Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng - công ty xi măng quang sơn

MỤC LỤC

Nhóm 2 – Hệ thống tự động hóa nhà máy xi
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU--------------------------------------------------------------------- 2

PHẦN I. MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
1.Khái quát chung về hệ thống sản xuất xi măng---------------------3
2.Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy---------------5

PHẦN II. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS
1.Giới thiệu về hệ thống điều khiển DCS-----------------------------7
2.Hệ thống điều khiển DCS của nhà máy xi măng Quang Sơn----13

PHẦN III. BỘ ĐIỀU KHIỂN AC 800M CONTROLLER
1.Giới thiệu AC 800M CONTROLLER------------------------------ 17
2.Đặc tính kỹ thuật AC 800M CONTROLLER----------------------21

PHẦN IV. KẾT LUẬN--------------------------------------------------------- 29


LỜI NÓI ĐẦU
Ximăng là một loại vật liệu kết dính được hình thành bằng cách pha trộn hỗn
hợp đá vôi, đá sét, thạch cao…và một số loại phụ gia cần thiết sau đó nung nóng ở
nhiệt độ khoảng 14000C. Xi măng được sản xuất đầu tiên ở các nước tư bản như Đan
Mạch, Anh, Pháp, Mỹ…vào cuối thế kỷ 19. Đến đầu thế kỷ 20, ximăng đã trở thành
một nhu cầu không thể thiếu trong xây dựng và phát triển kinh tế.
Việc áp dụng kỹ thuật tiến tiến vào trong quá trình sản xuất là một việc làm cần
thiết để nâng cao năng suất lao động. Một quá trình sản xuất có khả năng tự động cao
sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế. Tuy nhiên, việc áp dụng tự động hoá vào trong quá

trình sản xuất xi măng là một bài toán hết sức khó khăn. Yêu cầu đối với hệ thống tự
động hoá quá trình sản xuất xi măng là không những đảm bảo yêu cầu công nghệ mà
còn phải đảm bảo được sự ổn định, chất lượng và sản lượng luôn ở mức tối đa có thể.
Do đó, việc nghiên cứu, phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho nhà
máy ximăng là vô cùng quan trọng. Với ý nghĩa đó Bài tâp lớn của em được đặt ra:
Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng – Công ty xi măng
Quang Sơn
• Mô tả dây chuyền sản xuất xi măng của công ty.
• Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS.
• Nghiên cứu bộ điều khiển(PLC) chính của dây chuyền sản xuất xi măng.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng vì thời gian không nhiều cộng với lượng kiến
thức còn hạn chế nên không thể tránh được sự thiếu sót và nhầm lẫn. Rất mong nhận
được những đóng góp quý báu của các thầy giáo cùng bạn bè để bài tập lớn được hoàn
thiện hơn.
Sau cùng em xin chân thành cám ơn TS.Nguyễn Mạnh Tiến đã nhiệt tình
hướng dẫn em thực hiện bài tập lớn này.


PHẦN I. MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG CỦA
CÔNG TY XI MĂNG QUANG SƠN

1). Khái quát hệ thống sản xuất xi măng
• Mô hình sản xuất xi măng trên quan điểm hệ thống gồm có các yếu tố vào, ra
sau :

• Lưu đồ công nghệ của của Công ty xi măng Quang Sơn :



2). Mô tả

a. Công đoạn đập và vận chuyển đá vôi.
Đá vôi được khai thác từ núi đá vôi tự nhiên bằng phương pháp nổ mìn, sau đó
được vận chuyển đổ vào phễu tiếp liệu, băng tải xích chuyển đá đến máy đập, công
suất đập 90t/h. Sau khi ra khỏi máy đập có kích thước

≤
15

mm. Sau đó được vận

chuyển vào kho, mỗi kho có 2 đống mục đích là đồng thời 1 đống rải thì đống kia
được xúc bình thường.
b. Công đoạn đập và vận chuyển đá sét.
Đá sét có kích thước < 800 mm được máy xúc để đổ vào phễu tiếp liệu, nhờ
băng tải xích đá sét qua búa đập, đập xuống < 75mm, công suất 90t/h. Sau đó đá sét
được băng tải cao su vận chuyển tới máy cán còn < 25 mm. Sau khi cán, đá sét được
hệ thống băng tải cao su chuyển về kho đồng nhất.
c. Hệ thống cân băng định lượng.
Đá vôi và đá sét qua hệ thống cân băng định lượng tự động định đúng khối
lượng cần thiết theo tỉ lệ cân, từ băng tải chung chuyển đá đến cổ tiếp liệu cho máy
nghiền. Đồng thời với quá trình sau định lượng thì xỉ và cát thạch anh cũng được tháo
ra từ các két qua cân định lượng đổ vào băng tải chung và cùng đổ vào cổ tiếp liệu của
máy nghiền.
d. Công đoạn nghiền.
Liệu sau khi được đồng nhất sơ bộ được đưa vào máy nghiền liệu. Máy sấy
nghiền có năng suất rất lớn, vật liệu vào máy phải có kích thước < 40 mm. Độ ẩm tối
đa ≤ 10 %. Phối liệu ra khỏi máy nghiền được vận chuyển lên cyclone lắng theo
phương pháp phân ly khí động, trong quá trình này hạt qua sàng có độ mịn đảm bảo
được thổi lên cyclone, còn hạt thô được hồi lưu trở lại máy nghiền.

e. Công đoạn đồng nhất liệu.
Phối liệu ở cyclone lắng được tháo vào cyclone sấy theo kiểu tháo chéo. Từ
tháp đồng nhất, phối liệu được sấy sơ bộ đến gần 10000 trước khi đi vào lò nung.
f. Nhiên liệu.
Than cám nhập về sau đó được nghiền mịn, qua hệ thống phân ly khí động
chuyển lên két chứa. Đáy của két than mịn có tiếp liệu vít xoắn, nhờ điều chỉnh động
cơ 1 chiều mà điều chỉnh dễ dàng lượng than cấp vào lò. Khi than mịn được cho vào
đường ống, ở đây có 1 quạt cao áp thổi than mịn vào lò qua hệ thống vòi phun. Dầu
MFO được bơm lên bể chứa, từ bể chứa dầu được vận chuyển bằng hệ thống đường
ống qua hệ thống sấy (nhờ hơi nước của lò hơi ) rồi được bơm qua van điều chỉnh vào
lò bởi hệ phun dầu.
g. Công đoạn nung Clinker.
Lò nung Clinker là loại lò quay bao gồm các hệ thống chính: Hệ thống sấy 5
tầng, lò nung, hệ thống làm mát. Nhiên liệu để nung là bột than được phun ở áp suất
cao dưới dạng mù. Dòng khí nóng đi ngược từ đáy lò lên đến đỉnh lò. Liệu từ
cyclonee lắng qua hệ thống sấy 5 tầng được sấy sơ bộ từ

750 →10000 trước khi đưa

vào lò. Phối liệu đi vào lò nhiệt độ tăng dần lên phản ứng các pha rắn xảy ra và được
kết khối ở 13000 →14500 tạo thành Clinker.
h. Công đoạn vận chuyển Clinker.
Clinker ra khỏi lò có nhiệt độ khá cao được làm nguội qua hệ thống làm mát
đến nhiệt độ khoảng 1200 C . Hệ thống làm mát có 2 kiểu: Kiểu lò hành tinh và giàn
ghi.
Clinker được máy đập búa đập nhỏ có kích thước ≤ 25 mm và được đổ vào
băng cào xích rồi được chuyển lên băng gầu xiên. Từ băng gầu xiên Clinker được đổ
vào cyclone chứa. Ơ đây Clinker được ủ từ 7 đến 15 ngày.

i .Công đoạn nghiền Clinker.
Clinker, thạch cao và phụ gia được cho vào máy nghiền để nghiền thành xi
măng. Thành phần Clinker, thạch cao và phụ gia được điều chỉnh theo tỉ lệ phù hợp để
đạt được chất lượng xi măng theo yêu cầu. Xi măng ra khỏi máy nghiền : Hạt to được
hồi lưu lại nhờ hệ thống phân ly, hạt quá nhỏ được thu hồi lại bởi hệ thống lọc bụi.
j. Đóng bao.
Xi măng từ si lô chứa được vận chuyển bằng vít tải, gầu xúc và băng tải tới
phân xưởng đóng bao. Tại đây có 5 si lô chứa, ở các si lô chứa này xi măng được sục
liên tục nhờ các máy nén khí để đồng nhất lần cuối trước khi đưa đến cầu cảng để xuất
xi măng rời.


PHẦN II. NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS
1.Giới thiệu hệ thống điều khiển DCS
a. Khái niệm
DCS là giải pháp tổng thể kể cả phần cứng và phần mềm cho toàn hệ thống
được phát triển từ các ứng dụng điều khiển của ngành công nghiệp hoá chất với các
bộ điều khiển ban đầu sử dụng kỹ thuật tương tự. Giải pháp thiết kế của các hệ DCS
thương phẩm là hướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được
thiết kế theo hệ thống mở, khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khác
nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập. Mục tiêu tạo thuận lợi cao nhất
cho kỹ sư thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển.
Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực hiện các
chuỗi quá trình phức tạp, khả năng tích hợp 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 mềm điều hành hệ thống tích hợp. Các hệ DCS có thể quản lý được từ
vài nghìn điểm đến hàng chục nghìn điểm vào/ra. Nhờ cấu trúc phần cứng và phần
mềm, hệ điều khiển có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển
nhiều tầng, hay theo các thuật toán điều khiển hiện đại: Nhận dạng hệ thống, điều

khiển thích nghi, tối ưu, bền vững, điều khiển theo mô hình dự báo (MPC), fuzzy,
neutral, điều khiển chất lượng ( QCS).
Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin, các hệ DCS thương phẩm ngày nay hỗ
trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý. Hiện nay các giao
thức này đã được chuẩn hoá ( Profibus, Foudation FieldBus, Ethernet ).
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 ( controller, mođun I/O, bus truyền thông
), khả năng thay đổi chương trình ( sửa chữa và download ), thay đổi cấu trúc của hệ,
thêm bớt các thành phần mà không cần làm gián đoạn, không cần khởi động lại quá
trình ( thay đổi online ).


Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết kế sẵn
và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất. Các nhà sản xuất DCS cũng
cam kết thời gian hỗ trợ với các sản phẩm DCS lớn, từ 15 đến 20 năm để đảm bảo
thời gian hoạt động và khai thác của các hệ thống lớn.
Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về
một giải pháp tự động hoá tích hợp tổng thể. Các chuyên gia cho tới ngày nay, DCS
vẫn là không thể thay thế được trong các ứng dụng lớn.
b. Chức năng
 Chức năng điều khiển
Chức năng chính và là chức năng quan trọng nhất của DCS là điều khiển toàn bộ các
quá trình công nghệ trong nhà máy.Chức năng điều khiển do các bộ điều khiển đảm
nhận, được đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc trong các trạm điều khiển.
• Chức năng điều khiển cơ bản.
DCS thực hiện tất cả các chức năng điều khiển cơ bản của một nhà máy. Các thành
phần thực hiện các chức năng điều khiển cơ bản trong DCS gọi là các “ khối hàm “
( Function Block). Mỗi khối hàm đại diện cho một bộ phận nhỏ nhất tong bài toán
điều khiển. Việc thực hiện thiết kế chức năng điều khiển thực chất là cách kết hợp các
các khối hàm lại với nhau cho phù hợp.

− Chức năng thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động: Chức năng điều chỉnh
tự động thực hiện cho các vòng điều chỉnh phản hồi của các quá trình liên tục.
Thành phần chính tham gia vào chức năng điều chỉnh tự động là các khối PID,
các khối hàm chuyển đổi định dạng dữ liệu vào/ra và các khối hàm toán học.
− Chức năng thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự: Thuật toán điều khiển tuần
tự đươc thực hiện cho một số công đoạn làm việc theo chuỗi sự kiện nối tiếp
trong nhà máy. Chức năng này vừa điều khiển từng công đoạn độc lập đồng
thời quản lý toàn bộ chuỗi sự kiện xảy ra trong hệ thống. Có thể sử dụng chức
năng này cho các bài toán liên động hoặc kết hợp thực hiện các công đoạn liên
tục trong nhà máy.


− Chức năng thực hiện các thuật toán phức tạp: DCS là hệ điều khiển ứng dụng
cho các nhà máy có quy mô lớn, công nghệ liên tục và phức tạp, đòi hỏi phải sử
dụng nhiều thuật toán tiên tiến để giải quyết các bài toán tối ưu và tiết kiệm
nhiên nguyên liệu. Các thuật toán cấp cao thường được ứng dụng cho các nhà
máy bao gồm : thuật toán điều khiển nối tầng ( casade ), thuật toán điều khiển
tiền định ( feedfoward ), các thuật toán phân ly hệ đa biến, thuật toán điều
khiển mờ, nôron …
• Chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ – Subsystem.
Trong các nhà máy lớn, bên cạnh hệ DCS, luôn có các hệ PLC đảm nhận các công
việc điều khiển cho tầng công đoạn nhỏ như trạm bơm cấp nước, nước thải, … và tất
cả các tham số này cũng cần phải được đưa vào hệ thống DCS chung của toàn nhà
máy để tập trung cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát và quản lý.
Hầu hết các hệ DCS đều không thích hợp sẵn các chương trình điều khiển truyền
thông cũng như các module truyền thông với các PLC vì hệ thống PLC trên thị trường
là rất phong phú và đa dạng. Mà thay vào đó, các nhà cung cấp DCS cung cấp các tuỳ
chọn để liên kết với các hệ PLC, tuy nhiên không phải là có thể kết nối được với tất cả
các PLC. Ơ điểm này thì các nhà làm thiết kế hệ thống điều khiển phải nắm được để
chọn thiết bị cho phù hợp và đỡ tốn kém nhất.

Các nhà cung cấp DCS cung cấp các tuỳ chọn này dưới dạng các gói phần mềm và
các module phần cứng. Ví dụ để liên kết với PLC của AB SLC5, ta có các gói phần
mềm điều khiển truyền thông với SLC5, hay để kết nối với PLC của Siemens, ta có
các gói phần mềm truyền thông với các thiết bị của Siemens. Tuy nhiên việc cấu hình
và truyền thông với các hệ thống phụ không phải bao giờ cũng diễn ra thuận lợi, mà
nếu lựa chọn không khéo, nó sẽ làm cho người làm Engineering tốn mất nhiều thời
gian và công sức.
Khi chúng ta định kết nối DCS của mình với một PLC của hãng nào, ta phải mua
chương trình phần mềm và môđun phần cứng của nhà cung cấp DCS để kết nối. Vì


khi chúng ta cài đặt chương trình phần mềm này vào hệ thống, nó sẽ dành một phần
bộ nhớ và định dạng lại phần bộ nhớ này cho phù hợp với loại PLC ta cần giao tiếp.
 Chức năng vận hành và giám sát hệ thống.
• Hiển thị trạng thái hoạt động của toàn bộ nhà máy.
Bằng các thư viện hình ảnh và các công cụ xây dựng đồ hoạ, DCS cho phép chúng ta
biểu diễn toàn bộ các quá trình, thiết bị trong nhà máy lên màn hình một cách trực
quan và sinh động, cung cấp các giao diện vận hành và giám sát.
Từ đó ta có thể nhận biết được trạng thái hoạt động của nhà máy thông qua các đối
tượng đồ hoạ và các giao diện điều khiển – Instrument Faceplate.

• Chức năng hiển thị các biến quá trình dưới dạng đồ thị.
Để vận hành và giám sát được toàn bộ nhà máy với nhiều thiết bị, tham số và trạng
thái, DCS đã phân chia, sắp xếp và biểu diễn các tham số, trạng thái dưới nhiều hình
thức khác nhau nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành.
Các biến quá trình ngoài việc ta có thể xem trực tiếp thông qua các Tagname của nó,
ta còn có thể giám sát thông qua các đồ thị, cho phép ta so sánh, đánh giá chất lượng
điều khiển và ra quyết định điều khiển.
Các tham số quá trình được hiển thị dưới dạng các đường cong gọi là Trend. Trend
hiển thị dữ liệu dưới dạng các chuỗi biểu đồ theo thời gian.Cho phép hiển thị nhiều

đường cong, nhiều màu sắc khác nhau.Ngoài ra còn cho phép ta thống kê dưới dạng
các bảng biểu, phục vụ cho việc ưu trữ lâu dài. Thông qua các Faceplate, người vận
hành sẽ giao tiếp với quá trình: giám sát trạng thái, tham số, thay đổi tham số bộ điều
khiển, thực hiện việc chỉnh định tham số…

• Chức năng cảnh báo quá tình.


Bên cạnh các chức năng điều khiển, giám sát trạng thái, việc đưa ra các cảnh báo cho
người vận hành và các gợi ý xử lý cũng là một yêu cầu không thể thiếu đối với bất cứ
một hệ DCS nào.
Các cảnh báo trong hệ thống được chia thành nhiều cấp độ :
− Cảnh báo nguy cơ ( Warning ): Với các cảnh báo loại này, chỉ ra cho người
vận hành biết rằng họ cần phải quan tâm đến tham số quá trình tương ứng
và chưa cần phải can thiệp vào hệ thống. Thông thường với các cảnh báo
loại này, hệ thống thoát ra được.
− Báo động (Alarm ): Với các cảnh báo loại này, người vận hành phải thực
hiện một vài gợi ý hoặc can thiệp nhỏ nhằm đưa hệ thống ra khỏi khu vực
nguy hiểm. Khi ở mức báo động hệ thống vẫn có thể tiếp tục làm việc được
trong một thời gian ngắn.
− Báo lỗi ( Failure ): Đây là tình trạng nguy hiểm, phải thực hiện ngay các tác
động để ngăn các rủi ro và tổn thất cho hệ thống. Thông thường khi xảy ra
lỗi, hệ thống cũng đã được thực hiện trước một số action để ngăn chặn hiểm
hoạ có thể xảy ra.

• Chức năng lập báo cáo.
Để hỗ trợ cho công tác giám sát và quản lý, DCS cung cấp các báo cáo cho tầng biến
quá trình, các khu vực quan trọng theo định kỳ hoặc theo yêu cầu.
Ngoài ra luôn có các báo cáo thực hiện thường xuyên nhằm :
Thu thập, hiển thị và in ra các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống.

Báo cáo về các cảnh báo, thông điệp liên quan đến thiết bị, tín hiệu vào/ra và cả trạng
thái của các function block. Báo cáo về lịch sử làm việc, các lỗi, sự kiện xảy ra trong
hệ thống.

• Chức năng an toàn hệ thống.


Để ngăn chặn các lỗi trong vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống. DCS cung
cấp khả năng phân chia quyền truy nhập hệ thống cụ thể đến từng thiết bị và tầng
functionblock . Mỗi người vận hành chỉ có quyền hạn và trách nhiệm trong một khu
vực nhất định. Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác nhau từ cấp các khu
vực, đến từng thiết bị trong nhà máy.
Mỗi người vận hành sẽ có một tên và mật khẩu riêng và chỉ có quyền truy nhập hệ
thống trong một khu vực đã được định nghĩa trước và phải chịu trách nhiệm hoàn toàn
với khu vực đó.
Điều này một mặt tránh các nguy cơ, ngăn chặn lỗi vận hành mặt khác cũng để là
thuận lợi cho các nhà quản lý trong việc tìm ra người có trách nhiệm cho mỗi một sự
kiện và kiểm soát tốt hơn tình trạng hoạt động của toàn nhà máy.


2. Hệ thống điều khiển phân tán DCS của nhà máy xi măng Quang Sơn


Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hóa ở mức độ
cao và được điều khiển tập trung CCR( Central Control Room) để kiểm soát toàn bộ
hoạt động của nhà áy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất
lượng của sản phẩm thay đôi hoặc khi có sự cố bất bình thường xảy ra.
Tầng trên cùng là bốn trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4 ( Operator Station)
để điêu khiển và giám sát các công đoạn: Chứa và vận chuyển nguyên liệu; đồng nhất
bột liệu và cung cấp cho lò nung; làm nguội clanhke, kho chưa chất clanhke và các bộ

phận dịch vụ; nghiền xi măng; nghiền than; các trạm đập đá vôi, đập đá shake; vận
chuyển và chứa phụ gia; đóng gói bao, sản xuất bao và xi măng rời; cảng nhà máy;
các trạm điện của nhà máy. Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm vận hành OS có thể
kiểm ta và giám sát từ 2 công đoạn trở nên.
-

Các máy in báo động, cảnh báo, báo cháy, máy hardcopy màu.

- Trạm kỹ thuật ES( Engineer Station) sử dụng cho việc biên soạn, lưu chương
trình và đào tạo kỹ thuật.


Tất cả được kết nối như một mạng LAN theo chuẩn Ethernet ( TCP/IP). Các
trạm PCS là các PLC AC800M. Các khu vực quan trọng đều được trang bị PLC với 2
Processor/CPU. Các trạm này được kết nối với tuyến cáp dữ liệu kép để đưa về hệ
thống Connectivity Sever. Thông tin giữa các sever với các trạm vận hành và điều
khiển quá trình liên hệ với nhau bằng hệ thống cáp quang kéo sợi thủy tinh theo chuẩn
Ethernet(TCP/IP). Mạng này gọi là Cleint/Server Network.
Các tủphân tán RPC (Remote Periphery Center) chứa các module phân tán
S800-I/O, tủ điều khiển động cơtrung tâm MCC (Motor Control Center) chứa các bộ
biến tần, các tủ máy cắt… được lắp đặt tại các phòng điện của khu vực sản xuất. Số
I/O phù hợp từng cụm thiết bị, ngoài ra còn có 20% dự phòng. Tất cả đều đưa vềcác
CPU AC800M thông qua tuyến cáp quang.
Từ AC800M kết nối với các Server qua mạng Ethernet (TCP/IP) còn gọi là
Cotrol Network. Cotrol Network: Là mạng cục bộ(LAN), việc tối ưu hoá vềthời gian
được thực hiện ở mức cao và đáng tin cậy. Thời gian của các phản hồi có thể biết
trước. Thiết bị của mạng điều khiển và Server được kết nối qua mạng Control
Network. Các thiết bịnhư: các Controller, robots, variable, speed drives…
Chức năng của hai Connectivity Server (Redandunt):
-

Connectivity Component: Cung cấp các dịch vụtruy cập dữliệu theo thời gian
thực, nhật ký vận hành, các cảnh báo và sựkiện từcác thiết bị lưu trữ khác trong
mạng.

-

Connectivity Product: Chức năng up-load, hỗtrợcho việc thiết lập cấu hình, các
đồhoặc cơbản, đóng gói dữliệu hỗtrợ đường truyền cho hệthống AC800M đến
kho lưu trữ. Server: Cung cấp các dịch vụtruy cập đến cácc Cotroller theo thời
gian thực. Trên Connectivity chạy các dịch vụ: OPC/DA, APC/AE, OPC/HAD
và SysMsg.

Trong đó gói phần mềm OPC Server cho AC800M/C là cần thiết cho việc đọc
các dữ liệu, cảnh báo, sựkiện theo thời gian thực từ bộ điều khiển. Gói phần mềm này
được cài đặt trong Connectivity Server. Nó bao gồm những thành phần sau:


-

OPC Data Access Server: Có nhiệm vụ chuyển dữliệu từbộ điều khiển lập
trình đến Control Builder Software (phần mềm lập trình và quản lý cho
hệthống AC800M) thông qua gói phần mềm OPC Data Access 2.0 và 1.0A.

-

OPC Alarm and Event Server: Có nhiệm vụ tạo ra luồng thông tin. Hầu hết
các sự kiện là được định nghĩa trước. Các sựkiện và cảnh báo đó trên các
clients do gói phần mềm Alarm and Event 1.02 Standard hỗtrợ.

Quá trình truyền thông đối với cấp có mức ưu tiên thấp hơn. Chu kỳvòng quét
đối với các Controller phải thấp hơn 60%. Tốt nhất là từ30÷40% thời gian của chu
kỳvòng quét. Phần mềm Control Builder (cho AC800M/C), Graphics Builder (cho
việc giám sát và điều khiển quá trình), AutoCAD (cho Mechanical Aspect)…
Tại các Server này sẽ thực hiện việc phân chia quyền sử dụng cho các
WorkSpace, tạo giao diện người máy HMI, cảnh báo, dồthị, báo cáo…Sự làm việc
của các Server này đòi tính đáp ứng thời gian thực rất cao. Tính thời gian thực là khả
năng đáp ứng kịp thời và chính xác. Hệ thống phải đáp ứng kịp thời với các sựkiện
không thể dự báo trước và phải xửlý nhiều sựkiện xảy ra cùng một lúc. Ngoài ra hệ
thống còn dự báo trước được thời gian tiêu biểu của các quá trình phản ứng. Để làm
được điều này, hệ thống các Server mạng trong hệ DCS phải có các phần mềm thời
gian thực tương ứng. Nó có chức năng quản lý, phân chia quá trình tính toán cho các
hệvi xửlý theo từng cấp tuỳtheo phạm vi chức năng. Phân chia thời gian để thực hiện
xen kẽ nhiều nhiệm vụkhác nhau theo mức ưu tiên và theo phương pháp lập lịch…


PHẦN III. BỘ ĐIỀU KHIỂN AC800M CONTROLLER
1.Giới thiệu AC 800M CONTROLLER
a.

Giới thiệu AC 800M

Bộ điều khiển PLC AC 800M có thể kết nối với các tín hiệu cấp hiện trường sử
dụng các mô đun vào/ra dòng S800L hoặc S800 hoặc cũng có thể cho phép kết hợp
với bất kỳ thiết bị hỗ trợ giao thức Profibus nào hiện có trên thị trường. Giao diện
người máy Compact 800 HMI cũng có thể sử dụng cùng với AC 800M hoặc với bất
kỳ thiết bị bộ điều khiển PLC của hầu hết các hang đang cung cấp trên thị trường.
Phương thức truyền thông trong hệ thống tận dụng những tính năng nổi trội của chuẩn
OPC. Một Panel 800 được kết nối trong hệ thống để phục vụ chức năng điều khiển
giao diện người /máy, cho phép lắp đặt tại khu vận hành hoặc dùng cho các ứng dụng

ở trong máy công cụ. Nó cho phép kết nối với hầu hết các máy tính công nghiệp hoặc
PC thông thường thông qua việc tích hợp sẵn các các driver bên trong.
Khi sử dụng bộ điều khiển AC 800M trong giải pháp tự động hóa của bạn, bạn sẽ có
rất nhiều tùy chọn cho mục đích truyền thông đa nhiệm:
-

Ethernet
OPC
Profilebus
Modbus RTU, TCP
Các thiết bị khác: Modulebus, MB300, SattBus, COMLI

Tính năng dự phòng nóng (redundancy) tại những khu vực quan trọng trong nhà máy
là cho phép với các hệ điều khiển AC 800M và các I/O vào ra bao gồm dự phòng
CPU, mạng cấp điều khiển, mạng cấp trường, bus truyền thông nội bộ, phần nguồn
cấp điện.
Phần mềm giao diện người dùng Compact 800 HMI có thể cho phép kết nối tới
hệ AC 800M hay kết nối tới các bộ điều khiển PLC của các hãng khác. Điều này có
nghĩa là nó cũng cho phép kết nối từ xa tới các bộ điều khiển PLC cũng như với các
thiết bị khác trong cũng một mạng đơn hay mạng có cấu trúc dự phòng. Hệ Compact
800 có thể phối hợp toàn diện các thành phần trên trong một hệ thống hoặc tích hợp
một phần vào trong hệ thống tự động hóa của bên thứ ba (third-party) với các thế
mạnh sẵn có như tính năng xử lý cảnh báo liên động.


AC 800M có thể được hiểu như một cấu trúc phần cứng mà ở đó các đơn vị
phần cứng( hardware units) riêng lẻ được nối với nhau phụ thuộc vào cấu trúc của các
unit và hệ điều hành được chọn có thể lập trình để thực hiện nhiều chức năng khác
nhau. Một khi cấu trúc phần cứng được xác định thì nó trở thành một AC 800M
Controller.

Những phần tử tạo nên một AC 800M Controller:
• Các Processor unit ( PM851/PM856/PM860/PM861/PM864/PM865).
• Bộ xử lý chính xác cao ( High Integrity Processor unit) (
PM865/SM801)
• Các giao tiếp truyền thông cho các phương thức khác nhau (
CI851/CI852/CI853/CI854/CI854A/CI855/ CI856/CI857/CI858/CI80)
• Đơn vị kết nối CEX –Bus( BC810).
• Các đơn vị cung cấp các mưc năng lượng khác nhau
( SD8281/SD822/SD823/SS822/SS823)
• Nguồn dự phòng ( SB821)
Một khi có them phần mềm điều khiển ( Control Software) thì AC 800M
Controller sẽ hoạt động hoặc như một chu trình điều khiển đứng một mình hoặc như
một Controller thực hiện những nhiệm vụ điều khiển tại một mạng điều hành bao gồm
nhiều Controller nối với nhau, các trạm vận hành ( Operator Station) và các Server.
Các hệ thống vào/ra có thể được nối với AC 800M Controller, trực tiếp với ( S800I/O)
hoặc qua Profibus DP hoăc bus trường Foundation Fieldbus. AC 800M Controller thì
được cấp phát không có Control Software. Để tạo ra Controller và Control Software
thì trước hết cần thiết phải tải phần sụn ( Filmware) và tạo ra những ứng dụng đặc biệt
làm công cụ thiết kế Control Builder M. AC 800M Controller là sự tổ hợp nhiều phân
tử ( Unit) được gắn trên các thanh ray nằm ngang( DIN- rail).
Bộ điều khiển AC 800M được thiết kế để tạo ra những ứng dụng mạng lại hiệu
quả cao, bảo dưỡng thuận lợi cho những giải pháp ứng dụng từ các bộ điều khiển khả
trình cỡ nhỏ đến những ứng dụng điều khiển phân tán DCS, tôt hợp các điều khiển


phân tán DCS và những ứng dụng điều khiển các hệ thống có tính toàn vẹn cao (High
Integrity System).


b.

Giới thiệu AC 800M High Itegrity

AC 800M được dùng trong các hệ thống ứng dụng quan trọng. Cấu hình chính
của mộthệ thống PM865, SM810, SS823 và hệ thống dự phòng S800 I/O High
Integrity, chạy một phiên bản High Integrity của phần mềm điều khiển (Control
Software). Đơn vị xử lý PM865 có thể chịuđược các lỗi HW. Chức năng được thêm
vào trên PM865 bao gồm:
•
•
•
•
•
•

Bảo vệ chống xâm nhập điện áp cao.
Một thiết bị định thời Watchdog đưa vào được cập nhật cùng dữ liệu từ SM810.
Giám sát bộ tạo dao động thêm vào.
Hỗ trợ cho hệ thống S800 I/O High Integrity.
Hỗ trợ cho SM810.
Tăng thêm hệ thống chuẩn đoán và kiểm tra trực tuyến cùng loại.

Chức năng chính của SM810 là hoạt động như một Monitor cho HW và
thực hiện SW và hai Module cùng là một hệ thống tương hợp SIL2 theo IEC61508 và
chất lượng TUV là chưa giảiquyết. SM810 đang chạy một SMSIL2 chứng nhận hệ
thống đang hoạt động và có một mức độ râtcao của sự tự chuẩn đoán bao gồm:
•
•
•
•

•

Bộ nhớ ảo.
Bảo vệ quá áp đầu vào
Hai bộ định thời Watchdog độc lập
Giám sát bộ tạo dao động.
Hỗ trợ cho hệ thống S800 I/O High Integrity.

Một tin tức lỗi nặng trên những chuẩn đoán bên trong.Những bức điện
ModuleBus được dùng trong một hệ thống High Integrity dùng khái niệmcủa các cấu
trúc. Những cấu trúc dài là các bức điện ModuleBus là sự mở rộng cùng một cỗ
gópHigh Integrity bao gồm dữ liệu và CRC32. Những bức điện S800
Module gửi đến những hệ thống S800 I/O High Integrity sử dụng dữ liệu từ
PM865 và CRC32 nghịch từ SM810. Những sựkiểm tra Module CRC32 I/O là đúng.
Dữ liệu nhận được từ hệ thống S800 I/O High Integrity quaModuleBus có CRC32 độc
lập được xác định bởi cả hai SM810 và PM865. Một vài CRC32 hoặcnhững lỗi khác


trong bức điện sẽ là kết quả trong một sự truyền thử lại và nếu được lặp lại, mộthệ
thống Shutdown và những phần tử đầu ra hệ thống S800 I/O High Integrity sẽ đi đến
trạng thái an toàn.
2.Đặc tính kỹ thuật AC 800M Controller
a.Tính năng chính
 Sự kết nối của 192 tín hiệu I/O qua Electrical ModuleBus là sẵn có.
 Sự kết nối của 1344 tín hiệu I/O qua Optical ModuleBus là sẵn có.
 Sự kết nối của S100 I/O là sẵn có.
 Cho phép kết nối một số lượng I/O qua PROFIBUS DP-V0 và
PROFIBUS DP-V1.
 Sự kết nối tới FOUNDATION Fieldbus High Speed Ethernet (FF HSE).
 Cho phép kết nối các nghi thức giao tiếp truyền thông của một số

lượnglớn các cổng RS-232C truyền thông nối tiếp.
 Sự kết nối đến các mạng MasterBus 300.
 Sự kết nối đến INSUM qua Gateway (Ethernet/LON).
 Sự kết nối đến ABB Drives là sẵn sàng qua DriveBus và ModuleBus.
 Nguồn pin dự phòng được gắn sẵn trong bộ nhớ.
 Dự phòng CPU (PM861/PM864/PM865)

b.Các hệ thống vào ra I/O và hệ thống cấp trường.
Các tủ phân tán RPC (Remote Periphery Center) chứa các module phân tán
S800-I/O, tủ điều khiển động cơ trung tâm MCC (Motor Control Center) chứa các
bộ biến tần, các tủ máy cắt… được lắp đặt tại các phòng điện của khu vực sản xuất.Số
I/O phù hợp từng cụm thiết bị, ngoài ra còn có 20% dự phòng. Tất cả đều đưavề các
CPU AC800M thông qua tuyến cáp quang theo chuẩn Profibus DP.Ở đây có nhiều
phương pháp kết nối hệ thống I/O đến bộ điều khiển AC 800M:
 S100 I/O qua CI856.
 Các đơn vị S800 I/O qua ModuleBus.
 Các đơn vị S800 I/O qua CI854/CI854A và CI840, PROFIBUS DP-V0và DPV1. Sự hỗ trợ cho cấu trúc dự phòng trên tất cả các mức.
 Các đơn vị S800 I/O qua CI854/CI854A và CI830, chỉ PROFIBUS DP-V0.


 S800 I/O qua CI851 và CI830, chỉ PROFIBUS DP-V0.
 Các đơn vị S900 I/O có thể được kết nối tới PROFIBUS DP-V1.
 Các ABB Drive có thể được kết nối tới ModuleBus qua CI851 vàCI830, hoặc
qua CI851 và CI830. Một vài thiết bị Drive có thể được kết nối trựctiếp tới
PROFIBUS

 ModuleBus


ModuleBus trong AC 800M gồm một đơn vị điện và một quang:

 Electrial ModuleBus (hình vẽ dưới) bao gồm một bó (cluster) cùng mộtlượng
cực đại của 12 đơn vị S800 I/O được kết nối.
 Optcial ModuleBus gồm 7 bó (cluster) cùng một lượng cực đại 7 x 12 =84 đơn
vị S800 I/O được kết nối.Chú ý Electrical ModuleBus có thể chỉ được sử dụng
cho sự kết nối S800 I/Okhi AC 800M đang chạy trong cấu hình CPU đơn.

 PROFIBUS

Một đoạn PROFIBUS DP có khả năng cung cấp lên tới 32 nút, có thể kếtnối trực tiếp
tới một đơn vị giao tiếp PROFIBUS DP-V0 kiểu CI851 / TP851 hoặcmột đơn vị
PROFIBUS DP-V1 kiểu CI854/CI854A/CI854. PROFIBUS PA có thểđược kết nối
tới PRFFIBUS DP/DP-V1 qua thiết bị liên kết LD 800P. Nó có thể kết nối các hệ
thống sau tới PROFIBUS DP-V0 và PROFIBUS DP-V1:


 S800 I/O và / hoặc S800L I/O qua FCI.
 S900 I/O qua FCI CI920.
 S200 I/O and / hoặc S200L I/O qua FieldBus Adapter 200-APB12.
Giới hạn đặt cho PRFFIBUS DP –V1.
 Các hệ thống I/O khác có thể cũng được kết nối tới PROFIBUS DP-V0
vàPROFIBUS DP-V1.
 PROFIBUS DP có tốc độ truyền là 12 Mbit/s
 PROFIBUS PA, có tốc độ truyền 31.25 kbit/s. Dùng trong các ứng
dụngđòi hỏi độ an toàn
 Fieldbus Barrier FB 900-Series bảo vệ fieldbus khỏi lỗi các thiết bị trường
 PROFIBUS PA liên kết với mạng PROFIBUS DP qua PROFIBUS Power Hub
có thể cung cấp các thông tin chẩn đoán và trạng thái của mạng
cũngnhư các thiết bị trong mạng PA

 FOUNDATION Fieldbus High Speed Ethernet.