các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ
chế riêng. Ví dụ trong giao tiếp điểm-điểm, các bộ điều khiển có thể thay nhau
đóng vai trò chủ / tớ.
• Cơ chế hỏi / đáp:
- Thông báo hỏi tới các trạm tớ gồm:
+ Địa chỉ trạm nhận: 0-247, trong đó 0 là gửi đồng loạt.
+ Mã hàm: gọi chỉ thị hoạt động trạm tớ cần thực hiện yêu cầu.
+ Dữ liệu: chứa thông tin bổ xung mà trạm tớ cần thực hiện cho việc trạm gọi.
+ Thông tin kiểm tra lỗi: giúp trạm tớ kiểm tra sự toàn vẹn của nội dung thông tin.
Chu trình hỏi / đáp:
Yêu cầu từ trạm chủ
địa chỉ địa chỉ
mã hàm mã hàm
dữ liệu dữ liệu
kiểm tra lỗi kiểm tra lỗi
trả lời từ trạm tớ
- Trả lời từ trạm tớ:
+ Địa chỉ: trạm nhận là trạm chủ.
+ Mã hàm: trả lời trạng thái của mình.
+ Chế độ truyền: có thể sử dụng ASCII hay RTU.
Chế độ truyền :
16
Đối với các thiết bị ghép nối qua mạng Modbus chuẩn, có thể sử dụng một trong
hai chế độ truyền là: RTU và ASCII
- Chế độ truyền ASCII: Mỗi byte trong bản tin được gửi 2 kí tự ASCII, ưu điểm là

cho phép khoảng trống tối đa giữa 2 kí tự tới 1s mà không gây lỗi.
- Chế độ truyền RTU: Trong chế độ RTU (Remote Terminal Units) mỗi byte trong
thông báo được gửi thành một kí tự 8 bit, ưu điểm là hiệu suất cao nhưng nhược
điểm là mỗi thông báo phải truyền thành dãy liên tục.
- Định dạng khung truyền: Các thông báo trong Modbus có nhiều thành phần và
chiều dài khác nhau. Khi chế độ truyền được chọn, sẽ có khung ứng dụng được
truyền đi. Các kí tự sẽ được truyền đi liên tục ở RTU và gián đoạn ở ASCII. Mục
đích chính của việc định dạng khung truyền chính là để đánh dấu điểm khởi đầu và
điểm kết thúc của thông báo đồng thời bổ xung thông tin kiểm tra lỗi.
b.3. Giao thức HDLC (High-level Data Link Control)
- Là giao thức chuẩn cho lớp liên kết dữ liệu. Nó được ứng dụng trong việc truyền số
liệu điểm- điểm và nhiều điểm, quản lý liên kết và sửa lỗi, cho phép có sự thay đổi
các kiểu liên kết. Đây là giao thức hướng bit, các phần tử được xây dựng từ cấu trúc
nhị phân và khi nhận dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit.
Cấu tróc khung truyền HDLC:
Header Traile
Flag Address Control Informatio
n
FCS Flag
8 bit 8 bit 8-16 bit unlimited 16-32 bit 8 bit
Sử dụng truyền đồng bộ, các khung truyền cùng một dạng.
Phần địa chỉ và điều khiển được hiểu là phần đầu của khung truyền, còn các bit kiểm
tra lỗi FCS hay là Traile.
+ Flag: dùng để nhận biết đầu và cuối khung truyền với dãy bit: 01111110. Dãy này
không thể xuất hiện trong các phần thông tin khác nhau nhờ phương pháp bit Stuffing
thực hiện ở trạm gửi, tức là cứ sau 1 dãy bít có 5 bit liền nhau có giá trị 1 thì liền sau
đó 1 bit 0 được thêm vào. Tại bên nhận, nếu được 5 bit 1 liền trước bit 0 thì bit 0 được
tách ra, còn trong tín hiệu là bit 1 thì số liệu nhận sẽ không bị lỗi, kết thúc khung
truyền.
+ Address: chứa địa chỉ bên gửi và nhận.

+ Control: định danh cho các khung truyền khác nhau:
17
• Loại U (unnumbered): có chức năng thiết lập liên kết dữ liệu theo các phương
pháp hoạt động khác nhau và để giải phóng liên kết khi cần, đây là loại khung
điều khiển.
• Loại I (information): chứa thông tin người dùng và chức năng kiểm soát lỗi
thông tin.
• Loại S (supervisory): là khung điều khiển có chức năng kiểm soát thông tin dữ
liệu khi truyền.
+ Information: không có chiều dài xác định, phụ thuộc vào thông tin truyền.
+ FCS (Frame Check Sequence): gồm các bit kiểm tra lỗi, ghi các mã kiểm soát lỗi
cho nội dung khung, bao gồm phần nằm giữa 2 Flag.
b.4.Giao thức HART (Highway Addressable Remote Transducer).
Đây là giao thức cho các thiết bị đo thông minh, được thiết kế cho các vùng dữ liệu
được đo truyền từ các thiết bị đo, cảm biến và các cơ cấu chấp hành với kỹ thuật
truyền tin số. Các thành phần này được kết nối tới các PLC và máy tính.
Có 2 phương pháp chính cho truyền tin của các thiết bị đo thông minh :
- HART.
- FieldBus.
HART cho truyền số liệu lai là 2 loại tín hiệu Analog và Digital trong khi FieldBus chỉ
dùng cho dạng tín hiệu Digital.
HART sử dụng kỹ thuật FSK (Frequency Shif Keying) dựa trên tiêu chuẩn truyền
thông Bell 202. Hai tần số là 1200 và 2200 Hz được dùng tương ứng cho logic 1 và 0.
Dạng tín hiệu trung bình hình Sin với tần số 1200 và 2200 Hz ứng với các tín hiệu
Alanog 4-20 mA không được chấp nhận, do đó mà dạng tín hiệu Analog này không
thường được sử dụng.
Giao thức HART có thể dùng để:
- Liên kết điểm - điểm với các tín hiệu tương tự sử dụng dòng 4-20 mA.
- Liên kết với thiết bị trường trong chế độ nhiều trạm chủ.
- Chế độ điểm- điểm với duy nhất một thiết bị trường ở trường hợp đặc biệt.

Thiết bị thông minh đặt tín hiệu ra Analog tới dòng không đổi là 4 mA và truyền đi
theo dạng số.
HART có 2 cách định dạng truyền số liệu theo dạng số:
- Chế độ thăm dò/đáp ứng.
- Chế độ gián đoạn.
Trong chế độ thăm dò/đáp ứng thì trạm chủ thăm dò các thiết bị thông minh trên
đường truyền và yêu cầu trao đổi thông tin. Trong chế độ gián đoạn thì các thiết bị
trường tiếp tục truyền dữ liệu quá trình mà không cần gửi các thông báo đáp ứng.
18
Mặc dù chế độ này thực hiện nhanh nhưng nó không được sử dụng trong mạng
nhiều trạm chủ.
Những lợi Ých khi so sánh HART với các giao thức khác:
- Cho phép truyền số liệu theo dạng tương tự và số đồng thời.
- Cho phép một số thiết bị tương tự truyền trên đường truyền cao.
- Cho phép nhiều trạm chủ điều khiển các thiết bị thông minh tương đương.
- Cho phép truyền khoảng cách xa số liệu trên đường điện thoại.
- Cho phép 2 kiểu truyền dữ liệu đan xen nhau.
- Cho phép sự mềm dẻo của các dạng thông báo của các đặc trưng mới.
- Cho phép tới hơn 256 quá trình trong thiết bị trường thông minh.
Truy cập Bus.
Hai phương pháp truy cập Bus có thể được áp dụng độc lập hay hỗn hợp là Token
Passing và Master Slave. Nếu áp dụng độc lập, Token Passing thích hợp với các mạng
FMS dùng ghép nối thiết bị điều khiển và máy tính giám sát đẳng quyền trong khi đó
Master Slave thích hợp với việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị điều khiển với các
thiết bị hiện trường cấp dưới sử dụng Profibus DP hay Profibus PA. Khi sử dụng kết
hợp, nhiều trạm tích cực có thể giữ token, một trạm tích cực nhận được token sẽ đóng
vai trò là chủ để kiểm soát việc giao tiếp với các trạm tớ mà nó quản lý hoặc có thể tự
do giao tiếp với các trạm tích cực khác trong mạng. Chính vì nhiều trạm tích cực đóng
vai trò là chủ nên mạng kết hợp còn được gọi là mạng nhiều chủ. Thời gian vòng tối đa
để một trạm tích cực lại nhận được token có thể chỉnh bằng tham sè. Khoảng thời gian

này chính là cơ sở cho việc tính toán chu kì thời gian của cả hệ thống.
c. Các phương pháp truy cập đường truyền.
Trong hệ thống mạng công nghiệp thì các hệ thống có cấu trúc dạng Bus đóng vai trò
quan trọng bởi:
- Chi phí Ýt cho dây dẫn.
- Dễ thực hiện lắp đặt.
- Linh hoạt và thích hợp cho truyền dẫn.
Có nhiều phương pháp truy cập Bus khác nhau và mỗi phương pháp có ảnh hưởng
khác nhau tới các tính năng kỹ thuật của hệ thống. Ta phải quan tâm tới 3 khía cạnh:
độ tin cậy, tính năng thời gian thực và hiệu suất sử dụng đường truyền. Ta sẽ xét tới
một số phương pháp truy cập bus.
c.1.Phương pháp truy cập Master/Slave.
Theo phương pháp này, một trạm chủ (Master) có trách nhiệm chủ động phân chia
thời gian và quyền truy cập bus cho các trạm tớ (Slave). Các trạm tớ đóng vai trò bị
động, chỉ có quyền truy cập bus và gửi tín hiệu đi khi có yêu cầu. Trạm chủ có thể
dùng phương pháp hỏi tuần tự (polling) theo chu kì để kiểm tra, kiểm soát toàn bộ hoạt
19
động giao tiếp của hệ thống. Nhờ vậy các trạm tớ có thể gửi dữ liệu thu thập được từ
quá trình kỹ thuật tới các trạm chủ cũng như nhận các thông tin điều khiển.

Phương pháp Master/Slave
Trình tự giao tiếp của các trạm có thể do người sử dụng quy ước bằng các công cụ
lập trình tạo lập cấu hình. Phương pháp này có ưu điểm là việc kết nối các trạm tớ đơn
giản, đỡ tốn kém và toàn bộ mọi chức năng tính toán đều trên trạm chủ. Tuy nhiên
phương pháp này có nhược điểm là hiệu suất trao đổi thông tin giữa các trạm tớ bị
giảm đi do dữ liệu phải đi qua khâu trung gian là trạm chủ, dẫn đến giảm hiệu suất sử
dụng đường truyền. Hạn chế nữa là độ tin cậy của hệ thống truyền thông phụ thuộc
hoàn toàn vào một trạm chủ duy nhất, nếu xảy ra sự cố trên trạm chủ thì toàn bộ hệ
thống ngừng làm việc. Chính vì 2 lý do trên mà phương pháp này chỉ sử dụng trong
các hệ thống bus cấp thấp, tức bus trường hay bus thiết bị khi việc trao đổi thông tin

hầu như chỉ diễn ra giữa các trạm chủ và các trạm tớ là các thiết bị trường hay modul
vào ra phân tán.
c.2.Phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access).
Trong phương pháp này, mỗi trạm được phân chia thời gian truy cập bus nhất định,
các trạm có thể thay nhau lần lượt gửi thông tin trong khoảng thời gian cho phép gọi là
lát thời gian (time slice) theo một tuần tự quy định sẵn. Việc phân chia này được thực
hiện trước khi hệ thống đi vào hoạt động. Khác với phương pháp Master/Slave, ở đây
có thể có hay không có trạm chủ, nếu có trạm chủ thì vai trò của nó chỉ hạn chế ở mức
độ kiểm soát việc tuân thủ đảm bảo giữ đúng lát thời gian của các trạm khác. Mỗi trạm
đều có khả năng đảm nhiệm vai trò chủ động trong giao tiếp với các trạm khác.
c.3.Phương pháp Token Passing.
Token là bức điện ngắn không mang dữ liệu. Mỗi trạm được quyền truy nhập bus và
gửi thông tin đi chỉ trong thời gian nó được giữ token. Sau khi không có nhu cầu gửi
thông tin, trạm đang giữ token sẽ phải gửi tiếp tới một trạm khác theo mét chu trình
20
Master
Slave SlaveSlave
nhất định. Nếu trình tự này đúng với trình tự vật lý sắp xếp trong mạng thì gọi là
Token Ring, còn nếu trình tự chỉ có tính chất logic thì gọi là Token Bus.
Một trạm đang giữ token không những được quyền gửi thông tin đi mà còn có
thể đóng vai trò kiểm soát sự hoạt động của các trạm khác. Các trạm không có token
cũng có khả năng tham gia kiểm soát .
21
Phương pháp Token Passing
Để kiểm soát mạng, các hoạt động sau được thực hiện:
- Giám sát token: Nếu do một lỗi nào đó token bị mất hay thừa thì cần phải thông
báo xoá token cũ và tạo ra token mới.
- Khởi tạo token: Sau khi khởi động một trạm có trách nhiệm tạo 1 token mới.
- Tách trạm ra khỏi mạch vòng logic: Một trạm có sự cố phải được phát hiện và
tách ra khỏi vòng logic.

- Bổ xung trạm mới: Một trạm mới cần được kết nối mạng, một trạm cũ được thay
thế hay đưa trở lại sau khi sửa chữa phải được bổ xung vào mạch vòng logic để
có thể nhận được token.
c.4.Phương pháp CSMA/CD (Carrier Sense Multiple with Collision Detection).
Theo phương pháp CSMS/CD, mỗi trạm đều có quyền truy cập bus mà không cần
một sự kiểm soát nào. Phương pháp này thực hiện nh sau;
- Mỗi trạm đều phải tự lắng nghe đường dẫn, nếu đường dẫn rỗi thì mới được phát
thông tin.
- Do việc lan truyền tín hiệu cần một thời gian nào đó nên vẫn có khả năng xảy ra
trường hợp hai hay nhiều trạm cùng phát tín hiệu trên đường truyền, do đó trong
khi phát thì mỗi trạm vẫn phải tự lắng nghe xem tín hiệu nhận được có xung đột
hay không. Trong trường hợp có xung đột, các trạm cần huỷ bỏ bức điện của
mình và chờ gửi lại.
Ưu điểm : đơn giản, linh hoạt và việc ghép thêm hay huỷ bỏ các trạm không ảnh
hưởng gì đến hoạt động của mạng.
Nhược điểm : tính bất định của thời gian phản ứng. Do tính bình đẳng của các trạm là
như nhau nên có thể một trạm phải chờ một thời gian dài, do đó hiệu suất sử dụng
đường truyền thấp.
c.5.Phương pháp CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance).
22
token
Tr¹m 1
Tr¹m 4
Tr¹m 2
Tr¹m 3
Tr¹m 1
Tr¹m 3 Tr¹m 5
Tr¹m 2
Tr¹m 4

token
Tương tự nh CSMA/CD, mỗi trạm đều phải lắng nghe đường dẫn và sau khi gửi
thông tin. Tuy nhiên một phương pháp mã hoá bit thích hợp được sử dụng ở đây để
trong trường hợp xảy ra xung đột, tín hiệu này sẽ lấn át tín hiệu kia.
II. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DCS :
Hệ thống DCS ( Distributed Control System ) là hệ thống điều khiển kết hợp
nhiều thành phần khác nhau. Hệ thống bao gồm các module phân tán với các chức
năng điều khiển phân tán được liên kết với nhau theo một hệ thống mạng tuân theo các
giao thức truyền thông công nghiệp .
Hệ thống bao gồm các Module phân tán có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo lường,
đưa ra các quyết định điều khiển đối tượng theo các luật đã định sẵn đồng thời nhận
các yêu cầu từ cấp điều khiển giám sát để thực hiện các yêu cầu như gửi số liệu quá
trình để lưu trữ lên trên, điều khiển trực tiếp đối tượng khi cần , thực hiện các chức
năng phân tán trên các phân đoạn phân tán ( chẳng hạn như phân tán về mặt địa lý, về
mặt điều khiển . . . ), các máy tính điều khiển ( như các bộ controller , IP,. . .), . . .
Trạm điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển theo quá trình ( ra nhiệm vụ cho
các phần điều khiển riêng biệt, sau đó chỉ giám sát quá trình đó, hoặc trực tiếp điều
khiển một thiết bị hoặc một quá trình nào đó.
Cấu trúc này ra đời đã khắc phục được tính năng thời gian thực, tiết kiệm dây
dẫn và tính ổn định bền vững của hệ thống tốt hơn, linh hoạt, phạm vi hoạt động của
hệ thống này cũng vì thế được mở rộng . Mặt khác với cấu trúc mở khiến cho khả năng
giao tiếp của hệ thống được mở rộng đáp ứng các đòi hỏi của quá trình công nghệ .
Một trong những minh chứng là công nghệ bus trường sử dụng kỹ thuật truyền thông
số, đã làm cho giá thành đi dây giảm, độ tin cậy cao và khả năng chống nhiễu rất tốt.
1. Phân loại các hệ thống DCS
- Các hệ DCS truyền thống: Các hệ này sử dụng các bộ điều khiển quá trình đặc
chủng theo kiến trúc riêng của các nhà sản xuất cùng với các trạm điều khiển
của riêng hãng.
- Các hệ DCS trên nền PLC: Các PLC giữ vai trò nh một máy tính và được kết
nối với máy tính. Về cơ bản các PLC cũng có các thành phần giống nh các máy

tính thông thường, đó là bộ vi xử lý, các bộ nhớ làm việc và bộ nhớ chương
trình, giao diện vào ra và bộ cung cấp nguồn. Tuy nhiên, một điểm khác cơ bản
là các thành phần giao diện người máy như màn hình, bàn phím và chuột không
được trang bị, việc lập trình phải được thực hiện thông qua máy tính gián tiếp
riêng biệt ghép nối với CPU thông qua giao diện thiết bị lập trình.
- Các hệ DCS trên nền PC: Sử dụng máy tính cá nhân PC trực tiếp làm thiết bị
điều khiển. Thế mạnh của hệ này là có tính năng mở, khả năng lập trình tự do,
23
hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, Và đặc biệt là rất hiệu quả về mặt kinh
tế kỹ thuật.
Trạm điều khiển là một máy tính cá nhân công nghiệp được cài đặt một hệ điều
hành thời gian thực và được cài đặt các card giao diện bus trường, bus hệ thống
2. Tổ chức của một hệ điều khiển phân tán.
Trước hết để có một cái nhìn tổng quát về một hệ thống điều khiển phân tán , ta
hãy tìm hiểu về mô hình phân cấp của nó :
Hình 2.1. Mô hình phân cấp hệ điều khiển
2.1. Cấp chấp hành .
Có chức năng chính là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong
trường hợp cần thiết. Thực tế đa số các thiết bị cảm biến (sensor), các cơ cấu chấp
hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền
động được chính xác nhanh nhạy. Các thiết bị thông minh cũng có thể nhận việc xử lý
thô trước khi đưa lên cấp điều khiển
2.2. Cấp điều khiển .
Có nhiệm vụ nhận thông tin từ cảm biến, xử lý thông tin theo một thuật toán
nhất định và truyền xuống cơ cấu chấp hành, đồng thời cũng nhận thông tin từ cơ cấu
chấp hành gửi lên để đưa lên cấp trên nó. Cấp điều khiển bao gồm các thiết bị nh :
trạm điều khiển hiện trường FCS ( Field Control System ), các hệ thống PLC
( Programmable Logic Controller ) . . .
2.3. Cấp điều khiển giám sát .
Có chức năng giám sát, vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi đa số các chức

năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được thực hiện ở cấp
dưới thì nhiệm vụ của cấp này là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng,
thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý sự cố . . .
24
Trong cấp này gồm có:
- Trạm giao diện người - máy HIS ( Human Inteface Station ) : Đó là các máy
tính cá nhân có cài đặt phần mềm điều khiển, có khả năng hiển thị các thông
tin của hệ thống DCS và các hệ thống phụ khác .
- Trạm thiết kế kỹ thuật EWS ( Engineering Work Station ) : Thực hiện các chức
năng thiết kế, định nghĩa cấu hình mọi thiết bị kết nối trong hệ thống, phân
vùng quản lý hệ thống, giải quyết các công việc về kỹ thuật, mở rộng hệ thống.
Máy tính thực hiện chức năng của EWS cũng giống nh của HIS .
2.4. Cấp quản lý .
Bao gồm các mạng máy tính được nối mạng với nhau và có chức năng nh :
- Giám sát, theo dõi, đánh giá quá trình sản xuất, vận hành.
- Lập kế hoạch sản xuất.
3. Cấu trúc của hệ thống điều khiển phân tán .
Trong đa số các ứng dụng có quy mô vừa và lớn, sự phân tán thể hiện được sự
vượt trội, khắc phục được sự phụ thuộc vào một máy tính trung tâm trong cấu trúc tập
trung và tăng tính linh hoạt của hệ thống. Hơn thế nữa, hiệu năng, độ tin cậy và khả
năng đáp ứng thời gian thực của hệ thống cũng được nâng cao nhờ sự phân tán chức
năng xuống cấp dưới.
25