Phân tích và nghiên cứu hệ thống điều khiển công đoạn nghiền liệu của nhà máy xi măng

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được những yêu cầu đặt ra trong nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
này, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ.
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô giáo đã
dạy dỗ truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập từ
phổ thông đến đại học.
Em xin được gửi lời cảm ơn trực tiếp tới thầy giáo Nguyễn Mạnh Tiến –
người đã tận tình chỉ đạo và hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này.
Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các kỹ sư của công ty xi măng xi
Hoàng Thạch – những người đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá
trình thực tập cũng như cung cấp những tài liệu liên quan đến đề tài tốt nghiệp này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, những người thân và
bạn bè đã luôn theo sát động viên cả về vật chất và tinh thần.
Em xin chân thành cảm ơn!

1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các công nghệ tiên
tiến, các dây chuyền và thiết bị hiện đại đang được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh
vực của đời sống xã hội. Trong bối cảnh đất nước ta không ngừng phát triển, đẩy
mạnh quá trình CNH-HĐH đất nước, việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống tự
động hóa nói chung và các hệ điều khiển công nghiệp nói riêng đã và đang trở thành
một yêu cầu cấp thiết.
Xi măng là một trong những nghành công nghiệp quan trọng trong nền kinh
tế quốc dân, trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng xã hội. Để đáp ứng với nhu cầu xây
dựng trong quá trình phát triển và hội nhập, nhiều nhà máy xi măng đã không
ngừng cải tiến công nghệ, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Nhiều sáng
kiến, cải tiến kỹ thuật, đề tài nghiên cứu khoa học đã được áp dụng vào sản xuất
kinh doanh mang lại hiệu quả kinh tế to lớn.
Với mục đích tìm hiểu về quy trình công nghệ và kỹ thuật mới trong nghành
công nghiệp sản xuất xi măng, em đã được giao đề tài: “Phân tích và nghiên cứu

hệ thống điều khiển công đoạn nghiền liệu của nhà máy xi măng”
Nội dung bản đồ án gồm các phần cơ bản như sau:
 Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng và công nghệ nghiền
liệu.
 Chương 2: Tìm hiểu chung về hệ thống DCS của nhà máy sản xuất xi măng.
 Chương 3: Tìm hiểu PCS7 và phần mềm CEMAT.
 Chương 4: Ứng dụng PCS7 và phần mềm CEMAT trong công nghệ sản xuất
xi măng.
Do kiến thức và kinh nghiệm của em còn hạn chế, bản đồ án này chắc chắn còn
nhiều thiếu sót. Em kính mong nhận được sự hướng dẫn, góp ý của các thầy cô để
bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI
MĂNG VÀ CÔNG NGHỆ NGHIỀN LIỆU
1.1. Tổng quan công nghệ sản xuất xi măng
1.1.1. Các thành phần hoá học của xi măng
Xi măng là chất kết dính thuỷ lực cứng trong nước và không khí được tạo ra
bởi việc nghiền chung clinke với thạch cao và một số phụ gia khác. Các phụ gia và
thạch cao được lấy từ tự nhiên (các mỏ), còn clinhke là thành phần quan trọng nhất
của xi măng, quyết định tính chất của xi măng, thì được tạo ra nhờ quá trình nung
luyện các chất. Nguyên liệu chính để sản xuất clinhke là đá vôi, đá sét, quặng sắt và
bôxit. Chất lượng của clinhke phụ thuộc vào thành phần hoá học và thành phần
khoáng của nó.
Thành phần hoá học của clinhke được biểu diễn bằng tỉ lệ oxit các thành
phần trong phối liệu và là chỉ tiêu quan trọng nhất để kiểm tra chất lượng clinke.
Tổng hàm lượng oxit cơ bản chiếm tới 95% - 98%. Thông thường tỉ lệ này như sau:
CaO: (63% - 67%), SiO
2
(21% - 24%), Fe

2
O
3
(2% - 4%), Al
2
O
3
(4% - 7%)
Bằng cách thay đổi tỉ lệ hàm lượng các oxit mà ta có thể thay đổi được tính
chất xi măng. Trong quá trình nung luyện, 4 oxit cơ bản này sẽ tác dụng với nhau
tạo thành khoáng xác định tính chất của xi măng.
Các phụ gia được đưa vào phối liệu như: đá trắng, đá bazan…nhằm tăng
cường hoặc hạn chế một số tính chất nào đó của xi măng như: độ kết dính, độ đóng
rắn, tính bền nước…
1.1.2. Các phương pháp sản xuất xi măng
Tuỳ thuộc vào dạng phối liệu được chuẩn bị trước khi đưa vào lò nung mà
người ta phân ra các phương pháp sản xuất khác nhau:
• Công nghệ ướt: hỗn hợp bột nguyên liệu được khuấy đồng nhất trong nước
dưới dạng bùn lỏng trước khi đưa vào lò nung.
• Công nghệ bán khô: hỗn hợp bột nguyên liệu được trộn ít nước và tạo thành
dạng viên trước khi đưa vào lò nung
• Công nghệ khô: hỗn hợp bột nguyên liệu được đồng nhất dưới dạng bột khô
hoàn toàn trước khi đưa vào lò nung.
Tương ứng với các phương pháp sản xuất khác nhau đó thì lại có các hệ
thống lò nung riêng:
• Công nghệ ướt: lò ống dài.

3
• Công nghệ bán khô: lò ống đứng.
• Công nghệ khô:lò ống dài công nghệ khô, lò ống làm nguội kiểu hành tinh,

lò ống có xiclon trao đổi nhiệt, lò ống có tháp tiền nung và xiclon trao đổi
nhiệt.
1.1.3. Tổng quan công nghệ sản xuất xi măng
Việc sản xuất xi măng được thực hiện chủ yếu theo các công đoạn sau:
Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan công nghệ sản xuất xi măng

4
a. Khai thác liệu và đập liệu
Đá vôi được khai thác theo phương pháp cắt tầng bằng nổ mìn sau đó dùng
xe ủi hạng lớn ủi xuống chân núi. Dưới chân núi, máy xúc có công suất lớn xúc đá
lên xe tải, băng tải xích chuyển về máy đập. Đá sau khi được đập có kích thước cực
đại cỡ 15mm, qua hệ thống băng tải cao su vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ. Bụi
sinh ra được lọc qua các ống tay áo lọc bụi.
Cũng giống như đá vôi, đá sét có kích thước <1000mm được máy xúc đổ lên
xe tải chuyên dụng tự đổ vận chuyển vào phễu tiếp liệu, nhờ băng tải xích đá sét đi
vào máy đập kiểu va đập đàn hồi đập sơ bộ xuống cỡ < 75mm. Sau đó đá sét được
băng tải cao su vận chuyển tới máy cán hai trục để đập hai lần xuống kích thước
còn < 25mm. Sau khi cán đá sét được hệ thống băng tải cao su vận chuyển về kho
đồng nhất sơ bộ.
b. Kho đồng nhất sơ bộ
Đá vôi và đá sét, silicat sau khi đập được chuyển về kho xếp thành hai đống
mỗi loại, và đổ vào kho bằng 4 cầu rải. Cầu sẽ rải liệu thành từng luống ở cả lượt đi
và lượt về (có từ 8 đến 29 luống). Ở đây có 2 hệ thống gầu xúc (khoảng 20 gầu),
dùng để xúc liệu từ kho đồng nhất lên hệ thống cân định lượng tự động Đôsimat,
định đúng khối lượng cần dùng theo tỉ lệ cân từ băng tải chung chuyển đá tới cổ tiếp
liệu cho máy sấy nghiền nguyên liệu. Nguyên tắc làm việc của kho là khi đống này
được đổ thì đống kia đang được xúc.
c. Công đoạn nghiền liệu
Mục đích của máy nghiền liệu là sản xuất ra bột liệu đồng nhất đủ các tiêu
chuẩn cho phép nung tốt trong lò.Việc này phải được thực hiện một cách kinh tế

nhất đồng thời phải bảo đảm hoạt động tin cậy và phải đáp ứng được các đặc tính
như: kích cỡ hạt liệu, khả năng nghiền nhỏ, độ dính và độ mài mòn.
Các nguyên liệu thô từ kho chứa đồng nhất sơ bộ được cân trên băng tải để
giám sát khối lượng đặt sau đó được trộn với cát thạch anh và sỉ sắt với thành phần
phù hợp theo công nghệ ngay trên băng tải chính trước khi đổ vào máy nghiền.
Trong máy nghiền hỗn hợp phối liệu sẽ được nghiền mịn.
Ở công đoạn này bộ phân ly làm nhiệm vụ kiểm tra độ mịn của phối liệu.
Những hạt nguyên liệu đủ độ mịn sẽ được chuyển đến silo-CF hoặc đưa thẳng đến
tháp tiền nung. Những hạt chưa đạt tiêu chuẩn kích thước sẽ đưa trở lại máy nghiền
để nghiền lại đến khi đủ độ mịn.

5
Phòng phân tích hoá nghiệm KCS làm nhiệm vụ lấy mẫu và phân tích mẫu
như thành phần hoá học của các nguyên liệu bằng hệ thống QCX để điều chỉnh
thành phần các nguyên liệu đầu vào. Việc phân tích được thực hiện theo chu kỳ và
hoàn toàn tự động để đảm bảo chất lượng của xi măng.
d. Công đoạn đồng nhất phối liệu
Liệu ở silo lắng được tháo vào silo theo kiểu tháo chéo (đây cũng là một
bước sơ bộ nữa). Silo gồm 2 tầng, đáy silo có hệ thống máy nén khí - sục khí vào
trong silo để đồng nhất phối liệu và tạo sự linh động cho phối liệu khi tháo sẽ dễ
dàng. Khi khởi động công đoạn này một trong hai silo đã được nạp đến một nửa.
Sau đó liệu được nạp vào từng silo theo những khoảng thời gian đặt trước. Khi liệu
đã được điền đầy một trong hai silo thì tháo từ silo đầy xuống silo chứa bên dưới
theo nguyên tắc silo đang tháo sẽ không được nạp còn silo đang nạp sẽ không được
tháo. Mỗi silo đều có các thiết bị đo mức và báo mức đầy đến trung tâm điều khiển
về tình trạng của từng silo.
Công đoạn đồng nhất phối liệu có hai chức năng :
- Cung cấp cho lò nung nguyên liệu có thành phần hoá học và độ mịn ổn định.
- Cung cấp cho kho trung gian bột liệu có thành phần hoá học và độ mịn ổn
định.

Có hai hệ thống đồng nhất liệu chính:
- Hệ thống ngắt quãng Silo-FF (dòng qua phễu)
- Hệ thống liên tục silo-CF (dòng chảy được điều khiển)
e. Công đoạn nung Clinke
Trước khi liệu đưa vào lò nung, phải qua tháp sấy 5 tầng - gồm 5 silo đồng
nhất, mỗi silo được chia thành 2 tầng : tầng 1 dùng để đồng nhất, tầng 2 dùng để
chứa bột liệu. Liệu có thể được tháo từ tầng 1 của silo thứ nhất sang tầng 2 của silo
thứ 2 hoặc có thể tháo trực tiếp xuống tầng 1 của silo đó. Liệu được sấy sơ bộ đến
gần 1000
0
C trước khi đi vào lò nung. Nhiên liệu để nung là bột than được phun ở áp
suất cao dưới dạng mù. Dòng khí nóng đi ngược từ đáy lò đến đỉnh lò. Liệu từ két
chứa được đi xuống, liệu đi vào lò nhiệt độ tăng dần làm các phản ứng pha rắn xảy
ra và được kết khối ở 1300
0
C đến 1450
0
tạo thành clinhke.
Clinke ra khỏi lò có nhiệt độ khá cao được làm nguội qua hệ thống giàn ghi
để làm mát đên khoảng 120
0
. Clinhke được ủ từ 7 đên 15 ngày trước khi tháo cùng
phụ gia và thạch cao vào máy nghiền xi măng.

6
f. Công đoạn nghiền xi măng
Clinker, thạch cao và phụ gia ở trong các két chứa được tháo qua một hệ
thống van vào các cân Dosimat để đổ vào hệ thống băng tải 2 chiều để đồng nhất
các thành phần.
Clinker, thạch cao và phụ gia sau khi đồng nhất được đưa vào máy nghiền xi

măng để tạo ra sản phẩm xi măng. Thành phần Clinker, thạch cao, phụ gia được
điều chỉnh để đạt được chất lượng xi măng theo yêu cầu. Máy nghiền xi măng là
máy nghiền kiểu bi đạn. Để đảm bảo nhiệt độ của xi măng, trong khi nghiền nước
được phun vào dưới dạng sương mù ở áp suất cao. Ngoài ra máy nghiền còn được
giám sát bởi Pholaphone để đo mức độ ồn của máy nghiền để điều chỉnh lượng liệu
cấp vào máy nghiền. Khi độ ồn lớn tức là liệu cấp vào ít hệ thống phản hồi về các
cân Dosimat để tăng lượng liệu cấp vào máy nghiền và ngược lại.
Xi măng ra khỏi máy nghiền được đưa qua bộ phân ly tại đây có sự sàng lọc.
Nếu hạt xi măng quá to thì được thu hồi trở lại đầu máy nghiền. Nếu xi măng đạt
tiêu chuẩn thì được đưa đến 5 Silo chứa ở bên kia sông qua hệ thống băng tải. Nếu
hạt xi măng quá lớn thì được thu hồi và đưa trở lại máy nghiền. Một phần xi măng
ra khỏi máy nghiền được thu hồi bởi hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
g. Quá trình đóng bao và xuất sản phẩm
Xi măng ra khỏi máy nghiền được vận chuyển lên đỉnh và đổ vào các silo
chứa bên khu vực đóng bao. Sau đó xi măng từ đáy của các silo chứa được đưa tới
thiết bị đóng bao tự động loại 50kg hoặc được xuất rời lên tàu hỏa, tàu thủy hoặc
ôtô….
1.2. Tổng quan công nghệ nghiền liệu
1.2.1. Giới thiệu chung
Công đoạn nghiền liệu tạo ra lượng liệu đạt tiêu chuẩn về độ mịn và độ ẩm
cho phép nung tốt trong lò. Thực tế nguyên liệu thô cho sản xuất xi măng rất đa
dạng, nhiều chủng loại trong tự nhiên, từ đá phấn đá sét mềm cho đến đá rắn, đá
tinh thể…Độ ẩm của nguyên liệu thô rất khác nhau từ 0
÷
20% thậm chí cao hơn.
Chính vì vậy máy nghiền thô được lựa chọn phải hoạt động một cách hiệu quả và
kinh tế nhất.
Những yếu tố sau đây quyết định việc lựa chọn một hệ thống nghiền liệu phù
hợp:
- Độ ẩm trong nguyên liệu.

- Công suất của nhà máy.

7
- Tính chất ăn mòn của nguyên liệu.
- Mức tiêu thụ năng lượng.
- Chi phí lắp đặt.
1.2.2. Các loại máy nghiền
a. Máy nghiền Tirax
Máy nghiền Tirax là loại máy nghiền quét gió nơi mà dòng khí được thổi vào
để sấy liệu và vận chuyển liệu tới bộ phân ly. Máy nghiền loại này thích hợp cho
loại liệu có độ ẩm cao.
b. Máy nghiền Tirax Unidan
Máy nghiền Tirax Unidan là máy nghiền kiểu bi đạn, sấy nguyên liệu trước
khi nghiền, làm việc theo chu trình kín và có phân ly trung gian.
Máy nghiền được thiết kế với một ngăn nghiền và một hệ thống phân loại
liệu. Máy nghiền loại này thích hợp cho loại liệu có độ ẩm thấp.
c. Máy nghiền Atox
Máy nghiền Atox là loại máy nghiền quay đứng thẳng, chu trình khí nóng,
thích hợp cho những loại nguyên liệu có độ ẩm cao.
d. Máy nghiền Dudan
Máy nghiền Dudan có 2 ngăn nghiền và một khoang sấy do vậy khả năng
sấy khô nguyên liệu cao.
Ngoài ra, trong công đoạn nghiền liệu còn có các thiết bị phụ trợ khác như:
thiết bị sấy Flash, máy nghiền drier, máy ép quay (Roller Press)…
1.2.3. Giới thiệu về hệ điều chỉnh chất lượng QCX
Vì tính pha tạp không đồng nhất của nguyên liệu thô đầu vào, thành phần hóa
học của mỗi mẻ liệu là rất khác nhau. Do vậy để đảm bảo chất lượng xi măng sản
xuất ra người ta phải sử dụng hệ thống QCX để điều chỉnh mức phối liệu nhằm đảm
bảo các thành phần hoá học thích ứng của vật liệu trước khi đưa vào máy nghiền.
Hệ QCX có hai thiết bị chính là: Máy tính Solar –16/40 và Máy phân tích

Rơnghen ARL-7400.
Máy tính Solar 16/40 nhận tín hiệu vào máy phân tích Rơnghen và đưa ra
chủ yếu là 4 tín hiệu điều chỉnh 4 chiết áp xác định mức đặt % cho đá vôi, đá sét,
xỉ sắt và cát trong tổng lượng liệu đặt trước cho máy nghiền liệu. Thành phần trăm
của đá vôi, xỉ sắt, đá sét, cát được máy tính Solar tính toán theo một chương trình

8
công nghệ đã có sẵn trong máy tính. Thành phần % các loại nguyên liệu này được
điều khiển thay đổi hàng giờ theo lượng liệu đặt tổng.
Hệ thống QCX có nhiệm vụ là biến giá trị vật lý là lượng đặt tương ứng với
một điện áp u(t). Điện áp u(t) tỷ lệ với tổng lượng liệu cho vào máy nghiền. Tổng
lượng liệu này được giữ không đổi nhờ 5 mạch vòng điều chỉnh. Mạch vòng điều
chỉnh tốc độ băng tải đổ vào máy nghiền và 4 mạch vòng điều chỉnh trọng lượng đá
vôi, sét, xỉ sắt , thạch cao đổ lên băng tải đưa vào máy nghiền. Các mức điện áp
Uq1, Uq2, Uq3, Uq4 sẽ tỷ lệ với trọng lượng của đá vôi, đá sét, xỉ sắt và thạch cao.
1.2.4. Nguyên lý hoạt động chung của công đoạn nghiền liệu
Hình 1.2 Sơ đồ tổng quan công đoạn nghiền liệu
Công đoạn nghiền liệu được tính từ quá trình vận chuyển đá vôi, đá sét từ
các kho đồng nhất sơ bộ đến khi liệu ra khỏi bộ phân ly SEPAX. Sau đây là phần
thuyết minh nguyên lý hoạt động của công đoạn nghiền liệu theo quá trình liệu
được xử lý.
Đá vôi và đá sét được lấy ra từ các đống trong kho bằng hệ thống gàu xúc
(A2L03A1 & C2L03A1). Lượng đặt (Setpoint) của mỗi gàu xúc theo tỷ lệ thành
phần của đá vôi và đá sét trong xi măng được đặt bởi hệ thống QCX. Đá vôi được
xúc và đổ lên băng tải của gàu xúc và đổ xuống băng tải J07. Trên băng tải J07 có
đặt hệ thống cân định lượng trên mỗi mét băng để giám sát lượng đá vôi được xúc.
Sau đó đá vôi được đổ xuống băng tải J08. Đồng thời có 1 gàu xúc còn lại xúc đá

9
sét và đổ lên băng J08. Hỗn hợp đá vôi và đá sét được trộn lẫn trên băng tải J08.

Đồng thời trên băng J08 người ta cũng sử dụng hệ thống cân định lượng để giám sát
tổng khối lượng 2 thành phần đá vôi và đá sét.
Cát và pirit được chứa trong các két chứa L01 và L02. Cát và pirit được tháo
chảy xuống các Dosimat A01 và B01 qua hệ thống các van. Lượng đặt theo % tỷ lệ
các thành phần được đặt bởi hệ thống QCX. Khi ra khỏi Dosimat cát được vận
chuyển theo băng tải U18 và Pirit được vận chuyển theo băng tải U17. Hai băng tải
này vận chuyển cát và pirit đổ xuống băng tải J08. Lúc này băng tải J08 đã chứa đá
vôi và đát sét được lấy từ gầu xúc với tỷ lệ thích hợp. Hỗn hợp các thành phần đá
vôi, đá sét, cát và pirit được trộn lẫn trên băng J08 và sau đó đổ xuống băng tải
chính J09 để đổ vào máy nghiền liệu M01. Nguyên liệu trước khi vào máy nghiền
cần phải đảm bảo về độ ẩm trong khoảng 6-7%. Nếu độ ẩm được đảm bảo thì
nguyên liệu được sấy trong máy nghiền và khí nóng là khí hoàn lưu được lấy từ lò
nung. Nếu độ ẩm của nguyên liệu lớn thì ngoài khí hoàn lưu được cấp từ lò nung thì
nguyên liệu cần được sấy bổ xung bổ từ máy sấy phụ T01. Mục đích của việc sấy
phụ trợ là để đảm bảo chất lượng của phối liệu đầu ra của máy nghiền.
Máy nghiền thô được quay bởi động cơ M03 có công suất 4850 KW và hệ
thống 2 hộp giảm tốc M02 và M04 để tăng mômen khi khởi động. Máy nghiền thô
được thiết kế gồm có 2 ngăn. Mỗi ngăn được ngăn cách với nhau bởi các vách ngăn
trên đó có lỗ nhỏ để cho liệu đi qua. Ngăn đầu tiên chứa các bi đạn có kích thước
lớn làm nhiệm vụ nghiền sơ bộ. Khi các hạt đã đạt tới một kích thước nhất định
chúng được thổi sang ngăn thứ 2. Ở trong ngăn thứ 2 có các bi nghiền có kích thước
nhỏ hơn làm nhiệm vụ nghiền tinh. Phối liệu đầu ra của máy nghiền được vận
chuyển bằng máng trượt M22. Phối liệu dưới dạng bột được thổi bởi quạt M21 đến
gầu nâng J01 để đưa lên cao. Phối liệu ra khỏi gầu nâng sẽ được vận chuyển tới
tháp phân ly bởi quạt J03. Ngoài ra máy nghiền còn được giám sát bởi thiết bị âm
thanh pholaphone. Thực chất pholaphone là một cảm biến âm thanh đặt ở bên ngoài
máy nghiền. Nhiệm vụ của Pholaphone là giám sát mức độ ồn của máy nghiền.
Nếu mức độ ồn cao tức là máy nghiền đang thiếu nguyên liệu và nếu độ ồn thấp thì
máy nghiền đang đầy nguyên liệu. Tín hiệu đo được của Pholaphone được đưa về
để hiệu chỉnh tổng lượng đặt vào máy nghiền.

Quạt công suất lớn S20 làm nhiệm vụ thổi khí từ dưới tháp phân ly lên trên
đỉnh tháp. Do vậy phối liệu được thổi lên trên đỉnh tháp để đưa tới bộ Phân ly
SEPAX S01. Bộ phân ly SEPAX được quay bởi động cơ M1 công suất 240 KW.
Nguyên lý hoạt động của bộ phân ly là bộ phân ly được quay với tốc độ lớn, khi đó
các hạt lớn sẽ có gia tốc lớn và nằm ở phía ngoài và được đẩy ra ngoài rồi theo

10
máng trượt J04 và quạt J05 thổi đến cân J06 và quay lại máy nghiền để nghiền lại.
Còn các hạt nhỏ và mịn sẽ nằm ở trong và được thổi lên tầng trên của bộ phân ly.
Do quạt S20 hút khí trong các bình lắng S15 và S17 nên đã tạo ra độ chênh áp suất
và các hạt phối liệu nhỏ sẽ được hút vào trong các bình lắng S15 và S17.
Cân J06 cũng làm nhiệm vụ đo lường lượng liệu quay lại máy nghiền và
chuyển chúng thành tín hiệu điện đưa hồi tiếp để hiệu chỉnh. Tín hiệu đặt tổng được
hiệu chỉnh bởi tín hiệu đưa về từ Pholaphone và cân J06 được hồi tiếp để hiệu chỉnh
lượng cấp liệu từ 2 Dosimat và các gàu xúc xúc đá vôi và đá sét.
Ở trong các bình lắng các hạt phối liệu sẽ lắng suống đáy của bình và được
tháo ra ngoài qua hệ thống van hình sao S16 và S18 và đổ xuống máng trượt U01
để đưa vào Silo H01 (Silo-CF)
Ngoài ra, ở gần các băng tải vận chuyển liệu trước và sau khi nghiền người
ta còn đặt các hệ thống lọc bụi tay áo để giảm lượng bụi trong nhà máy đồng thời
thu hồi lượng liệu đó cho quá trình sản xuất.
1.2.5. Các mạch vòng điều chỉnh
Quá trình nghiền liệu có 4 mạch vòng điều chỉnh mong muốn, đó là:
- Mạch vòng cung cấp tổng lượng liệu cho máy nghiền
- Mạch vòng tỷ lệ cung cấp liệu: hệ thống QCX như đã trình bày sẽ theo dõi tỷ
lệ của 4 loại nguyên liệu đầu vào.
- Mạch vòng dòng khí vào máy phân ly: năng lượng tiêu thụ của quạt S20
được sử dụng như là một thông số đo dòng khí thổi trong máy phân ly. Nắp
chặn J10 trong quá trình thu hồi bụi được sử dụng trong vòng điều khiển này.
- Mạch vòng nhiệt độ: nhiệt độ ra khỏi máy nghiền được thu hồi để sấy

nguyên liệu cấp vào máy nghiền. Nhiệt độ này được giữ không đổi nhờ lò
đốt phụ và sự điều chỉnh của nắp chặn J11.
Trong 4 mạch vòng trên thì ta quan tâm nhiều nhất đến mạch vòng cung cấp
tổng lượng liệu cho máy nghiền. Ta có được sơ đồ điều chỉnh tổng lượng liệu cấp
của công đoạn nghiền liệu như hình 1.3 sau:

11
Hình 1.3 Các mạch vòng điều chỉnh công đoạn nghiền liệu
Trong sơ đồ điều chỉnh này lại gồm có 3 cấp mạch vòng điều chỉnh:
- Mạch vòng điều chỉnh bản thân của 2 Dosimat cân cát, Pyrite và 2 cân
băng tải lượng đá vôi và đá sét lấy từ gầu xúc.
- Mạnh vòng điều chỉnh tổng lượng liệu cấp, sử dụng bộ FC (Flowrate
control).
- Mạch vòng điều chỉnh của cân lượng liệu quay lại máy nghiền J06 và
phản hồi âm thanh từ Pholaphone để hiệu chỉnh cho bộ FY (Flowrate
compute).

12
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG DCS
CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG
2.1. Các vấn đề cơ bản của kỹ thuật truyền thông công nghiệp
2.1.1. Mạng truyền thông công nghiệp là gì?
Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) là một
khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được
sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp.
Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên
kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp
trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển
giám sát và các máy tính trên cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.
2.1.2. Mô

hình

phân

cấp

hệ

thống
Hệ

thống

điều

khiển

trong

công

nghiệp

có

thể

chia

thành

5

cấp
chức năng
như
hình 2.1
sau:


13
Hình

2.1.

Mô

hình

phân

cấp

chức

năng

của

một

nhà máy công nghiệp
a. Các cấp chức năng
Như ta sẽ thấy, mô hình phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ
thống và lựa chọn thiết bị. Càng

ở

cấp

dưới

thì

các

chức

năng

càng

mang

tính
chất

cơ

bản

hơn

và

đòi

hỏi yêu

cầu

cao

hơn

về

độ

nhanh

nhạy,

thời

gian

phản
ứng.

Một

chức

năng

ở

cấp

trên được

thực

hiện

dựa

trên

các

chức

năng

cấp
dưới,

tuy

không

đòi

hỏi

thời

gian

phản ứng

nhanh

như

ở

cấp

dưới,

nhưng

ngược
lại

lượng

thông

tin

cần

trao

đổi

và

xử

lý

lại lớn

hơn

nhiều.

Thông

thường,

người
ta

chỉ

coi

ba

cấp

dưới

thuộc

phạm

vi

của

một

hệ

thống

điểu

khiển

và

giám

sát.
Tuy

nhiên,

biểu

thị

hai

cấp

trên

cùng

(quản

lý

công

ty

và

điều

hành

sản

xuất)
giúp

ta

hiểu

thêm

một

mô

hình

lý

tưởng cho

cấu

trúc

chức

năng

tổng

thể

của

các
công

ty

sản

xuất

công

nghiệp. Trong thực tế ứng dụng, sự phân cấp chức năng có
thể khác một chút so với trình bày ở đây.
Cấp

chấp

hành:

Các

chức

năng

chính

của

cấp

chấp

hành

là

đo

lường,
truyền động,

và

chuyển

đổi

tín

hiệu

trong

trường

hợp

cần

thiêt.

Thực

tế,

đa

số
các

thiết

bị cảm

biến

(Sensor)

hay

cơ

cấu

chấp

hành
(
Actuator)

cũng

có

phần
điều

khiển

riêng cho

việc

thực

hiện

đo

lường/

truyền

động

được

chính

xác

và
hiệu quả.
Cấp

điều

khiển:

Nhiệm

vụ

chính

của

cấp

điều

khiển

là

nhận

thông

tin

từ
các cảm

biến,

xử

lý

các

thông

tin

đó

theo

một

thuật

toán

nhất

định

và

truyền

đạt
lại

kết quả

xuống

các

cơ

cấu

chấp

hành.

Khi

còn

điều

khiển

thủ

công,

thì

các
nhiệm

vụ

đó

được

các

người

đứng

máy

thao

tác

trực

tiếp

đảm

nhận

qua

việc
theo

dõi

các thiết

bị

đo

lường,

sử

dụng

kiến

thức

và

kinh

nghiệm

để

thực

hiện
những

thao

tác cần

thiết

như:

đóng

mở

van,

bấm

nút,

điều

chỉnh

cần

gạt,

núm
xoay. Trong

một

hệ

thống

điều

khiển

tự

động

hiện

đại

những

nhiệm

vụ

đó
được

thực

hiện

thông

qua

điều

khiển

bằng

máy

tính.
Cấp

điều

khiển

giám

sát:

Có

chức

năng

giám

sát

và

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

các

cấp

dưới

thực

hiện,

thì

nhiệm

vụ

của

cấp

điều

khiển
giám

sát

là hỗ

trợ

người

sử

dụng

trong

việc

cài

đặt

ứng

dụng,

thao

tác,

theo

dõi,
giám

sát

vận hành

và

xử

lý

những

tình

huống

bất

thường.

Ngoài

ra,

trong

một
số

trường

hợp, cấp

này

còn

thực

hiện

các

bài

toán

điều

khiển

cao

cấp

như

điều
khiển

phối

hợp, điều

khiển

trình

tự

và

điều

khiển

theo

công

thức (ví

dụ

trong
chế

biến

dược

phẩm, hoá

chất).

Khác

với

cấp

dưới

cấp

điều

khiển

giám

sát

không

đòi

hỏi

phương

tiện đặc

biệt,

thiết

bị

phần

cứng

đặc

biệt

ngoài

các

máy
tính

thông

thường

(máy

tính

cá nhân,

máy

trạm,

máy

chủ,

terminal ).

Việc

14
phân

cấp

chức

năng

sẽ

tiện

lợi

cho việc

thiết

kế

hệ

thống

và

lựa

chọn

thiết

bị.
Cấp

điều

hành:

Nhiệm

vụ

của

cấp

điều

hành

là

nhận

các thông

tin

về
trạng

thái

làm

việc

của

các

quá

trình

kỹ

thuật,

các

giàn

máy,

cũng

như của

hệ
thống

điều

khiển

tự

động,

các

số

liệu

tính

toán,

thống

kê

về

diễn

biến

quá trình
sản

xuất

và

chất

lượng

sản

phẩm.

Đồng

thời

cấp

điều

hành

sản

xuất

có

nhiệm

vụ
xử

lý

các

số

liệu,

lập

kế

hoạch

sản

xuất,

ra

quyết

định

bảo

dưỡng

máy

móc,

tối
ưu

hoá

sản

xuất

và

đưa

các

thông

tin

về

các

thông

số

thiết

kế,

công

thức
điều khiển,

và

mệnh

lệnh

điều

hành

xuống

cấp

dưới.

Mặt

khác

cấp

điều

hành
sản

xuất còn

có

chức

năng

là

trao

đổi

thông

tin

với

cấp

quản

lý

công

ty.

Cấp
điều

hành

sản xuất

bao

gồm

các

máy

tính

văn

phòng

nối

mạng

cục

bộ

với

nhau.
Cấp

quản

lý

công

ty:

Cấp

quản

lý

công

ty

là

cấp

trên

cùng

trong

mô
hình phân

cấp

hệ

thống.

Nhiệm

vụ

của

cấp

này

trao

đổi

thông

tin

giữa

công

ty

và
khách hàng

thông

qua

thư

điện

tử,

hội

thảo

từ

xa,

dịch

vụ

truy

cập

Internet

và
thương mại

điện

tử

Cấp

quản

lý

công

ty

còn

có

nhiệm

vụ

tính

toán

giá

thành,
kế

hoạch sản

xuất,

thống

kê

tài

nguyên,

xử

lý

đơn

đặt

hàng. Để

kết

nối

các

cấp
trong

hệ

thống

phân

cấp

với

nhau

ta

sử

dụng

các

hệ

thống

bus.
b. Các cấp truyền thông
Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông.
Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “Bus” thường được dùng để thay
thế cho “mạng” với lý do phần lớn các hệ thống mạng phía dươis đều có cấu trúc
vật lý hoặc logic kiểu Bus.
Bus

trường:

Là

các

hệ

thống

bus

nối

tiếp,

sử

dụng

kỹ

thuật

truyền

tin
số

để

kết nối

các

thiết

bị

thuộc

cấp

điều

khiển

(PC,

PLC)

với

nhau

và

với

các
thiết

bị

của cấp

chấp

hành,

hay

các

thiết

bị

trường.

Đặc

trưng

cơ

bản

của

bus
trường

là

tính năng

thời

gian

thực

phải

cao,

yêu

cầu

về

lượng

thông

tin

thì
không

cao.

Các

hệ thống

bus

trường

thường

sử

dụng

là:

Profibus,

ControlNet,
Modbus,

Foundation Fieldbus,

DeviceNet,

AS-i,

EIB
Bus

hệ

thống,

Bus

quá

trình:

Dùng

để

kết

nối

các

máy

tính

điều
khiển

và

các máy

tính

trên

cấp

điều

khiển

giám

sát

với

nhau.

Qua

bus

hệ
thống

các

máy

tính điều

khiển

có

thể

phối

hợp

hoạt

động,

cung

cấp

dữ
liệu

quá

trình

cho

trạm

kỹ thuật

và

trạm

quan

sát.

Đối

với

Bus

hệ

thống,

tuỳ
theo

lĩnh

vực

ứng

dụng

mà

đòi hỏi

về

tính

năng

thời

gian

thực

có

được

đặt

ra
một

cách

ngặt

nghèo

hay

không. Thời

gian

phản

ứng

thông

thường

trong
khoảng

vài

trăm

miligiây.

Trong

khi

đó lưu

lượng

thông

tin

lớn

hơn

nhiều

so
với

bus

trường.

Các

kiểu bus

hệ thống

tiêu biểu:

Ethernet,

Industrial

Ethernet,

15
Profibus-FMS,

Fieldbus

Foundation’s

High Speed

Ethernet.
Mạng

xí

nghiệp:

Là

một

mạng cục bộ
(
LAN)

bình

thường,

có

chức
năng

kết

nối

các

máy tính

văn

phòng

thuộc

cấp

điều

hành

sản

xuất

với

cấp

điều

khiển

giám

sát.

Mạng

xí

nghiệp

không

yêu

cầu

nghiêm

ngặt

về

tính

năng

thời
gian

thực.

Việc

trao

đổi

dữ liệu

diễn

ra

không

định

kỳ,

nhưng

có

khi

với

số

lượng

lớn

tới

hàng

Mbyte.

Hai loại

mạng

chủ

yếu

được

dùng

là

Ethernet

và
Token-Ring

trên

cơ

sở

các

giao

thức chuẩn

như

TCP/IP

và

IPX/SPX.
Mạng

công

ty:

Đặc

trưng

của

mạng

công

ty

là

gần

với

một

mạng
viễn

thông hoặc

một

mạng

máy

tính

diện

rộng

nhiều

hơn

trên

các

phương
diện

phạm

vi

và hình

thức

dịch

vụ,

phương

pháp

truyền

thông

và

các

yêu

cầu
về

kỹ

thuật.

Mạng công

ty

thường

sử

dụng

các

loại

mạng

có

tốc

độ

truyền

thông
và

độ

an

toàn

tin

cậy đặc

biệt

cao,

chẳng

hạn

như:

Fast

Ethernet,

FDDI,

ATM,
2.1.3. Cấu trúc mạng
a. Liên kết
Là mối liên kết vật lí hoặc logic giữa hai hay nhiều đối tác truyền thông. Với
liên kết vật lí, các đối tác là các trạm truyền thông được liên kết với nhau qua một
môi trường vật lí. Đối với liên kết logic, đối tác truyền thông không nhất thiết phải
có một thiết bị phần cứng mà có thể là một chương trình hệ thống hay một chương
trình ứng dụng trên một trạm nên quan hệ giữa các đối tác này chỉ có tính logic.
Tương tác với một đối tác vật lí thường có nhiều đối tác logic và tất nhiên nhiều
mối liên kết logic được xây dựng trên cơ sở một mối liên kết vật lí.
Có thể có các kiểu liên kết sau:
- Liên kết điểm-điểm (Point to Point): Mối liên kết chỉ có hai đối tác tham gia. Về
mặt vật lí, hai trạm được nối với nhau bởi một đường truyền. Mạng truyền tin
dựa trên liên kết này sẽ là tập hợp của nhiều đường dây độc lập.
- Liên kết điểm-nhiều điểm (multi-drop): Nhiều trạm được nối chung với một
trạm chủ (master). Như vậy các đối tác sẽ được nối chung vào một đường dây.
- Liên kết nhiều điểm-nhiều điểm (multi-point): Nhiều đối tác tham gia và thông
tin được trao đổi theo nhiều hướng. Cũng tương tự như liên kết điểm-nhiều
điểm, với liên kết này các đối tác cũng được nối trên cùng một đường dây.
Khả năng liên kết nhiều điểm là đặc trưng của mạng điều khiển phân tán.
b. Cấu trúc mạng (Topology)
Cấu trúc mạng là tổng hợp của các mối liên kết, là cách sắp xếp, tổ chức về mặt

vật lí của mạng, cách sắp xếp logic của từng nút mạng.

16
Có các loại cấu trúc mạng sau:
- Cấu trúc mạng kết nối đầy đủ: Với cấu trúc đầy đủ thì sự giao tiếp giữa các
trạm là nhanh, một đối tác bị sự cố sẽ không ảnh hưởng tới các đối tác còn lại,
nhưng cấu trúc này có giá thành cao do tốn kém dây dẫn.

Hình 2.2 Cấu trúc mạng kết nối đầy đủ
- Cấu trúc hình sao: Các đối tác trao đổi thông tin với nhau thông qua một trạm
chủ, tuy nhiên một sự cố của trạm chủ sẽ dẫn đến sự tê liệt của toàn hệ thống.
Do đó, trạm chủ đòi hỏi phải có độ tin cậy cao.
Hình 2.3 Cấu trúc mạng hình sao
- Cấu trúc vòng lặp: Các thành viên được nối với nhau tạo thành mạch vòng
khép kín, tín hiệu được truyền đi theo chiều cố định. Ưu điểm của phương pháp
này là mỗi nút mạng có thể là bộ khuếch đại. Điều đó khiến cho khoảng cách đối
với cấu trúc này có thể là rất xa. Mặt khác, mỗi đối tác ngăn mạch vòng làm hai
phần nên khả năng xảy ra xung đột sẽ giảm đi do tín hiệu chỉ truyền đi theo một
chiều.
Hình 2.4 : Cấu trúc mạng vòng lặp

17
A
B C
D
E
F
A
B
C

D
E
A B
CD
- Cấu trúc bus: Trong cấu trúc này có các đối tác truyền thông được nối trên
cùng một dây dẫn. Với cấu trúc daisy-chain, các đối tác được nối trực tiếp vào
đường truyền. Còn với cấu trúc trunk-line/drop-line thì có các dây phụ để nối
các đối tác vào đường bus chung. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và
tiết kiệm dây dẫn.
Hình 2.5 : Cấu trúc bus
- Cấu trúc cây: Cấu trúc cây là tổng hợp của nhiều liên kết với các cấu trúc như
đường thẳng, sao, mạch vòng Đây là cấu trúc thường gặp trong thực tế.

Hình 2.6 : Cấu trúc cây
2.1.4. Kiến trúc giao thức
a. Giới thiệu chung
Bất cứ sự giao tiếp nào cũng cần có một ngôn ngữ chung cho các đối tác.
Trong kỹ thuật truyền thông, bên cung cấp dịch vụ cũng như bên sử dụng dịch vụ
đều 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.
Một quy chuẩn giao thức bao gồm các thành phần sau:
- Cú pháp (Syntax): Qui định về cấu trúc bức điện, gói dữ liệu dùng khi
trao đổi, trong đó có phần thông tin hữu ích (dữ liệu) và các thông tin bổ trợ như
địa chỉ, thông tin điều khiển, thông tin kiểm lỗi…
- Ngữ nghĩa (Semantic): Quy định ý nghĩa cụ thể của từng phần trong một

18
Trunk-line/drop-line Daisy-chain
bức điện, như phương pháp định địa chỉ, phương pháp bảo toàn dữ liệu, thủ tục
điều khiển dòng thông tin, xử lý lỗi…

- Định thời (Timing): Quy định về trình tự, thủ tục giao tiếp, chế độ truyền
(đồng bộ hay không đồng bộ), tốc độ truyền thông
Việc thực hiện một dịch vụ truyền thông trên cơ sở các giao thức tương ứng
được gọi là xử lý giao thức. Nói một cách khác, quá trình xử lý giao thức có thể là
mã hóa (xử lý giao thức bên gửi) và giải mã (xử lý giao thức bên nhận). Tương tự
như các dịch vụ truyền thông, có thể phân biệt các giao thức cấp thấp và giao thức
cấp cao. Các giao thức cao cấp là cơ sở cho các dịch vụ cao cấp và các giao thức
cấp thấp là cơ sở cho dịch vụ cấp thấp.
Giao thức cao cấp gần với người sử dụng như: FTP (File Transfer Protocol)
dùng trong trao đổi File từ xa, HTTP (HyperText Transfer Protocol) dùng để trao
đổi các trang HTML trong các ứng dụng Web, MMS (Manufacturing Message
Specificcation) dùng trong tự động hóa công nghiệp.
Giao thức cấp thấp gần với phần cứng, thường được thực hiện trực tiếp với
các mạch điện tử. Giao thức cấp thấp quen thuộc nhất là TCP/IP (Transmission
Control Protocol/Internet Protocol) được dùng phổ biến trong Internet.
TCP/IP được dùng trong các mạng máy tính cục bộ và các mạng truyền
thông công nghiệp. Vấn đề được đặt ra ở đây là nếu có nhiều máy cùng gửi đi các
thông tin trên mạng thì điều gì sẽ xảy ra? Ethernet sử dụng một phương pháp được
gọi là phát hiện xung đột. Nếu các gói được gửi đi cùng một lúc từ các máy khác
nhau, chúng sẽ xung đột với nhau. Khi xung đột xảy ra, tất cả các máy không được
gửi đi bất cứ gì trên mạng trong khi 2 máy sẽ được quyền gửi các gói và khởi động
các bộ tính giờ ngẫu nhiên. Máy thứ nhất sẽ nắm quyền điều khiển của mạng cho
đến khi gửi xong các gói.
b. Kiến trúc giao thức OSI
Năm 1983, tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế đưa ra một kiến trúc giao thức
chuẩn ISO 7498 được gọi là mô hình tham chiếu OSI nhằm hỗ trợ cho vệc xây dựng
các hệ thống truyền thông có khả năng giao tiếp với nhau.
Chuẩn này không đưa ra qui định nào về cấu trúc một bản tin, và cũng không
định nghĩa một chuẩn dịch vụ cụ thể nào. OSI chỉ là một mô hình kiến trúc phân lớp
với mục đích phục vụ cho việc sắp xếp và đối chiếu các hệ thống truyền thông có

sẵn, trong đó bao gồm việc so sánh đối chiếu các giao thức và dịch vụ truyền thông,
cũng như làm cơ sở cho phát triển hệ thống.

19
Hình 2.7 : Mô hình tham chiếu OSI
• Lớp vật lí (Physical Layer): Là sự kết nối vật lý giữa PC và mạng như sau:
- Theo cấu trúc mạng.
- Theo các chuẩn truyền dẫn: áp hoặc dòng.
- Theo phương thức mã hoá tín hiệu.
- Theo giao diện cơ học (cáp hoặc giắc cắm).
• Lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
- Là giao thức phù hợp với việc truy cập mạng theo các bản tin nhận và gửi.
- Chia các khối dữ liệu lớn thành các khung định dạng dữ liệu.
• Lớp mạng (Network Layer)
- Truyền thông tối ưu trên mạng.
- Điều khiển các thông điệp trạng thái để gửi chúng tới các thiết bị khác
trong mạng.
• Lớp vận chuyển (Transport Layer)
- Quản lí địa chỉ của các thiết bị trên mạng.
- Định vị các đối tác truyền thông thông qua địa chỉ.
- Đồng bộ hoá giữa các đối tác.
- Xử lí lỗi và kiểm soát dòng thông tin
• Lớp kiểm soát nối (Sension Layer)

20
Chức năng của lớp này là kiểm soát mối liên kết truyền thông giữa các
chương trình ứng dụng bao gồm việc tạo lập, quản lí và kết thúc các đường nối
giữa các ứng dụng của đối tác.
• Lớp biểu diễn dữ liệu (Presentation Layer)
Chức năng của lớp này là chuyển đổi các dạng biểu diễn dữ liệu khác nhau

về cú pháp thành dạng chuẩn, để các đối tác truyền thông khác nhau có thể giao
tiếp với nhau.
• Lớp ứng dụng (Application Layer)
Có chức năng cung cấp các dịch vụ cao cấp (dựa trên cơ sở các giao thức cao
cấp) cho người sử dụng và các chương trình ứng dụng. Các dịch vụ ở lớp này
chủ yếu được thực hiện bằng phần mềm.
2.1.5. Truy nhập Bus
a. Đặt vấn đề
Trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp thì các hệ thống có cấu
trúc bus, hay các hệ thống bus đóng vai trò quan trọng nhất vì những lý do sau:
 Chi phí ít cho dây dẫn.
 Dễ thực hiện lắp đặt.
 Linh hoạt.
 Thích hợp cho việc truyền dẫn trong phạm vi khoảng cách vừa và nhỏ.
Trong một mạng có cấu trúc bus, các thành viên phải chia nhau thời gian sử
dụng đường truyền. Để tránh xung đột về tín hiệu gây ra sai lệch về thông tin, ở
mỗi thời điểm trên một đường dẫn chỉ duy nhất một điện tín được phép truyền đi.
Chính vì vậy mạng phải được điều khiển sao cho tại một thời điểm nhất định thì
chỉ một thành viên trong mạng được gửi thông tin đi. Còn số lượng thành viên
trong mạng muốn nhận thông tin thì không hạn chế. Một trong những vấn đề quan
trọng hàng đầu ảnh hưởng tới chất lượng của mỗi hệ thống bus là phương pháp
phân chia thời gian gửi thông tin đi trên đường dẫn, hay phương pháp truy nhập
bus.
Lưu ý rằng, ở một số cấu trúc khác không phải cấu trúc bus, vấn đề xung
đột tín hiệu cũng có thể xảy ra, tuy không hiển nhiên như cấu trúc bus. Tuy nhiên,
giống như cách dùng khái niệm chung “bus trường’ không chỉ dừng lại ở các hệ
thống có cấu trúc bus, “truy nhập bus’ cũng thường được dùng như một khái niệm
chung.

21

b. Phương pháp truy nhập Token Passing
Token passing là một trong những phương pháp truy nhập Bus. Token là
một bức điện ngắn không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc biệt để phân biệt với các
bức điện mang thông tin nguồn, được dùng tương tự như một chìa khóa. Một trạm
được quyền truy nhập Bus và gửi thông tin đi chỉ trong thời gian nó giữ Token.
Sau khi không có nhu cầu gửi thông tin, trạm đang có Token sẽ phải gửi tiếp tới
các trạm khác theo một trình tự nhất định. Nếu trình tự này đúng với trình tự sắp
xếp vật lý trong một mạch vòng, ta dùng khái niệm Token Ring (chuẩn IEE 802.4).
Còn nếu trình tự được quy định chỉ có tính chất logic như ở cấu trúc Bus (ví dụ
theo thứ tự địa chỉ) ta nói tới Token Bus (chuẩn IEEE 802.5) Trong mỗi trường
hợp đều hình thành một mạch vòng logic.
Một trạm đang giữ Token không những được quyền gửi thông tin đi, mà
còn có thể có vai trò kiểm soát tự động một số trạm khác, ví dụ kiểm tra xem có
trạm nào bị sự cố hay không. Các trạm không có token cũng có khả năng tham gia
kiểm soát, ví dụ như sau một thời gian nhất định mà token không được đưa tiếp, có
thể do trạm đang giữ token có vấn đề. Trong trường hợp đó, một trạm sẽ có chức
năng tạo một token mới. Chính vì vậy, token passing được xếp vào phương pháp
kiểm soát phân tán. Do đó thời gian được quyền giữ token hạn chế dẫn đến việc
tính toán được thời gian phản ứng cũng như chu kỳ bus tối đa, các hệ thống sử
dụng phương pháp truy nhập này cũng có khả năng thời gian thực.

Hình 2.8 Hai dạng của phương pháp Token Passing
2.1.6. Các loại mạng và bus truyền thông thông dụng
a. PROFIBUS
PROFIBUS là một hệ thống bus trường được phát triển tại Đức từ năm 1987
và được chuẩn hóa trong DIN 19245.

22
PROFIBUS định nghĩa các đặc tính của một hệ thống bus dùng kết nối các
thiết bị trường với các thiết bị điều khiển và giám sát. PROFIBUS là một hệ thống

nhiều chủ (Multi-Master), cho phép các thiết bị điều khiển tự động, các trạm kỹ
thuật và hiển thị quá trình cũng như các phụ kiện phân tán cùng làm việc trên cùng
mạng bus.
PROFIBUS bao gồm ba loại tương thích với nhau là PROFIBUS-FMS,
PROFIBUS-DP và PROFIBUS-PA. Trong khi PROFIBUS-FMS được dùng chủ
yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và điều kiện giám sát, thì
PROFIBUS-DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với các
máy tính điều khiển. PROFIBUS-PA là kểu đặc biệt được sử dụng trong các lĩnh
vực tự động hóa các quá trình có môi trường dế cháy nổ, đặc biệt trong công nghiệp
chế biến. Nếu không kể tới giá thành thiết bị tương đối cao, thì PROFIBUS là giải
pháp chuẩn, đáng tin cậy cho nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau, đặc biệt là các
ứng dụng có yêu cầu cao về tính năng thời gian.
b. Mạng Ethernet
Ethernet là mạng cục bộ LAN (Local Area Network) là sản phẩm của
XEROX-1995. Ethernet được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay do tốc độ truyền tải
thông tin nhanh và sử dụng tập giao thức TCP/IP. Ethernet thực chất là mạng cấp
dưới, giữa lớp vật lý (1) và một phần lớp liên kết dữ liệu (2). Truy nhập bus theo
phương pháp truy nhập ngẫu nhiên-CSMA/CD
Cấu trúc mạng:
- Về logic: Ethernet có cấu trúc bus.
- Về vật lý: Ethernet có cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch vòng.
Cơ chế giao tiếp
• Ethernet có tính năng mở: tức là nó cho phép các hệ thống khác có thể tùy ý
thực hiện các giao thức.
• Được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn IEE 802.3. Trong mạng ethernet mỗi trạm
thường có modul hoặc card mạng được gắn địa chỉ ethernet toàn cầu.
Một số vấn đề đặt ra khi sử dụng mạng Ethernet:
 Phương pháp phát hiện xung đột chiếm rất nhiều thời gian. Trung bình thời
gian để ‘dàn xếp” việc gửi gói tin gấp 10 lần thời gian gửi nó đi.
 Không có gì đảm bảo rằng gói dữ liệu sẽ được truyền đi trong một thời gian

hợp lý. Nếu mạng đầy tải và có nhiều xung đột thì gói sẽ đi qua ở một thời
gian bất kỳ phụ thuộc vào thời gian giải quyết xung đột.

23
2.1.7. Các chuẩn giao tiếp trong công nghiệp
a. Chuẩn giao tiếp MMS
MMS (Manufacturing Message Specification) là một chuẩn quốc tế cho
việc xây dựng lớp ứng dụng theo mô hình quy chiếu OSI. Về cơ bản, MMS qui
định một tập hợp các dịch vụ chuẩn cho việc trao đổi dữ liệu thời gian thực và
thông tin điều khiển giám sát. Các dịch vụ này cũng như các giao thức tương ứng
được chuẩn hóa trong ISO/IEC 9506.
Chuẩn MMS có xuất xứ từ MAP (Manufactoring Automation Protocol),
một giao thức do hãng General Motors khởi xướng phát triển vào đầu những năm
80. Các dịch vụ được định nghĩa trong MMS có tính chất thông dụng và đa dạng,
có thể tích hợp nhiều loại thiết bị, nhiều ứng dụng và nghành công nghiệp khác
nhau.
Chuẩn ISO/IEC 9506 bao gồm hai thành phần cốt lõi sau:
- Phần 1: Đặc tả dịch vụ, định nghĩa mô hình thiết bị sản xuất ảo VMD
(Virtual Manufactoring Device), các dịch vụ trao đổi giữa các nút mạng, các thuộc
tính cũng như các tham số tương ứng với VMD và các dịch vụ.
- Phần 2: Đặc tả giao thức, định nghĩa trình tự các thông báo gửi đi trong
mạng, cấu trúc và kiểu mã hóa các thông báo, tương tác giữa MMS với các lớp
khác trong mô hình OSI. MMS sử dụng chuẩn lớp biểu diễn dữ liệu ASN.1
(Abstract Notation Number One-ISO 8824) để đặc tả cấu trúc các thông báo.
b. Chuẩn giao tiếp IEC 61131-5
Đối tượng của chuẩn IEC 61131-5 là các dịch vụ do các PC thực hiện, hoặc
các dịch vụ mà các PC có thể yêu cầu từ các thiết bị khác, thể hiện qua các
hàm/khối hàm sử dụng khi lập trình với IEC 61131-5. Phạm vi của chuẩn này vì
vậy bó hẹp ở cấp điều khiển và cấp trường.
Hình 2.9 Mô hình giao tiếp mạng theo IEC 61131

c. Chuẩn giao tiếp OPC

24
OPC (OLE for Process Control) là chuẩn giao diện được OPC Foundation
xây dựng và phát triển. Nó được dựa trên mô hình đối tượng thành phần (D)COM.
OPC định nghĩ thêm một số giao diện cho khai thác dữ liệu từ các quá trình khĩ
thuật tạo cơ sở cho việc xây dựng các ứng dụng điều khiển phân tán mà không phụ
thuộc vào mạng công nghiệp cụ thể. Với mục đích ban đầu là thay thế cho các
phần mềm kết nối, OPC qui định một số giao diện chuẩn cho các chức năng như:
• Khai thác, truy nhập dữ liệu quá trình từ nhiều nguồn khác nhau như: PLC,
thiết bị trường, Bus trường, cơ sở dữ liệu,
• Xử lý sự kiện và sự cố.
• Truy nhập dữ liệu quá khứ
Phần cơ bản của OPC là một chương trình phần mềm phục vụ gọi là OPC-
server, trong đó chứa các mục dữ liệu (OPC-Item) được tổ chức thành các nhóm
(OPC-Group). Thông thường một OPC-server đại diện một thiết bị thu thập dữ liệu
như PLC, RTU hoặc một cấu hình mạng truyền thông. Các OPC-Item đại diện cho
biến quá trình, tham số điều khiển,
Hai thành phần đối tượng quan trọng nhất trong kiến trúc điều khiển OPC là
OPC-server và OPC-Group. OPC-Server có nhiệm vụ quản lý việc sử dụng và khai
thác dữ liệu. Các đối tượng của OPC-Group có chức năng tổ chức các phần tử dữ
liệu thành từng nhóm để tiện cho truy cập. Thông thường mỗi Item ứng với một
biến trong quá trình công nghệ hay một thiết bị điều khiển.
Hình 2.10 Kiến trúc sơ lược của OPC
2.1.8.

Các

hệ

thống

điều

khiển

trong

công

nghiệp
Theo cách sắp xếp các trạm điều khiển và các đầu vào/ra trong hệ thống,
ta có được bốn cấu trúc điều khiển sau:
•
Cấ
u trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung: Đây là một hệ thống
được sử dụng phổ biến trong những năm 1965-1975. Hệ thống này do chỉ
sử dụng một máy tính điều khiển (MTĐK) duy nhất lại để xa hiện trường vì

25