Chuong 1-Cac Khai niem _HHTTCN

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á
BÀI GIẢNG:

HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Chương 1:
Các khái niệm cơ bản trong hệ đo &
điều khiển Công nghiệp.
Giảng viên: ThS. Trịnh Thế Vinh
Mobi: 09 353 09 12/3/2005
888
Email:


Chương 1:
Các khái niệm cơ bản trong hệ đo & điều khiển Công nghiệp.
1.1 Chức năng của một hệ thông đo và điều khiển trong CN
1.1.1 Chức năng điều khiển các quá trình.
1.1.2 Chức năng điều khiển logic, liên động cảnh báo.
1.1.3 Chức năng giao tiếp người và hệ thống.
1.1.4 Chức năng thu thập và quản lý thông tin
1.2 Các khái niệm về các hệ và các thiết bị hiện đại trong CN:
1.2.1 Smart Device
1.2.2 PLC ( Programmable Logic Controller).
1.2.3. SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition)
1.2.4 DCS(Distributed Control System)


1.1 Chức năng của một hệ thông đo và điều khiển trong CN
Chức năng điều khiển các quá trình

- Điều khiển các quá trình nhiệt độ, áp suất, lưu lượng..Theo
một hàm thời gian.
- Các bộ điều khiển tương tự 4-20 mA.
- Các bộ điều khiển lai, số.
- DCS
Chức năng điều khiển Logic, liên động, cảnh báo
- Điều khiển logic, liên động các thiết bị , điều khiển tuần tự,
cảnh báo.
- Relay cơ điện, Timer, Counter.
- IC số.
- PLC.


Chức năng giao tiếp giữa người và hệ thống
- Người vận hành có thể theo dõi q trình, điều khiển q trình,
thay đổi Setpoint..
- Panel điều khiển, cơng tắc, nút ấn, chiết áp. Đèn báo, đồng hồ (Analog,
digital)
- Giao diện bằng máy tính dựa trên phần mềm HMI
Chức năng thu thập và quản lý thông tin
- Đo, thu thập và quản lý thông tin.
-bằng tay (thủ công).
- Các đồng hồ tự ghi, relay tự rơi, recorder.
- Sử dụng máy tính.
Smart Device
- Thiết bị số trên cơ sở uP có khả năng xử lý thông tin.
- Hiển thị tại chỗ hay từ xa.
- Mềm dẻo, kinh tế.
- Có khả năng tự động kiểm tra, chuẩn đoán.

PLC (Programmable Logic Controller)
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic
controller) là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, do nhà phát
minh người Mỹ Richard Morley lần đầu tiên đưa ra ý tưởng vào
năm 1968.
Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của General Motors là xây dựng một thiết bị
có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho mạch điều khiển logic cứng,
hai công ty độc lập là Allen Bradley và Bedford Associates (sau này là
Modicon) đã đưa ra trình bày các sản phẩm đầu tiên.
Các thiết bị này chỉ xử lý được một tập lệnh logic cơ bản, 128 điểm
vào/ra (1 bit) và 1kByte bộ nhớ.
- Thiết bị số trên cơ sở uP
- Phát triển để thay thế cho Relay,Timer....
- Sử dụng để điều khiển quá trình, liên động với các đầu I/O số.
- Chương trình viết bằng ngôn ngữ Ladder Logic.


PLC (Programmable Logic Controller)


SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
Điều khiển giám sát (và thu thập dữ liệu)
-Hỗ trợ con người trong việc quan sát và điều khiển từ xa
-Có giao diện người-máy
-HMI (Human-Machine Interface) - Giao diện người-máy
+ Thành phần trong một hệ SCADA, hoặc
+ Các phương tiện quan sát/thao tác ở cấp thấp hơn
-Các trạm điều khiển giám sát trung tâm
+ Engineering Station (ES)

+ Operator Station (OS)
+ Server Station (SS)
-Các trạm thu thập dữ liệu trung gian
+ Remote Terminal Unit (RTU )
+ Data Collection Unit (DCU): PLC, PC, I/O


SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
- Hệ thống truyền thông
+ Mạng truyền thông công nghiệp
+ Mạng viễn thông/truyền dữ liệu đường dài (vô tuyền, hữu tuyến)
+ Các thiết bị chuyển đồi, dồn kênh (Modem, Multiplexer
- Các công cụ phát triển ứng dụng
*Giao diện người-máy (HMI)
+Sơ đồ hệ thống, sơ đồ cơng nghệ
+ Hiển thị các biến q trình qua các "thiết bị ảo"
+ Đồ thị thời gian thực, đồ thị dữ liệu tĩnh
+ Các phím thao tác, nút điều khiển (controls
• Hỗ trợ trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện (Event), sự cố
(Alarm)
• * Hỗ trợ việc thống kê và lập báo cáo (Reporting)
- Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (drivers cho các PLC, các
module vào/ra, cho các hệ thống bus trường)
* Cơ sở dữ liệu quá trình, dữ liệu cấu hình hệ thống


Hệ một người dùng


Hệ nhiều người dùng

Hệ Web Client


Hệ phân tán


Hệ chạy dự phòng


Communication


DCS ( Distributed Control System)
- Các thiết bị điều khiển số + Phần cứng phần mềm thu thập thông tin.
- Đường truyền tốc độ cao.
-Các module
bố trí phân tán.
-Mỗi Module
thực hiện một
chức năng
riêng.
- Có giao diện
để nối các máy
tính điều khiển
giám sát và
các bộ điều
khiển.

DCS ( Distributed Control System)


DCS ( Distributed Control System)


DCS ( Distributed Control System)


DCS ( Distributed Control System)
DCS Truyền thông.
- Các hệ này sử dụng các bộ điều khiển quá trình đặc chủng theo kiến trúc
riêng của nhà sản xuất.
- Các hệ cũ thường đóng kín, ít tn theo các chuẩn giao tiếp công nghiệp, các
bộ điều khiển được sử dụng cũng thường chỉ làm nhiệm vụ điều khiển quá
trình, vì vậy phải sử dụng kết hợp PLC cho các bài toán điều khiển logic và điều
khiển trình tự.
-Các hệ mới có tính năng mở tốt hơn, một số bộ điều khiển lai đảm nhiệm cả
các chức năng điều khiển quá trình, điều khiển trình tự và điều khiển logic
(hybrid controller).
- Để hỗ trợ các bài tốn điều khiển q trình diễn ra đồng thời,khối xử lý trung
tâm được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực, đa nhiệm - hoặc của riêng
nhà sản xuất phát triển hoặc một sản phẩm thông dụng như pSOS, TSOS,
VRTX,... Chu kỳ thời gian nhỏ nhất thực hiện các mạch vòng điều khiển thường
nằm trong khoảng 10-100ms, trong trường hợp đặc biệt (ví dụ cho nhà máy
điện) có thể tới 1ms.


DCS ( Distributed Control System)

- Một số sản phẩm tiêu biểu cùng với tên trạm điều khiển cục bộ được
liệt kê dưới đây:
• AdvantOCS (ABB): Advant Controller, hệ điều hành riêng
• Freelance 2000 (ABB): D-PS hoặc D-FC, hệ điều hành pSOS
• DeltaV (Fisher-Rosermount): Visual Controller, hệ điều hành TSOS
• PlantScape (Honeywell): PlantScape Controller, hệ điều hành riêng
.Centum
CS1000/CS3000
(Yokogawa):
PFCx-E,
AFS10x/AFS20x, hệ điều hành ORKID
- DSC trên nền PLC
Một số hệ DCS trên nền PLC tiêu biểu là SattLine (ABB), Process
Logix (Rockwell),
Modicon TSX (Schneider Electric), PCS7 (Siemens),…
•
Thực chất, ngày nay đa số các PLC vừa có thể sử dụng cho bài tốn
điều khiển logic và điều khiển quá trình. Tuy nhiên, các PLC được sử
dụng trong các hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ
trợ điều khiển trình tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại (ví


DCS ( Distributed Control System)
DSC trên nền PC
Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) trực tiếp làm thiết bị điều khiển không
những được bàn tới rộng rãi, mà đã trở thành thực tế phổ biến trong những năm
gần đây. Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều khiển
DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC khơng những nằm ở tính năng mở, khả năng
lập trình tự do, hiệu năng tính tốn cao và đa chức năng, mà cịn ở khía cạnh kinh
tế. Các bước tiến lớn trong kỹ thuật máy tính, cơng nghiệp phần mềm và cơng

nghệ bus trường chính là các yếu tố thúc đẩy khả năng cạnh tranh của PC trong
điều khiển công nghiệp.
DCS trên nền PC là một hướng giải pháp tương đối mới, mới có một số sản phẩm
trên thị trường như PCS7 (Siemens, giải pháp Slot-PLC), 4Control (Softing),
Stardom (Yokogawa),Ovation (Westinghouse-Emerson Process Management)
…
Hướng giải pháp này thể hiện nhiều ưu điểm về mặt giá thành, hiệu năng tính
tốn và tính năng mở. Một trạm điều khiển cục bộ chính là một máy tính cá nhân
cơng nghiệp được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực và các card giao diện
bus trường và card giao diện bus hệ thống.