đồ án kỹ thuật điều khiển tự động NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CENTUM CS30000 CỦA HÃNG YOKOGAWA

Phần I
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CENTUM
CS30000 CỦA HÃNG YOKOGAWA
Chương I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
I. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển phân tán
1. Hệ điều khiển phân tán (DCS)
DCS là chữ viết tắt của Distributed Control System và nó được ùng để chỉ
lớp các hệ thống điều khiển sử dụng phương pháp điều khiển phân tán. Khác
với PLC, DCS là giải pháp tổng thể kể cả phần cứng và phần mền cho toàn
hệ thống được phát triển từ các ứng dụng điều khiển của
nghành công nghiệp hóa chất với các bộ điều khiển ban đầu sử dụng kỷ thuật
tương tự. Giải pháp thiết kế của các hệ DCS thương phểm là hướng vào các
ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được thiết kế theo hệ thống mở,
có khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khác nhau điều khiển
nhà máy và công đoạn sản xuất độc lập. Mục tiêu tạo thuận lợi cao cho kỷ sư
thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển.
Thế mạnh của hệ DCS là khả năng xử lý tín hiệu tương tự và thực hiện các
chuổi quá trình phúc tạp, khả năng tích hợp hệ thống dễ dàng. Các hệ thống
DCS thương phẩm ngày nay thường bao gồm các bộ điều khiển ( Controller),
hệ thống mạng truyền thông và phần mền điều hành hệ thống tích hợp. Các
hệ DCS có thể quản lý được từ vài nghìn đến vài chúc nghìn điểm vào/ra.
Nhờ cấu trúc phần cứng, phần mền, hệ điều khiển có thể thực hiện đồng thời
nhiều vòng điều khiển, điều khiển tầng, hay các hệ thuận toán điều khiển
hiện đại, nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, tối ưu, bền vững.
Để phúc vụ cho việc trao đổi thông tin, hệ DCS thường ngày nay hổ trợ
nhiều giao thức truyền thông từ bus trường đến cấp quản lý. Hiện nay các
giao thức đã được chuẩn hóa ( Profibus, Fountdation FiledBus, Enthernet )
1
1
Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao, nhờ có khả năng

dự phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ thống ( controller, modul I/O,
bus truyền thông ), khả năng thay đổi chương trình ( sữa chữa và dowload ),
thay đổi cấu trúc hệ, thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn,
không cần thây đổi chương trình ( thay đổi online ).
Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm củng được thiết kế
sẵn và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất.
Các nhà sản xuất DCS củng cam kết thời gian hổ trợ các sản phẩm DCS
lớn, từ 15 đến 20 năm để đảm bảo thời gian hoạt động và khai thác hệ thống
lớn.
Tất cả những đăc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu
cầu về một giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể. Các chuyên gia cho rằng
tới nay, DCS vẫn là không thể thay thế được các ứng dụng lớn, thị trường
DCS toàn cầu tăng từ 2-3%/ năm
Một số nhà cung cấp hệ thống DCS thông dụng tại Việt Nam: ABB,
YOKOGAWA
II. Cấu hình hệ điều khiển phân tán
1. Cấu hình của hệ thống DCS
Một hệ DCS thông thường có 3 cấp và thực hiện việc liên kết với các một
phần của cấp quản lý và hệ điều hành sản xuất, quản lý thông tin và phân
phối quản lý trên diện rộng như SAP, PRM. Đặc điểm của một cấu trúc điều
khiển phân tán là việc phân bố thiết bị xuống các vị trí gần kề với quá trình
kỷ thuật, sử dụng các mạng truyền thông công nghiệp để kết nối trao đổi
thông tin.
2
2


Cấu hình cơ bản của hệ DCS
a) Cấp chấp hành –cảm biến
Lớp chấp hành cảm biến bao gồm các bộ vào ra phân tán để ghép

nối các sensor, các cơ cấu chấp hành như động cơ van điều khiển có
3
3
chức năng kết nối với các các tín hiệu vào ra và xử lý sơ bộ trước khi
gửi lên cấp điều khiển.
Ngày nay, các thiết bị cảm biến chấp hành có sự phát triển mạnh mẽ
và xuất hiện các cơ cấu chấp hành thông minh các cảm biến thông
minh có thể kết nối vào hệ thống mạng để liên kết với cấp điều khiển
mà không cần thông qua cần thông qua các bộ vào/ra phân tán.
Sensor thông minh có các chức năng chính là thu thập dữ liệu quá
trình, có khã năng truyền thông và được cài các thuật toán tự hiệu
chỉnh tự kiểm tra, chuẩn đón lổi. Sensor thông minh sẽ thực hiên việc
thu thập các dữ liệu về các đại lượng vật lý của quá trình cần đo như
nhiệt độ tốc độ độ ph từ hiện trường, mã hóa tín hiệu rồi truyền qua
cho các thiết bị khác thông qua mạng truyền thông. Ngoài ra sensor
thông minh còn có khả năng tự hiệu chuẩn, tự chuẩn đón lổi hỏng hóc
thông có thể gặp phải để phát ra cảnh báo cần thiết. Sensor thông minh
còn có chức năng khác để có thể hoạt động như một phân tử trong hệ
thống điều khiển phân tán.
Tương tự như các sensor thông minh, các cơ cấu chấp hành thông
mình ngoài các chức năng chính thực hiện các tác động theo lệnh điều
khiển nó còn trang bị thêm chức năng chuẩn đoán lổi, mã hóa/giả mã
các thông tin truyền thông.
Cấp chấp hành cảm biến cung cấp các giao diện sau:
• Giao diện liên kết nối trực tiếp với các vào/ra trương tự ( như áp
suất nhiệt độ ) và các tín hiêu vào ra số ( như các role và các
tín hiệu chuyển mạch, liên động )
• Giao diện kết nối bus trường cung cấp các giao diện với chuẩn
bus trường như Foundation Field, Profibus, HART. Cho phép
các bộ biến đổi và cơ cấu chấp hành trao đổi thông tin trực tiếp

với các bộ điều khiển trên một đường truyền
thông số duy nhất.
4
4
• Giao diện kết nối với PLC: PLC có thể nối được vào hệ DCS
thông qua một số card giao diện truyền thông. Thông thường
được nối với giao diện vào ra và trong một số trường hợp có thể
kết nối với bộ điều khiển. Các PLC kết nối với các hệ DCS được
gọi là các Subsyterms.
a) Cấp điều khiển
Cấp điều khiển bao gồm các bộ điều khiển, là nơi thự hiện mọi chức
nằng của toàn nhà máy.
Bên cạnh đó cấp điều khiển còn phải thực hiện chức năng truyền
thông với cấp cảm biến chấp hành để lấy dự liệu từ đầu vào sau đó xử
lý tín hiệu, thực hiện các thuật toán điều khiển và gửi tín hiệu điều
khiển ra các đầu ra và đến các thiết bị chấp hành ở cấp cảm biến chấp
hành. Các bộ điều khiển coa thể đọc, trao đổi dữ liệu với nhau thông
qua mạng truyền thông ở cấp điều khiển.
b) Cấp vận hành, giám sát chỉ huy
Cấp vận hành, giám sát chỉ huy bao gồm các trạm vận hành, cung
cấp giao diện cho người vận hành với quá trình.
Cung cấp giao diện với hình ảnh đồ họa mô tả hoạt động của toàn
quá trình một cách sinh động và trực quan.
d) Hệ thống quản lý thông tin
Hệ thống quản lý thông tin là một phần trong cấp điều khiển và quản
lý sản xuất. Hệ thống này bao gồm 3 lớp con:
Gateway: Phục vụ việc trao đổi dữ liệu bộ điều khiển của phân
xưởng, công đoạn khác.
Database: Phục vụ việc định dạng và lưu trữ dữ liệu.
Management: Xử lý thông tin lữ trử trong lớp Database.

Chương II
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CENTUM CS3000
I. Tổng quan chung về hệ DCS của YOKOGAWA.
5
5
1. Tổng quan chung.
Centum cs 3000 là một hệ thóng điều khiển sản xuất tích hợp cho các ứng dụng
điều khiển quá trình được thiết kế phù hợp với các nhà máy có quy mô từ nhỏ đến rất
lớn. Mỗi bộ phận như xí nghiệp, đơn vị kinh doanh, khu vận hành, buông điều khiển
hay hiện trường đều có thể được kết nối với nhau sử dụng công nghệ truyền thông tiên
tiến nhất. Mạng truyền thông được sử dụng để tối ưu toàn bộ hệ thống, giảm nhân lực
vận hành tại hiện trường, tăng mức độ tự động hoá, tăng năng suất và dĩ nhiên tăng lợi
nhuận sản xuất Hệ thổng này là một sự tổ hợp của các công nghệ mới nhất hiện nay
với các tính năng ưu việt như:
• Môi trường mở, độ linh hoạt, độ bền của hệ thống cho tối ưu hoá toàn bộ doanh
nghiệp.
• Môi trường vận hành tối ưu, phần cứng có thể cập nhật tới những công nghệ
mới nhất.
• Các chức năng thiết kế kỹ thuật tối ưu.
CENTUM CS 3000 và DARWIN là nhãn hiệu đăng kí sản phẩm của công ty
điện tử YOKOGAWA – Nhật bản. Công ty này còn hỗ trợ lập dự án, tư vấn các giải
pháp tối ưu và lựa chọn phương án tối ưu cho người sử dụng. YOKOGAWA thực
hiện hỗ trợ các giải pháp như : Các thiết bị kĩ thuật thông tin và hệ thống điều khiển,
cung cấp các sản phẩm hệ thống thiết bị mô phỏng, các thiết bị thường hiện đại với
công nghệ mới nhất, các sản phẩm công nghệ phần mềm …. Và với khả năng đa dịch
vụ: từ lập dự án, thiết kế, cài đặt, vận hành chạy thử đến bảo dưỡng.
Hệ điều khiển DCS của YOKOGAWA bao gồm hai hệ : CS1000 và CS3000.
Hệ thống centum CS1000 là hệ điều khiển phân tán dùng cho các hệ điều khiển nhỏ
còn hệ điều khiển Centum CS3000 của YOKOGAWA là hệ điều khiển phân tán phù

hợp với các ứng dụng điều khiển quá trình vừa và lớn, centum CS300 có tính năng linh
hoạt và tin cậy cao.
CENTUM CS 3000 là hệ thống điều khiển các thiết bị tích hợp, được sử dụng
để điều khiển và quản lý các thiết bị trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau như:
lọc và tinh chế dầu mỏ, công nghiệp hoá dầu, công nghiệp hoá học, công nghiệp dược
6
6
phẩm, thực phẩm, giấy và nghiền giấy, thép và các vật liệu không có sắt, xi măng,
năng lượng, gas, nước và nước thải ……
CENTUM CS 3000 là hệ thống điều khiển với các sản phẩm ứng dụng những
công nghệ mới nhất, với nhiều tính năng, mềm dẻo và độ tin cậy dựa trên hệ thống bus
điều khiển V-net.
* Một số đặc điểm và tính năng cơ bản của hệ thống :
- Các thành phần của hệ DCS có sự tham gia của máy tính
+ Giao diện người –máy (HIS) thiết kế dựa trên một máy tính thông dụng
+ Dựa trên cơ sở windows NT làm hệ điều hành cho HIS (đây là hệ thống mở ,
với sự hỗ trợ của hệ điều hành ta có thể thực hiện di chuyển dữ liệu giữa các quá trình
và các ứng dụng chạy trên nền NT sử dụng giao tiếp OPC và hoặc DDE)
+ Môi trường vận hành hoạt động thân thiện người dùng kết hợp các vận hành
cơ bản của windows với các chức năng vận hành và giám sát đặc biệt của hệ DCS
+ Có thể sử dụng máy tính thông thường làm cơ sở cho các trạm HIS và hoặc
các trạm giao diện kiểu console thông thường
- Khả năng mạnh của các chức năng điều khiển giám sát
+ Có thể tới 2500 cửa sổ tạo ra bởi người dùng cho công việc vận hành và giám
sát quá trình .
+ Thời gian update 1 sec
+ Trên các cửa sổ đồ hoạ, ta có thể chạy chương trình Visual Basic và hiển thị
sự vận động của quá trình.
+ Sử dụng các phím vận hành thực hiện các chức năng như những phím tắt gọi
chương trình

+ Cho phép vận hành và giám sát trên phạm vi rộng như các hệ DCS thông
thường.
- Với hai kiểu trạm điều khiển .
+ Theo tiêu chuẩn “pair and spare” ( kép và dự phòng; CPU kép trên CPU card,
tại một thời điểm có một CPU card active một standby) với dự phòng CPU , V-net bus,
và card nguồn.
7
7
+ Dạng chuẩn (có hỗ trợ vào ra từ xa) và dạng compact: Với khả năng tới 256
trạm vận hành trên mỗi hệ thống, đây cũng có thể nói là con số lý tưởng cho các dự án
từ vừa đến lớn.
- Các modul vào ra tích hợp.
+ Trong hệ thống sử dụng cùng một loại modul vào ra. Tín hiệu từ cặp nhiệt
điện và RTD có thể nối trực tiếp đến các đầu vào tín hiệu.
- Các chức năng điều khiển và truyền thông mạnh
+ Với các chức năng đã được kiểm định , bao gồm mọi thứ từ bộ điều khiển PID
đến điều khiển tuần tự đến điều khiển phân đoạn.
+ Cho phép tạo các khối chức năng giám sát dựa trên các các khối cơ bản một
cách dễ dàng.
+Giao tiếp kết hợp cho phép hỗ trợ và tương tác với các hệ thống đơn lẻ như
PLC và hệ thống đo mức chứa…
- Hiệu quả kĩ thuật.
+ Các chức năng tương tác với hệ thống, thiết kế với số đầu vào cần thiết tối
thiểu
+ Các dữ liệu kĩ thuật có thể được đặt tên và lưu lại dưới các file dữ liệu
+ Một bộ phận của cấu hình hay định nghĩa cho một đơn vị nào đó trong hệ
thống có thể được lưu lại và đưa ra tái sử dụng.
+ Các dữ liệu kĩ thuật có thể được export ra các dữ liệu chương trình ứng dụng
khác chạy trên máy tính PC và ngược lại các dữ liệu đó có thể được import ngược trở
lại như những dữ liệu thông tin kĩ thuật.

- Chức năng kiểm tra ảo không cần có phần cứng tham gia.
+ Có thể kiểm tra các chức năng trên phần mềm mô phỏng mà không cần có yếu
tố phần cứng. Trên đó bạn cũng có thể thực hiện các công việc thiết kế, gỡ rối chương
trình , chỉ cần trên máy tính PC thông thường và phần mềm hỗ trợ của hệ thống
CENTUM CS 3000 .
- Đóng gói điều khiển phân đoạn điều khiển mẻ.
+ Có thể đóng gói quá trình điều khiển phân đoạn và quản lí dựa trên tiêu chuẩn
ISA S88.1
8
8
- Tính tương tác giữa CENTUM CS và các sản phẩm tích hợp µXL.
+ Với bộ chuyển đổi bus bạn có thể thực hiện kết nối tới CENTUM CS ,
CENTUM CS 1000 , CENTUM- XL , CENTUM-V, và µXL . CENTUM CS có thể
được nối trên cùng một bus.
+ Trong môi trường công nghiệp, một hệ thống điều khiển quá trình cần phải
đồng bộ với các hệ thống phụ như (Fatory Automation), hệ thống PLC. Với CS3000
cho phép thiết lập được hệ thống tối ưu, hệ thống mở, ở đó có sự tích hợp của CS3000
với nhiều hệ thống phụ khác. Chẳng hạn với hệ thống có sự tích hợp giữa DCS với
PLC cung cấp một môi trường hoạt động rất thân thiết với người sử dụng.
- So sánh với CS1000 :
CS1000 CS3000
Số nhãn giám sát tối đa 8000tag 100000tag
Số trạm tối đa 24 256
Số vùng tối đa 1 16
Số trạm tối đa cho một vùng 8HIS,16FCS 64(tất cả),16HIS
2. Cài đặt Centum CS3000
a. Yêu cầu cấu hình
Đối với ổ cứng: thì yêu cầu phải có ít nhất 2 GB trống cho mỗi PC
Máy PC có bộ nhớ ảo khoảng 400 MB trở lên
Card màn hình : từ 8 MB lên

Hệ điều hành : Dùng Window NT , Windows 2000 hoặc
Window XP with SP1 ( với phiên bản R3)
b. Cách cài đặt.
Trước khi cài đặt phải chuẩn bị : đĩa CD- ROM drive( hai đĩa CD ) , đĩa mềm
3,5 inch, phần mềm Service pack 1
Các bước cài đặt :
1. Cài đặt hệ điều hành window (nếu đã cài rồi thì bỏ qua)
9
9
2. Cài đặt Service back . Bước này không yêu cầu cho loại
HIS console
3. Setup window : Để thiết lập mạng , bộ nhớ ảo và các công việc về sắp xếp bộ
nhớ .
4. Cài đặt lại Service pack
5. Cài đặt phần mềm CS3000 và phần mềm hướng dẫn sử dụng cho người vận
hành
6. Thiết lập window : Mạng, tên người sử dụng và các thông tin cần thiết để cài đặt
CS3000.
Các bước cài đặt centum CS3000:
1. Coppy các file trong thư mục ”keycode” vào đĩa mềm
Sau đó cứ để nguyên đĩa đó .
2. Chạy đĩa CD- ROM có phần mềm CS3000 ( Chạy file setup.exe)
3. Nhấn next 3 lần để xác nhận phần mềm, đích cài và đăng ký tên, bản quyền
người sử dụng
4. Một hội thoại để vào ID hiện ra , gõ vào :0cs1k0304724
5. Một thông báo “ Insert next . . . “hãy nhấn NO
6. Thông báo tiếp theo chỉ ra các phần mềm sẽ được cài đặt, nhấn Next
7. Một thông báo hiện ra hãy nhấn NO. Chương trình bắt đầu cài
8. Một thông báo sẽ xuất hiện: Insert next CD- ROM, đưa đĩa thứ hai vào để tiếp
tục cài

9. Một thông báo hiện ra, hãy nhấn NO
10. Nhấn next hai lần để chấp nhận cấc yêu cầu cài đặt.
11. Hiện ra thông báo khởi động lại máy, nhấn OK.
c. Thiết lập hệ thống sau khi cài đặt CS 3000.
* Công việc 1: Cài đặt bộ Network Drives
* Công việc 2: Đặt lại tên vùng kết nối
* Công việc 3: Đặt địa chỉ cho mạng
Mạng Ethernet: IP address 172.16.1.24
Mạng control bus: IP address 172.17.1.24
1
0
1
0
* Công việc 4: Adapters và Bindings
* Công việc 5: Thay đổi tên máy
* Công việc 6: Thiết lập bộ Driver
II. Giới thiệu cấu trúc phần cứng:
Hệ thống CS3000 bao gồm: HIS (Human Interface Station) dùng để điều khiển
các chức năng vận hành và giám sát, FCS (Field Control Station) thực hiện chức năng
điều khiển, và mạng điều khiển (V net) kết nối giữa các trạm trên. Các chức năng khởi
tạo, định nghĩa của hệ thống làm việc trong HIS và các máy tính PC sử dụng cho mục
đích chung.
Hình 3.1 – Cấu hình cơ bản hệ thống CS3000
1.HIS – Human Interface Station: Trạm giao diện người máy.
HIS là thiết bị được sử dụng chủ yếu trong vận hành và giám sát hệ thống. HIS
thu thập các thông tin như thông số công nghệ, giá trị đặt, giá trị đo, tham số điều
khiển và các cảch báo, báo động từ FCS để đánh giá tình trạng hoạt động của nhà máy
1
1
1

1
và hệ thống điều khiển. Các thông tin này được thể hiện dưới dạng dễ hiểu, dễ đọc trên
màn hình như biểu đồ, đồ thị , văn bản, biểu mẫu trang đồ hoạ. Từ đó nó cung cấp một
môi trường vận hành ít lỗi do nhầm lẫn nhất
Có hai loại HIS: Console Type HIS và Desktop Type HIS, cả hai loại này đều là
các máy tính PC công dụng chung.
* Kiểu trạm máy tính thông dụng Desktop Type HIS.
Trạm loại này dùng máy tính đa dụng tương thích với IBM PC/AT hoặc máy
tính đa dụng tương tính với PC/AT, máy tính của YOKOGAWA.
Đặc tính kỹ thuật của máy tính cho HIS như sau:
CPU : Pentium 166MHz hoặc mạnh hơn.
Bộ nhớ trong : 64 MB trở lên
Đĩa cứng : 2GB hoặc hơn (Đĩa phải trống 500MB hoặc lớn hơn)
CARD màn hình :1024*768 hoặc hơn, 256 màu
Bộ nhớ card màn hình : 2MB hoặc hơn
Màn hình : 17 inch hoặc hơn
Cổng nối tiếp : Một cổng RS 232C hoặc nhiều hơn ( kiểu 9chân)
Cổng song song : Một cổng hoặc nhiều hơn
Rãnh mở rộng : PCI, ISA ( Một rãnh PCI cho CARD mạng V/VL một cho
CARD mạng Ethernet )
Nguồn cấp : 220 - 240 VA
Phần mềm cơ bản : Windows NT phiên bản 4.0 kèm Service Pack 3.0.
với phiên bản CS3000 R3 thì có thể chạy trên Windows 2000 hoặc có thể chạy trên
Windows XP Service Pack 1.0
* Kiểu trạm máy tính chuyên dụng Console Type HIS
Cấu tạo của Console Type HIS bao gồm một bàn giao tiếp và một máy tính PC.
Đây là loại HIS có sử dụng công nghệ PC mới nhất để thực hiện các chức năng vận
hành của hệ DCS
Hình dưới đây thể hiện hai loại màn hình LCD 15” và 18” của Console Type
HIS:

1
2
1
2
Hình 3.2 - Màn hình LCD Console Type HIS
1
3
1
3
Trên màn hình kiểu này bao gồm :
- Màn hình LCD
-Panel cảm giác
-Bàn phím chức năng
-Ngăn kéo
-Bàn phím kỹ thuật
-Máy tính PC công dụng chung
-Con chuột
2. Trạm điều khiển hiện trường: Field Control Station.
Trạm điều khiển hiện trường FCS thực hiện chức năng điều khiển nhà máy.
Phần cứng chung được sử dụng cho các trạm điều khiển khu vực trong các hệ thống
CENTUM CS 1000 và CENTUM CS 3000 là PFCS và PFCD (gọi chung là PFCS).
Phần cứng chỉ được sử dụng trong hệ thống CENTUM CS3000 cho các trạm điều
khiển khu vực là các khối điều khiển AFS10S, AFS10D, AFS20S và AFS20D (gọi
chung là LFCS).
Trong cấu hình chuẩn của PFCS, các thành phần chính của nó gồm 2 khối Nest
vào/ra (I/O module Nest) chứa các mô đun vào/ra để chuyển các tín hiệu đi và về từ
thiết bị. Bằng việc thêm 1 rack mở rộng vào/ra, một PFCS có thể có tới 5 nest mô đun
vào/ra. LFCS bao gồm các Node, I/O Nest và mạng tín hiệu RIO bus.
♦ PFCS Trạm điều khiển đơn.
♦ PFCD Trạm điều khiển kép.

♦ AFS10S Trạm điều khiển đơn kiểu rack treo.
♦ AFS10D Trạm điều khiển kép kiểu rack treo.
♦ AFS20S Trạm điều khiển đơn kiểu tủ.
♦ AFS20D Trạm điều khiển kép kiểu tủ.
Tất cả các kiểu trạm điều khiển khu vực này gọi tổng quát là FCS. Với centum
CS3000, FCS có những loại sau:
• Standard FCS ( LFCS và KFCS)
1
4
1
4
FCS sử dụng RIO Bus để kết nối giữa khối điều khiển FCS với các
module vào ra và các module khác
KFCS sử dụng ESB bus và ER bus để kết nối giữa khối điều khiển FCS
với các module vào ra và các module khác
LFCS phù hợp với điều khiển sử dụng số lượng lớn dữ liệu vào ra trong
khi đó KFCS phù hợp với ứng dụng điều khiển cần tốc độ cao.
• Compact type FCS ( SFCS hay PFCS)
FCS này thường được đặt gần thiết bị hoặc quá trình mà nó điều khiển,
thường sử dụng cho việc kết nối với hệ thống phụ.
- Đối với KFCS: FCU (Field control unit ) và các node được nối với nhau
bằng bus ESB (Extended Serial Backboard ) hoặc bus ER (Enhanced Remote)
- Đối với LFCS: FCU và các node được nối với nhau qua RIO bus.
- Đối với SFCS : Không có node , FCU và I/O unit được nối trên cùng một
backplate.
Sau đây sẽ giới thiệu cụ thể hơn về các FCS đã nêu ở trên .
2.1 Standard FCS cho FIO (KFCS)
Standard FCS cho FIO (KFCS) gồm có một FCU, ESB bus, EB bus và các node
unit
- FCU (Field Control Unit) bao gồm card và unit, nó thực hiện việc tính toán

điều khiển cho FCS. Với FCU kép , Card của bộ xử lý gồm hai chiếc, các thiết bị:
nguồn, card giao tiếp với ESB bus và đều được dự phòng kép.
- ESB bus và ER bus
ESB bus (Extended Serial Backboard Bus) là bus truyền thông sử dụng để kết
nối các local node, được cài trên cùng cabinet với FCU. Bus này được dự phòng kép.
Khoảng cách lớn nhất có thể truyền là 10 m
ER bus ( Enhanced )là bus truyền thông dùng để kết nối các node ở xa với FCU.
Việc kết nối này thực hiện bằng các module giao tiếp với ER bus ( được cài đặt trên
1
5
1
5
cùng cabinet với FCU hoặc một vị trí xa cabinet này). Khoảng cách lớn nhất có thể
truyền là 185 m ( sử dụng cáp đồng trục 10 base2 ) hoặc 500 m (với cáp 10base5) và
có thể đạt tới 2 km khi có sử dụng các bộ lặp quang
- Node unit (NU) trên KFCS
Node unit (NU) trên KFCS là đơn vị xử lý tín hiệu làm nhiệm vụ chuyển đổi và
truyền tín hiệu vào ra số hoặc tương tự nhận được từ các thiết bị hiện trường. Trên NU
có các ESB bus node unit cài đặt ở trạm FCS và ER bus node unit cài đặt trên cabinet.
Để kết nối, node unit có một module ghép nối ESB hoặc module ghép nối ER và các
module vào ra.
Hình sau đây mô tả cấu tạo và cách kết nối của node với FCU
Hình 3.3 Kết nối của node với FCU
2.2 Standard FCS cho RIO (LFCS)
Đối với Standard FCS cho RIO (LFCS), FCU nối tới các node bởi RIO bus. Ta
có thể chọn dự phòng cho FCU của CPU và RIO bus. Có thể đặt ở cabinet hoặc đặt ở
trên rack ( rack mounting).
CPU dự phòng : Đơn hoặc đôi ( kiểu dự phòng kép ).
Kiểu lắp đặt : Trên cabinet hoặc rack
RIO bus : Đơn hoặc dự phòng đôi

• Field control Unit (FCU) cho RIO
1
6
1
6
FCU cho RIO gồm có processor, các card và các unit. Với FCU kép, card xử lý
(processor card ), nguồn cấp ( power unit ) và card ghép nối RIO (RIO unit interface
card ) đều được dự phòng kép .
• RIO bus
RIO bus ( Remote I/O bus ) nối FCU tới các I/O node và có thể được dự phòng
kép. I/O node không nhất thiết phải ở trên FCU cabinet, chúng có thể được đặt ở xa.
Nếu ta dùng cáp xoắn đôi bọc kim thì có thể đặt cách xa 750 m, và nếu sử dụng bộ lặp
cùng với sợi quang thì khoảng cách có thể lên đến 20 km.
• Node
Node bao gồm các unit làm nhiệm vụ kết nối giữa các tín hiệu số và tín hiệu
tương tự , các khối giao diện node được truyền thông bằng RIO bus với các FCU.
-Khối giao diện Node : Node interface unit (NIU)
Khối giao diện Node bao gồm card truyền thông RIO bus và card nguồn, cả hai
đều được dự phòng.
- Khối I/O bao gồm các I/O module Nest mà nó chứa các module vào ra và được
kết nối với bộ xử lý.
Hình 3.4. Kết nối node với cấp trường
2.3 Compact FCS (SFCS)
Với loại SFCS này thì có nguồn cấp và CPU được dự phòng kép. Trên FCS này
gồm có: Bộ xử lý ( processor unit), bộ nối bus điều khiển ( control bus coupler units ),
1
7
1
7
nguồn pin (battery units) , đầu ra công tắc(contact output unit), board nguồn cấp, các

module vào ra, rack mở rộng
Hình dưới đây là của một compack FCS với các rack mở rộng
Hình 3.5. Cấu hình của một Compack FCS
2.4 Cấu hình vào ra :(I/O Module Nests and I/O Modules,Các kiểu Nest module
vào/ra)
Cấu hình các thiết bị vào/ra:
1
8
1
8
Hình 3.6 Cấu hình các thiết bị vào ra
2.4.1 Nest.
Các kiểu Nest:
Có 9 kiểu Nest mô đun vào/ra như trong bảng sau:
(*2)
*2: AMN51
PFCS
Bảng 3.7 – Các loại Nest mô đun vào/ra
- Nest AMN11 cho các mô đun vào/ra tương tự
Nest vào/ra tương tự là nơi để lắp đặt các mô đun vào/ra tương tự. Một Nest mô
đun vào/ra tương tự có thể chứa được 16 mô đun vào/ra.
- Nest AMN12 cho các module vào ra tương tự với tốc độ cao
1
9
1
9
Các mô đun vào/ra có thể lắp vào Nest vào/ra tương tự như trong bảng sau:
Bảng 3.8 – Các module lắp trong Nest AMN11
- Nest AMN31 cho các module khối đầu cuối ( terminal) chứa các module I/O đa
nhiệm và module I/O số, có thể có 2 module được đặt trong nest này.

Các module vào ra có thể lắp vào nest này:
Bảng 3.9 Các module vào ra lắp trên nest AMN31
- Nest AMN32 cho các module vào/ra số (kiểu đầu nối - Connector)
Module đa nhiệm đầu vào áp (kiểu đầu nối) và các mô đun vào/ra số (kiểu đầu
nối) có thể được lắp đặt trong Nest AMN32, có thể nắp tới 4 module vào ra trên nest
này
2
0
2
0
Bảng 3.10. Các module trên AMN32
- Nest AMN33 cho các mô đun thông tin
Các mô đun thông tin được lắp đặt trong Nest thông tin AMN33. Có thể lắp tới
2 mô đun trong 1 Nest.
Bảng 3.11. Các module trên AMN33
- Nest AMN34 cho các module I/O vào ra Analog điều khiển nhiều điểm, có hai
module lớn nhất có thể lắp trên nest này
- Nest AMN51 cho Card thông tin
Các Card thông tin được lắp đặt trong Nest thông tin AMN51. Có thể lắp tới 2
Card trong 1 Nest. Nest thông tin AMN51 chỉ được lắp đặt trong PFCS.
Bảng 3.12. Các module trên AMN51
2
1
2
1
2.4.2 Các module vào ra I/O
Module I/O có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu vào ra số hoặc tương tự từ thiết bị
hiện trường tới trạm điều khiển FCS hay đưa ra lệnh điều khiển từ FCS tới các thiết bị
hiện trường
Có 7 loại I/O module sau:

• Analog I/O modules
• Multipoint Control Analog I/O Module
• Relay I/O Module
• Multiplexer Module
• Digital I/O Module
• Communication Module
• Communication Card
- Các loại module Analog I/O
Bảng 3.13. Các module Analog I/O
+ AAM10: Module dùng cho việc chuyển đổi tín hiệu chuẩn với dải đo 1 – 5 V và 4 –
20 mA
+ AAM11/AAM11B: Tương tự như AAM10 nhưng nó có thể mở rộng dải đo của tín
hiệu
+ AAM21/AAM21J: Chuyển đầu vào tín hiệu từ bộ mV, cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở
hoặc các tấm nhiệt
+ AAM50: Chuyển đổi và đưa ra giá trị dòng từ 4 – 20 mA
+ AAM51: Chuyển đổi và đưa ra giá trị dòng từ 4 – 20 mA hoặc 0 – 10 V
Cả hai loại trên đều được dự phòng kép
2
2
2
2
+APM11: Module đầu vào xung, nó nhận và tính toán các xung công tắc, xung dòng
và xung áp từ hiện trường. Nó cũng đưa ra sự chuyển đổi tín hiệu đầu vào để cách ly
với điện trở xung, và những đầu ra này coi như các đầu ra phụ.
- Module Relay I/O gồm các khối đầu cuối và các card. Đầu vào là dạng tín hiệu
24VDC, 16 đầu ra được cách ly với thiết bị trường
- Module multiplexer: Bao gồm các cặp đầu nối hoặc bộ kết nối và các card chuyển đổi
vào, nó có thể kết nối được với 16 điểm tín hiệu ra 4 – 20 mA
Bảng 3.14 Các module multiplexer

- Module I/O digital: Bao gồm các card, các bộ đầu cuối và các bộ công tắc, có thể kết
nối 16 hoặc 32 đầu vào ra
Các loại module digital I/O
Bảng 3.15. Các module digital I/O
2
3
2
3
- Module truyền thông: Dùng để kết nối các hệ thống phụ ( chẳng hạn như hệ thống
PLC) với các trạm FCS bởi mạch truyền thông nối tiếp và cũng để kết nối với hệ điều
khiển giám sát. Module truyền thông fielbus dùng để kết nối các thiết bị hiện trường
với các giao diện bus trường
Các loại module truyền thông:
- Model ACM11: Module truyền thông RS232
- Model ACM12: Module truyền thông RS422/ RS485.
- Model ACF11: Module truyền thông bus trường
- Card truyền thông: PFCS, SFCS: Được sử dụng để tăng khả năng truyền thông giữa
FCS với các hệ thống phụ cho bởi việc truyền thông nối tiếp
Các loại model cho card truyền thông:
ACM21: Card truyền thông RS232
ACM22: Card truyền thông RS422/RS485
ACM71: Module truyền thông Ethernet
- Multipoint Control Analog I/O Module: Module điều khiển vào ra tương tự đa kênh
với 8 tín hiệu analog 1 – 5 VDC thành các tín hiệu số cho đầu vào và cũng có thể là 8
tín hiệu số thành tín hiệu 4 – 20 mADC dạng tương tự cho đáp ứng đầu ra
2.4.3 Kết hợp các Nest vào/ra và các mô đun vào/ra
Các nest vào ra khác nhau và các module vào ra khác nhau có thể được kết hợp
với nhau theo bảng sau đây:
2
4

2
4
Bảng 3.16. Các cách kết hợp nest và module (*1)
Bảng 3.17 Các cách kết hợp nest và module (*2)
2
5
2
5