Nghiên cứu thiết lập vòng điều khiển tối ưu quá trình vận hành thiết bị gia nhiệt khí (gas heater)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.82 MB, 122 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------ &&&----------------
NGUYỄN VẠN VIỆT QUỐC
NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP VÒNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU
TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT
KHÍ GAS HEATER TẠI TRUNG TÂM PHÂN PHỐI KHÍ
PHÚ MỸ
Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động
LUẬN VĂN THẠC SĨ: Điều Khiển và Tự Dộng Hóa
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.T.S PHAN XUÂN MINH
Hà Nội – Năm 2008
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC …………………………………………………..………………….… 1
LỜI NÓI ĐẦU …………………………………………………………….…….... 4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ……………………………………………….. 5
CHƯƠNG 1: …………………… ……………………………………….………... 6
TỔNG QUAN TRUNG TÂM PHÂN PHỐI KHÍ (GDC) PHÚ MỸ …………… 6
1. Vị trí địa lý …………...…………………………………………….……….… 6
2. Tổng quan GDC Phú Mỹ …………………………………………….……....... 6
2.1. Giới thiệu chung …...…………………………………..……….………..... 6
2.2. Sơ đồ mặt bằng tổng thể GDC Phú Mỹ ...………………………………… 5
2.3. Giới thiệu tổng quan hệ thống dây chuyền tiếp nhận và phân phối khí
của GDC Phú Mỹ ..………………………….…………………………….. 7
2.4. Thống kê số thiết bị chấp hành và thiết bị truyền tín hiệu TT, PT
trên một dây chuyền cấp khí sang nhà máy điện Phú Mỹ 1…………..... 12
CHƯƠNG 2: ……………………………………………………………………... 15
TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP.. 15
1. Lược sử quá trình phát triển của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp..15
2. Mô hình phân cấp của hệ thống điều khiển.………………………………. 16
3. Cấu trúc và thiết bị mạng…………………………………...……………… 18
3.1. Cấu trúc bus……………………………………………………………. 19
3.2. Cấu trúc hình sao……………………………………………………….. 20
3.3. Mô hình tham chiếu OSI……………………………………………….. 20
3.4. Kiến trúc giao thức……………………………………………...……… 21
3.5. Chuẩn giao thức TCP/IP……………………………………………….. 24
3.6. Truy nhập bus…………………………………………………………… 25
3.7. Kiểu truyền dữ liệu Master/Slaver...…………………………………… 25
3.8. Kiểu truyền dữ liệu Token Passing……………………...……………… 25
4. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển giám sát……………………. 27
4.1. Cấu trúc tập trung – Concentrated Architechure……………………… 27
4.2. Cấu trúc phân tán……………………………………………………… 28
5. Hệ thống điều khiển phân tán DCS………………………………………… 29
5.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán DCS……………………… 29
5.2 Mô hình phân lớp của hệ thống điều khiển DCS..……………………… 30
5.3 Các mô hình mạng trong hệ thống điều khiển phân tán………………… 32
6. Giới thiệu cấu trúc PlantWeb……………………………………………… 33
6.1 Khái niệm về PlantWeb………………………………………………… .33
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 2
6.2 Cơ sở hình thành cấu trúc PlantWeb…………………………………… 34
6.3 Sơ đồ cấu trúc PlantWeb điển hình của hãng Emerson………………… 34
7. Giới thiệu hệ thống điều khiển ICS tại GDC Phú Mỹ ……………………… 35
7.1. Cấu trúc hệ thống ICS ................................................................................ 35
7.2 Nhiệm vụ của hệ thống ICS ……………………………………………… 42
7.3 Ưu nhược điểm của hệ thống ICS……………………………………….. 43
CHƯƠNG 3: ……………………………………………………………… 44
CẤU TẠO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ
GIA NHIỆT KHÍ (GAS HEATER) TẠI GDC PHÚ MỸ ……………… 44
1. Đặc điểm, vai trò và chức năng thiết bị gia nhiệt khí Gas Heater …………
1.1. Những đặc điểm chính của Gas Heater ………………………………...
1.2 Vai trò của Gas Heater trong dây chuyền công nghệ……………………
1.3 Chức năng Gas Heater trong dây chuyền công nghệ tiếp nhận và phân
phối khí…………………………………........................................................
2. Sơ đồ nguyên lý tổng quát của hệ thống Gas Heater ……………………….
3. Thiết bị gia nhiệt Gas Heater E-401A/B/C tại GDC Phú Mỹ ………………
3.1 Sơ đồ cấu tạo (PL 5)………………………………………………………
3.2 Các bộ phận chính (Đối với E-401A)………………………….…………
44
44
44
45
46
48
49
50
CHƯƠNG 4:………………………………………………………………. 55
THIẾT LẬP BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG GAS HEATER
VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ VẬN HÀNH
TỐI ƯU…………………………………………………………………… 55
1. Các tham số công nghệ của Gas Heater ……………………………………... 55
1.1. Nhiệt độ trong buồng đốt ………………………………………………… 55
1.2 Nhiệt độ nước gia nhiệt Tn ………………………………………………...55
1.3. Nhiệt độ đặt cho dòng khí công nghệ cần gia nhiệt Tsp ………………….. 55
1.4. Nhiệt độ của dòng khí sau khi được gia nhiệt TK ………………………... 56
1.5 Độ mở của van điều khiển dòng khí Fuel Gas %Vm ……………………... 56
1.6 Lưu lượng của dòng khí qua Gas Heater QK …………………………….. 56
2. Xây dựng mô hình toán và mô phỏng bằng Matlab Simulink đối tượng điều
khiển Gas Heater …………………………………………………………… 56
2.1. Xác định hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh……………………… 56
2.2 Khảo sát mô hình đối tượng Gas Heater bằng Matlab Simulink………… 72
3. Các bài toán tự động hóa trong quá trình điều khiển Gas Heater ….……….. 79
3.1 Quá trình khởi động Gas Heater …………………………………………. 79
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 3
3.2 Bài toán điều khiển Gas Heater trong quá trình công nghệ……………… 84
4. Bộ điều khiển chương trình PLC của Gas Heater tại Local Control Panel … 86
4.1 Phần cứng………………………………………………………………… 86
4.2. Phần mềm………………………………………………………………… 89
5. Điều khiển tối ưu hệ thống gia nhiệt khí Gas Heater trong quá trình………. 92
vận hành dây chuyền cung cấp Khí ………………………………………….. 92
KẾT LUẬN…………………………………………………………………….. 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 97
PHỤ LỤC………………………………………………………………………. 98
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 4
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, khí đốt đã được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều
nghành công nghiệp như làm khí đốt các tua bin khí cho các nhà máy nhiệt điện,
dùng để lấy nguyên liệu sản xuất phân Đạm, ngoài ra còn được dùng trong các nhà
máy công nghiệp khác như nhà máy sản xuất bột ngọt VEDAN, nhà máy sản xuất
gạch men TACERRA… Khí đốt được cung cấp từ công ty chế biến và kinh soanh
sản phẩm khí (PVGAS) hiện nay phát triển lên thành Tổng công ty Khí Việt Nam
đảm bảo yêu cầu về chất lượng khí cung cấp như là thành phần của khí, nhiệt độ, áp
suất, nhiệt độ điểm sương Hydro Dewpoint, water Dewpoint của khí .
Mục đích của đề tài :
Nghiên cứu thiết kế vòng điều khiển tối ưu trong quá trình vận hành thiết bị
gia nhiệt khí nhằm sử dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu đốt cho Gas Heater, đóng vai
trò rất quan trọng cho việc cung cấp nguồn khí đốt đảm bảo tiêu chuẩn ổn định và
chất lượng nguồn khí gia nhiệt trong hệ thống công nghệ cung cấp khí.
Nội dung của đề tài :
• Xác định được sơ đồ công nghệ của thiết bị và nguyên lý hoạt động gia nhiệt
của Gas Heater.
• Tìm ra được phương pháp điều khiển tối ưu cho quá trình gia nhiệt của khí
của Gas Heater.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nhà cung cấp hệ thống PLC như: Siemens,
Invensys, Andover Control, HawkI Control… Hệ thống PLC của mỗi hãng đều có
những đặc trưng riêng. Trong số đó HawkI Control là một trong những đại diện
hàng đầu. Chính vì vậy, trong điều kiện em đang công tác tại GDC Phú mỹ nên em
đã chọn “Nghiên cứu thiết lập vòng điều khiển tối ưu trong quá trình vận hành
thiết bị gia nhiệt khí” làm đề tài tôt nghiệp.
Để hoàn thành luận văn này em xin chân thành cám ơn cô Phan Xuân Minh
- Bộ môn Điện điều khiển Tự động - Trường Đại học Bách khoa Hà nội, Ban Giám
Đốc Công ty Vận chuyển Khí Đông Nam Bộ (PVGAS SE) và Trung tâm phân phối
khí GDC Phú Mỹ nơi tôi đang công tác. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn các
Thầy cô giáo bộ môn Điện điều khiển Tự động đã truyền đạt những kiến thức cũng
như ý kiến góp ý quý báu giúp em hoàn thành Luận văn này.
Trong quá trình làm Luận văn tuy đã rất cố gắng nhưng không tránh khỏi
những thiếu sót. Tôi rất mong được những ý kiến bổ sung của các thầy cô và các
bạn.
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GDC – Gas Distribution Center
DCS – Distributed Control System.
ICS – Integrated Control System.
PLC – Programmable Logic Control.
PCS – Process Control System.
ESDV – Emergency Shutdown Valve.
PCV – Pressure Control Valve.
FCV – Flow Control Valve.
TT – Temprature Transmitter.
PT – Pressure Transmitter.
HMI – Human Machine Interface
AI – Analog Input (Đầu vào tương tự).
AO – Analog Ouput (Đầu ra tương tự).
P&ID – Piping & Instrument Drawing.
PVGAS – Petro Viet Nam Gas.
PVGAS SE – Petro Viet Nam Gas South East.
NCSP – Nam Côn Sơn Pipe-line.
EVN – Electric Việt Nam (Tập đoàn Điện lực VN)
MMSCMD – Triệu m3 khí chuẩn ngày
Trend – Hệ điều khiển sẽ được định dạng lựa chọn và hiển thị bảng đồ thị thời gian
thực của đối tượng.
Alarm - Lỗi báo động trên hệ thống vận hành.
FTP :
File transfer Protocol.
HTTP :
Hypertext Transfer Protocol.
MMS :
Mannufactoring Message Specification.
TCP/IP:
Transmisson Control Protocoll/Internet Prrotocol
HART :
Highway Adressable Remote Transducer.
HDLC :
High Level Data – Link Control.
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 6
Chương 1: TỔNG QUAN TRUNG TÂM PHÂN PHỐI KHÍ (GDC)
PHÚ MỸ
1. Vị trí địa lý
Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ nằm trong khu công nghiệp Phú Mỹ 1, Thị
trấn Phú Mỹ, huyện Tân Thành, Tĩnh Bà Rịa – Vũng Tàu,
• Phía Đông giáp Thị trấn Phú Mỹ
• Phía Tây giáp cụm các Nhà Máy nhiệt điện Phú Mỹ
• Phía Nam giáp Sông Thị Vải
• Phía Bắc giáp Khu Công nghiệp Mỹ Xuân – Gò Dầu.
2. Tổng quan GDC Phú Mỹ
2.1 Giới thiệu chung
Khí thiên nhiên Nam Côn Sơn được lấy từ vùng trũng thuộc bể Nam Côn
Sơn gồm các mõ Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch Mộc Tinh… và chuyển tới nhà máy
BP Dinh Cô để xử lý công nghệ với chiều dài đường ống là 370Km. Tại nhà máy
BP Dinh Cô khí thiên nhiên được xử lý tách thành Condensate và khí khô. Khí khô
sau đó sẽ được vận chuyển tới GDC Phú Mỹ bằng đường ống 30’’ (in) có chiều dài
28.8Km.
Trung tâm phân phối khí phú mỹ tiếp nhận hỗn hợp khí hydrocacbon hay gọi
là khí đốt bao gồm chủ yếu là các các thành phần khí: Metan (C1) (chiếm khoảng
90%) và khí Etan (C2) (Chiếm 4,5%) và các thành phần khác. Sau đó, GDC Phú
Mỹ sẽ phân phối khí đốt cho các hộ tiêu thụ khí như các nhà máy điện Phú mỹ 1,
Phú mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.2, Phú mỹ 3, Phú Mỹ 4, nhà máy Đạm Phú Mỹ v.v..
Với thiết kế ban đầu GDC Phú Mỹ sẽ tiếp nhận và phân phối với sản lượng
là 10,48 MMSCMD (Triệu m3 khí chuẩn ngày), được hoàn thành và đi vào vận
hành vào tháng 10 năm 2002. Hiện nay, công suất cung cấp khí của GDC Phú Mỹ
đã tăng lên đến 15 MMSCMD và tiếp theo trong giai đoạn sắp tới sẽ là 20
MMSCMD, cung cấp khí cho Nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch và nhà máy nhiệt
điện Thủ Đức - Hồ Chí Minh.
Cụm nhà máy nhiệt điện tại khu công nghiệp Phú Mỹ , huyện Tân Thành,
tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu sử dụng khí đốt được phân phối từ GDC Phú Mỹ hiện đã đáp
ứng được hơn 40% sản lượng điện của cả nước. Có thể nói GDC Phú Mỹ là nơi
cung cấp khí chính tại miền Nam, Việt Nam trong giai đoạn hiện tại cũng như sau
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 7
này và có vai trò rất quan trọng đối với Tập Đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cũng
như sự ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống cung cấp điện của Quốc gia.
2.2. Sơ đồ mặt bằng tổng thể GDC Phú Mỹ
GDC Phú Mỹ được xây dựng trên mặt bằng tổng thể diện tích 49.400m2 với
kích thước là 260m x 190m, trong đó chia ra làm 2 khu vực chính đó là khu vực an
toàn (Safety Area) và khu vực công nghệ (Hazard Area)
Hình 1.1: Sơ đồ mặt bằng tổng thể Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ
2.2.1 Khu vực an toàn
Khu vực an toàn được bố trí để thiết kế các hạng mục của công trình gồm:
-
Nhà trực bảo vệ, cổng bảo vệ
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
-
Trang 8
Nhà điều hành, phòng Điều khiển trung tâm
- Nhà xưởng đặt các thiết bị phụ trợ như: Máy phát điện dự phòng, Máy biến
thế 415 kVA, Máy nén khí công cụ, máy nén khí diesel dự phòng, các bình khí
nitơ, các bình khí Helium, các bình khí Chuẩn…
2.2.2 Khu vực công nghệ (Hazod area)
Khu vực công nghệ là khu vực nguy hiểm, bao gồm đường ống dẫn khí và toàn
bộ hệ thống thiết bị công nghệ của dây chuyền tiếp nhận và cung cấp khí. Áp suất
khí đầu vào là 55 barg và áp suất khí vận hành từ 35barg – 45barg, khả năng rò rỉ
khí rất cao. Đây là khu vực được giám sát rất nghiêm ngặt và cách xa với khu vực
an toàn là 15m (TCVN). Ngoài ra khu vực công nghệ này còn được đánh nghiêm
ngặt giá theo các tiêu chuẩn về an toàn cháy nổ (NFPA 13), tiêu chuẩn về an toàn
thiết bị (SIL 2, SIL 3), đánh giá nguy hiểm theo khu vực (HAZOD) để đảm bảo an
toàn trong quá trình chạy thử và vận hành.
Các thiết bị chính của hệ thống công nghệ có mức độ giám sát an toàn cao như
là: 03 Gas Heater ; 07 cụm Metering Skid; Sub-header đầu vào; 07 cụm PCV điều
áp; Cụm Gas Filter.
Các Gas Heater E-401A, E-401B, E-401C được đặt ở phía đầu vào của nguồn
khí NCSP , là khu vực có mức độ nguy hiểm cao nhất của trạm.
2.3. Giới thiệu tổng quan hệ thống dây chuyền tiếp nhận và phân phối khí của
GDC Phú Mỹ
2.3.1 Sơ đồ hệ thống dây chuyền tiếp nhận và phan phối Khí ( Hình 1.2)
* Nguyên lý hệ thống tiếp nhận và phân phối khí:
GDC Phú Mỹ tiếp nhận khí từ nguồn khí đầu vào NCSP, sau đó đến các thiết bị
gia nhiệt khí (Gas Heater ) E-401A, E401B, E401C để gia nhiệt cho nguồn khí đầu
vào, tiếp đến nguồn khí sẽ đến các cụm van PCV điều khiển áp suất dòng khí giảm
xuống theo yêu cầu của các nhà máy sử dụng khí, dòng khí sau khi được điều chỉnh
áp suất sẽ đi đến các hệ thống đo đếm khí để đo sản lượng khí cung cấp và sau đó
đến các hộ sử dụng khí.
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 9
Hình 1.2: Sơ đồ tổng thể hệ thống tiếp nhận- phân phối khí GDC Phú Mỹ
Theo thiết kế ta có ký hiệu các cụm PCV điều khiển áp suất, các hệ thống đo
đếm khí tương ứng với từng hộ sử dụng Khí như bảng sau:
Các hộ sử dụng khí
Cụm PCV giảm áp suất
Hệ thống đo đếm
Nhà MĐ Phú Mỹ 1
Z-411
Z-412
Nhà MĐ Phú Mỹ 2.2
Z-421
Z-422
Nhà MĐ Phú Mỹ 3
Z-431
Z-432
Nhà MĐ Phú Mỹ 4
Z-441
Z-442
Nhà MĐ Phú Mỹ
2 1&2 1 Exp
Nhà máy Đạm Phú Mỹ
Z-451
Z-452
Z-471
Z-472
Dự phòng
Z-461
Z-462
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 10
2.3.2 Sơ đồ nguyên lý một dây chuyền cung cấp khí.
Gas Inlet
Gas Outlet
Gas
Heater
ESDV
ESDV
I
ESDV
II
III
Hình 1.3: Sơ đồ cung cấp khí cho một nhà máy điện Phú Mỹ
Trong đó:
IIIIII-
Cụm thiết bị gia nhiệt Gas Heater .
Hệ thống Van điều khiển áp suất.
Hệ thống Metering đo đếm.
Hình 1.3 giới thiệu sơ đồ của dây chuyền cung cấp khí cho 1 nhà máy Nhiệt
điện. Nguồn khí từ nhà máy xử lý khí NCSP bằng đường ống có đường kính 750
mm (30 in) ở áp suất cao. Trước khi cấp cho nhà máy Nhiệt điện dòng khí được cho
đi qua thiết bị gia nhiệt và qua hệ thống van giảm áp suất PCVs. Các giá trị áp suất
và nhiệt độ của khí phải được điều khiển và giám sát liên tục để đảm bảo đáp ứng
được đúng yêu cầu công nghệ về nhiệt độ và áp suất của khí cấp cho nhà máy điện
và được quy định trong hợp đồng mua bán khí với nhà máy điện. Dòng Khí sau khi
qua thiết bị gia nhiệt và hệ thống van giảm áp sẽ đi qua hệ thống Metering để đo
đếm sản lượng khí đã cấp cho nhà máy điện. Trong dây chuyền cung cấp khí này có
hai quá trình được tự động hoá là quá trình gia nhiệt khí và quá trình giảm áp suất.
2.3.3 Hệ thống Van điều khiển áp suất (PCV)
Hệ thống PCVs giảm áp trên mỗi dây chuyền cấp khí gồm có hai nhánh mắc
song song để dự phòng cho nhau. Một nhánh chạy chính gọi là nhánh Duty, nhánh
dự phòng gọi là nhánh Standby. Trên mỗi nhánh có 2 PCV điều khiển áp suất mắc
nối tiếp, trong 2 PVC nối tiếp này, PCV đầu tiên là “ monitor” và PCV điều khiển
thứ 2 là “ regulator”. PCV monitor được đặt setpoint cao hơn PCV regulator và tín
hiệu áp suất vào bộ controller được lấy ở đầu ra sau PCV điều khiển regulator. PCV
regulator là van điều khiển chính với áp suất đặt setpoint là áp suất cần cung cấp
cho hộ tiêu thụ của nhánh đó ( Ví dụ: nhà máy điện Phú Mỹ 1 cần cung cấp áp suất
khí là 45 bar thì ta đặt setpoint cho PCV Regulator của nhánh Phú Mỹ 1 là 45 bar ),
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 11
có đặc trưng là loại van Fail-Open. PCV monitor có đặc trưng là loại van Fail-Close
và được điều khiển từ bộ điều khiển Local đặt tại ngoài hiện trường, việc đặt
setpoint cho PCV monitor được set ngay tại bộ điều khiển Local này của van và
hoạt động độc lập với hệ thống điều khiển ICS. PCV monitor hoạt động dự phòng
khi PCV regulator bị fail (full-open 100%), hay khi hệ thống điều khiển ICS bị fail.
Nhánh dự phòng được lắp đặt ở đây để đảm bảo quá trình cung cấp khí vẫn
được liên tục khi PCV monitor của nhánh chạy chính bị fail ở vị trí close. Bộ điều
khiển của PCV regulator duty và standby lấy tín hiệu áp suất ở 2 đường riêng trên
hệ thống ICS để loại trừ khả năng bị fail chung.
+ Sơ đồ nguyên lý dây chuyền cấp khí cho nhà máy điện Phú Mỹ 1 như sau:
PIC
ESD1108
Gas Inlet
PCV1100
PCV1101
PCV1102
PCV1103
PIC
FIT1120
ESD1109
Gas
Heater
ESDV
Gas
Outlet
ESDV
PIC
FIT1140
PIC
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý dây chuyền cung cấp khí cho nhà máy điện Phú Mỹ 1
+ Sơ đồ P&ID của dây chuyền cấp khí cho NMĐ Phú Mỹ 1 (PL 6)
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Luận văn Cao học ĐK Tự động
Trang 12
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 13
Trong đó chức năng của các PCV trong cụm van điều khiển giảm áp thể hiện ở
bảng sau:
Nhà máy
điện
Nhánh Duty
Pressure
Nhánh Standby
Pressure
Monitor
Regulator
Monitor
Regulator
Phú mỹ1
PCV-1100
PCV-1101
PCV-1102
PCV-1103
Phú mỹ2.2
PCV-1200
PCV-1201
PCV-1202
PCV-1203
Phú mỹ3
PCV-1300
PCV-1301
PCV-1302
PCV-1303
Phú mỹ4
PCV-1400
PCV-1401
PCV-1402
PCV-1403
Phú mỹ2.1
PCV-1500
PCV-1501
PCV-1502
PCV-1503
2.3.4 Hệ thống Metering đo đếm
Trên mỗi nhánh cung cấp khí cho các hộ tiêu thụ khí tại GDC đều được lắp
đặt 02 Metering đo đếm khí, một có chức năng đo đếm chính (Duty) và một có chức
năng tham chiếu (Reference) hay dự phòng cho Metering đo đếm chính.
Các Metering là loại Ultrasonic Metering (USM), là loại Metering đo khí
hiện đại nhất hiện nay do hãng Daniel cung cấp. Có nguyên lý dùng sóng siêu âm
để xác định lưu lượng dòng khí chảy qua trong ống dẫn.
Trong hệ thống Metering còn có hệ thống Gas Chromatograph (GC) để phân
tích các thành phần của dòng qua Metering. Máy phân tích sắc khí GC có thể phân
tích các thành phần của dòng khí và đưa vào hệ thống đo đếm để tính toán ra thành
phần tỷ trọng (Density) khí, nếu giá trị Density là nằm ngoài dãy cho phép thì hệ
thống Metering sẽ báo động, khi đó giá trị Density được dùng để tính toán là giá trị
Density cuối cùng khi chưa có Alarm. Giá trị này gọi là Last Good Value.
Như trên trong hệ thống Metering còn có các Pressure Transmitter và
Temprature Transmitter dùng để đo các giá trị áp suất và nhiệt độ của dòng khí đi
qua Metering, các giá trị này sẽ được truyền về hệ thống đo đếm
Ví dụ với hệ thống đo đếm của các nhà máy điện Phú Mỹ cho ở bảng sau:
Nhà máy điện
Nhánh Duty
Nhánh Standby
Meter
Meter
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 14
Phú mỹ 1
FI-1120
FI-1140
Phú mỹ2.2
FI-1220
FI-1240
Phú mỹ 3
FI-1320
FI-1340
Phú mỹ 4
FI-1420
FI-1440
2.3.5 Các ESDV (Emergency Shutdown Valve)
Tại đầu vào và đầu ra của Gas Heater cũng như đầu vào và ra của tất cả các
dây chuyền cấp khí cho các hộ tiêu thụ điều có lắp đặt các van điều khiển ESDV có
chức năng đóng/mở từ xa hay tự động đóng khi có sự cố bất thường để cô lập hệ
thống công nghệ theo yêu cầu tiêu chuẩn an toàn PCCN của công trình khí.
Mỗi ESDV có hai Solenoid điều khiển: một được điều khiển từ hệ thống
ESD và một được điều khiển từ hệ thống F&G, hai hệ thống này được điều khiển
giám sát từ hệ thống ICS của phòng điều khiển trung tâm.
Các ESDV có chức năng cô lập hệ thống khi có sự cố bất thường tác động từ
hệ thống F&G, hay cô lập hệ thống cho công tác bảo dưỡng sửa chữa tác động khi
có lệnh điều khiển từ hệ thống ESD do vận hành thực hiện.
2.3.6 Các thiết bị khác
Ngoài Thiết bị gia nhiệt khí Gas Heater mà ta sẽ phân tích kỹ ở các phần sau
của luận văn, trên mỗi dây chuyền công nghệ cấp khí còn lắp đặt các Transmitter
nhiệt độ (TT), áp suất (PT) dùng để hiển thị quan sát và điều khiển nhiệt độ và áp
suất dòng khí trong đường ống giúp nhân viên vận hành theo dõi được hoạt động
cung cấp khí đáp ứng yêu cầu công nghệ trong quá trình vận hành.
2.4. Thống kê số thiết bị chấp hành và thiết bị truyền tín hiệu TT, PT trên một
dây chuyền cấp khí sang nhà máy điện Phú Mỹ 1.
* Bảng 1.1: Thiết bị chấp hành trên dây chuyền PM-1 được điều khiển quan sát từ
hệ thống ICS
Stt
Thiết bị chấp
hành
Mô tả
1
SDV-1108
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào
2
SDV-1109
Van điều khiển Đóng/Mở cô lập đầu ra
3
BDV-1105
Van điều khiển Đóng/Mở xả áp an toàn khi sự cố
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
4
PCV-1100
6
PCV-1101
7
PCV-1102
8
PCV-1103
Trang 15
Cụm van điều khiển áp suất Z-411
* Bảng 1.2: Thiết bị cảm biến, đo đếm và truyền số liệu trên dây chuyền PM-1 được
điều khiển quan sát từ hệ thống ICS
Stt
Tên thiết bị
1
PDT-1115
2
PIC-1100
3
PIC-1101
4
PIC-1102
5
PIC-1103
6
PZT-1110
7
TI-1104
8
FT-1120
9
PT-1123
10
TT-1124
11
FT-1140
12
PT-1143
13
TT-1144
14
AT-1121
Mô tả
Cảm biến đo chênh áp trước và sau SDV-1108
Các cảm biến đo giá trị áp suất của dòng khí phía sau
cụm van PCV giảm áp, được sử dụng để lấy tín hiệu áp
suất điều khiển hoạt động các PCV
Cảm biến đo áp suất để thông báo các mức Alarm áp
suất cao và áp suất thấp trên đường ống công nghệ
Cảm biến đo nhiệt độ của dòng khí công nghệ phía sau
cụm van giảm áp Z-411
Các cảm biến đo của cụm Meter đo đếm FI-1120
Các cảm biến đo của cụm Meter đo đếm FI-1140
Cảm biến đo thành phần khí để tính toán giá trị Density
của khí.
* Bảng 1.3: Thiết bị chấp hành tại các Gas Heater E-401A/B/C được điều khiển từ
hệ thống ICS
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 16
Stt
Tên thiết bị chấp
hành
1
SDV-1016
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào
2
BDV-1012
Van điều khiển Đóng/Mở - giảm áp khi có sự cố
3
SDV-1019
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào E-401A
4
SDV-1022
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu ra E-401A
5
SDV-1020
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào E-401B
6
SDV-1024
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu ra E-401B
7
SDV-1021
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu vào E-401A
8
SDV-1026
Van điều khiển Đóng/Mở - cô lập đầu ra E-401A
9
BDV-1027
Van điều khiển Đóng/Mở - giảm áp khi có sự cố
Mô tả
* Bảng 1.4: Thiết bị cảm biến của các Gas Heater E-401A/B/C được điều khiển
quan sát từ hệ thống điều khiển ICS.
Stt
Tên thiết bị cảm
biến
1
TT-1012
2
TT-1032
3
LIT-1022
Cảm biến đo mức nước gia nhiệt trong E-401A để lấy tín
hiệu báo Alarm mức nước gia nhiệt cao hay thấp
4
BA-1005
Cảm biến ngọn lửa Pilot và lửa Burner của E-401A để lấy tín
hiệu cho BMS báo Alarm khi lửa pilot và Burner không cháy
TT-1014
Cảm biến đo nhiệt độ khí ở đầu ra của E-401B để lấy tín hiệu
điều khiển cho BMS điều khiển van FCV-1042 đáp ứng giá
trị nhiệt độ theo giá trị nhiệt độ setpoint
5
Mô tả
Cảm biến đo nhiệt độ khí ở đầu ra của E-401A để lấy tín hiệu
điều khiển cho BMS điều khiển van FCV-1032 đáp ứng giá
trị nhiệt độ theo giá trị nhiệt độ setpoint
Cảm biến nhiệt độ đo giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt E-401A
để lấy tín hiệu điều khiển cho BMS điều khiển van FCV1032 không để giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt vượt quá 800C
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 17
Cảm biến nhiệt độ đo giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt E-401B
để lấy tín hiệu điều khiển cho BMS điều khiển van FCV1042 không để giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt vượt quá 800C
Cảm biến đo mức nước gia nhiệt trong E-401B để lấy tín hiệu
báo Alarm mức nước gia nhiệt cao hay thấp trên hệ thống
ICS
6
TT-1042
7
LIT-1023
8
BA-1006
Cảm biến ngọn lửa Pilot và lửa Burner của E-401B để lấy tín
hiệu cho BMS báo Alarm khi lửa pilot và Burner không cháy
TT-1016
Cảm biến đo nhiệt độ khí ở đầu ra của E-401C để lấy tín hiệu
điều khiển cho BMS điều khiển van FCV-1052 đáp ứng giá
trị nhiệt độ theo giá trị nhiệt độ setpoint
10
TT-1052
Cảm biến nhiệt độ đo giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt E-401C
để lấy tín hiệu điều khiển cho BMS điều khiển van FCV1052 không để giá trị nhiệt độ nước gia nhiệt vượt quá 800C
11
LIT-1024
Cảm biến đo mức nước gia nhiệt trong E-401C để lấy tín hiệu
báo Alarm mức nước gia nhiệt cao hay thấp trên hệ thống
ICS
12
BA-1007
Cảm biến ngọn lửa Pilot và lửa Burner của E-401B để lấy tín
hiệu cho BMS báo Alarm khi lửa pilot và Burner không cháy
13
UA-1005
Tín hiệu báo lỗi Common Alarm từ BMS về hệ thống ICS
khi E-401A dừng
14
UA-1006
Tín hiệu báo lỗi Common Alarm từ BMS về hệ thống ICS
khi E-401B dừng
15
UA-1007
Tín hiệu báo lỗi Common Alarm từ BMS về hệ thống ICS
khi E-401C dừng
16
FT-1010
Cảm biến đo đếm sản lượng khí sử dụng cho Buồng đốt và
đương pilot của các E-401A/B/C
17
PI-1029
Cảm biến đo áp suất đường khí fuel Gas Heater sau khi qua
cụm van giảm áp PCV-1008A/B
18
TI-1009
Cảm biến đo nhiệt độ đường fuel Gas Heater sau cụm van
giảm áp PCV-1008A/B
9
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 18
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRONG CÔNG NGHIỆP
1. Lược sử quá trình phát triển của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp
Hình 2.1: Sơ đồ lược sử phát triển các hệ thống điều khiển trong công nghiệp
Từ sơ đồ trên với sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ nói chung
cũng như sự phát triển của nghành điều khiển hệ thống tự động trong công nghiệp
trên Thế giới qua các thời kỳ:
Giai đoạn từ những năm 1940 đến 1980 hầu hết các hệ thống điều khiển
trong công nghiệp sử dụng là hệ thống điều khiển tập trung, các hệ thống điều khiển
được điều khiển trực tiếp từ các Panel điều khiển tại chổ, các thiết bị điều khiển
được nối dây tín hiệu điều khiển trực tiếp đến Panel điều khiển tập trung.
Đến những năm cuối của thập niên 70 hệ thống điều khiển phân tán (DCS)
bắt đầu được đưa vào sử dụng trong các hệ thống điều khiển trong công nghiệp, nó
phát triển thật nhanh chóng và đã phát huy được những ưu điểm và thế mạnh của nó
đối với việc đáp ứng các tính năng điều khiển an toàn và tin cậy đối với một hệ
thống giám sát, và đến đầu những năm 1980 nó đã hầu như thay thế hoàn toàn hệ
thống điều khiển tập trung.
Giai đoạn từ đầu những năm 1980 đến những năm cuối thế kỷ XX là giai
đoạn phát triển cao nhất đối với hệ thống điều khiển phân tán, nhưng đến những
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 19
năm cuối của thế kỷ XX đã xuất hiện một hệ thống điều khiển mức cao hơn đó là
điều khiển cấu trúc nhà máy kỹ thuật số hóa hay còn có cách gọi khác đó là cấu trúc
PlantWeb (Kết nối Web toàn nhà máy), nó sử dụng sức mạnh của trường thiết bị
thông minh để cải tiến và nâng cao các hoạt động của nhà máy.
Từ những năm đầu của thế kỷ 21 đến nay hệ thống điều khiển cấu trúc nhà
máy số hóa đã dần thay thế cho hệ thống điều khiển phân tán DCS, tuy nhiên hầu
hết các hệ thống điều khiển trong ngành công nghiệp nước ta hiện nay vẫn đang
dùng là hệ thống điều khiển phân tán
2. Mô hình phân cấp của hệ thống điều khiển
+ Hệ thống điều khiển trong công nghiệp có thể chia thành 5 cấp như sau:
Hình 2.2 Mô hình phân cấp chức năng của một hệ thống điều khiển giám sát
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
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 20
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 mô hình lý tưởng về cấu trúc chức
năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp.
• 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 nhanh nhạy. Các thiết
bị trường thông minh cũng có thể đảm nhận việc xử lý thô thông tin trước khi đưa
lên cấp điều khiển.
• 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 nhiềm 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. 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 phân cấp chức năng sẽ
tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị
• Cấp điều hành sản xuất: Nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất 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
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 21
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, hệ thống truyền dữ liệu SCADA độc
lập của từng công ty, 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....
• 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 (ms). Trong khi
đó lưu lượng thông tin lớn hơn nhiều so với bus trường. Các hệ thống bus trường
tiêu biểu: Ethernet, Industrial Ethernet, Profibus-FMS, Profibus DP, Profibus PA,
Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet.
• Mạng xí nghiệp: Là một mạng 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
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 22
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.....
3. Cấu trúc và thiết bị mạng
Cấu trúc mạng quyết định các thiết bị cần phải có trong mạng và cách ghép
nối chúng.Thiết bị mạng gồm có:
- Bộ lặp : Sao chép, khuếch đại và phục hồi tín hiệu mang thông tin trên
đường truyền giữa hai trạm xa nhau.
- Cầu nối : Liên kết giữa hai mạng con với nhau chỉ khi lớp liên kết dữ liệu(
lớp 2 mô hình tham chiếu OSI) làm việc với cùng giao thức.
- Router : Liên kết hai mạng con với nhau trên cơ sở lớp 3 theo mô hình OSI.
- Gateway: Liên kết các hệ thống bus khác nhau bằng cách chuyển đổi giao
thức cấp cao, thường được thực hiện bằng các thành phần phần mềm.
- HUB (ghép nối các trạm theo cấu trúc ARCNET và Ethernet).
- MAU (Ghép nối các trạm theo cấu trúc Token-Ring).
- TRANSIVER/RECEIVER: ghép nối hai trạm trực tiếp trên một khoảng
cách lớn.
- Module truyền thông (Của PLC...), card mạng (của biến tần, module phân
tán...): Mạng Profibus.
- Card máy tính (mạng LAN).
- Có 3 kiểu liên kết để ghép nối chúng với nhau:
Có thể phân biệt các dạng cấu trúc cơ bản là bus, mạch vòng tích cực và hình
sao như sau:
3.1 Cấu trúc bus
Tất cả các thành viên của mạng đều được nối trực tiếp với một đườngdẫn
chung. Đặc điểm cơ bản của cấu trúc bus là việc xử dụng chung một đường dẫn duy
nhất cho tất cả các trạm.Vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt.
Có thể phân biệt ba loại cấu hình trong cấu trúc bus : daisy – chain và trunk –
line/drop – line và mạch vòng không tích cực. Hai cấu hình đầu cũng được xếp vào
kiểu cấu trúc đường thẳng,bởi hai đầu đường truyền không khép kín.
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 23
Với daisy – chain,mỗi trạm được nối mạng trực tiếp tại giao lộ của hai đoạn
dây dẫn, không qua một đoạn dây nối phụ nào.Ngược lại, trong cấu hình trunkline/drop-line, mỗi trạm được nối qua một đường nhánh (drop – line) để đến đường
trục (Trunk – line).Còn mạch vòng không tích cực thực chất chỉ khác với (trunk –
line/drop – line) ở chỗ đường truyền được khép kín.
Bên cạnh việc tiết kiệm dây dẫn thì tính đơn giản, dễ thực hiện là những ưu
điểm chính của cấu trúc bus, nhờ vậy mà cấu trúc này phổ biến nhất trong các hệ
thống mạng truyền thông công nghiệp.Trong trường hợp một trạm không làm việc
(hỏng hóc, do ngắt nguồn,…). Không ảnh hưởng đến phần mạng còn lại. Một số hệ
thống còn cho việc tách một trạm ra khỏi mạng hoặc thay thế một trạm trong khi cả
hệ thống vẫn hoạt động bình thường.
Tuy nhiên việc dùng chung một đường dẫn đòi hỏi một phương pháp phân
chia thời gian sử dụng thích hợp để tránh xung đột tín hiệu - gọi là phương pháp
truy nhập môi trường hay phương pháp truy nhập bus. Nguyên tắc truyền thông
được thực hiện như sau: tại một thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong
mạng được gửi tín hiệu, còn các thành viên khác chỉ có quyền nhận.
Ngoài việc cần phải kiểm soát truy nhập môi trường, cấu trúc bus còn có
những nhược điểm sau:
• Một tín hiệu gửi đi có thể tới tất cả các trạm và theo một trình tự không kiểm
soát được, vì vậy phải thực hiện phương pháp gán địa chỉ (logic) theo kiểu
thủ công cho từng trạm. Trong thực tế, việc gán địa chỉ này gây ra không ít
khó khăn.
• Tất cả các trạm đều có khả năng phát và đọc đường dẫn để phát hiện ra thông
tin có phải gửi cho mình hay không, nên phải được thiết kế sao cho có đủ tải
với số trạm tối đa. Đây chính là lý do phải hạn chế số trạm trong một đoạn
mạng. Khi cần mở rộng mạng phải dùng thêm các bộ lặp.
• Chiều dài đường dẫn tương đối dài, vì vậy đối với cấu trúc đường thẳng xảy
ra hiện tượng phản xạ ở mỗi đầu dây làm giảm chất lượng của tín hiệu. Để
khắc phục hiện tượng này người ta chặn hai đầu dây bằng hai trở đầu cuối.
Việc sử dụng các trở đầu cuối cũng làm tăng tải của hệ thống.
• Cấu trúc đường thẳng, liên kết đa điểm cố hữu gây ra khó khăn trong áp
dụng các công nghệ truyền tín hiệu mới như sử dụng cáp quang.
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 24
Một số ví dụ mạng công nghiệp tiêu biểu sử dụng cấu trúc bus là PROFIBUS,
Foundation Fieldbus, LonWorks, AS-i và Ethernet 1 (E1).
3.2 Cấu trúc hình sao :
Là một cấu trúc mà có trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả cac nút mạng
khác, nút này sẽ điều khiển sự truyền thông của toàn mạng. Các thành viên khác
được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm. Tương tự như cấu trúc mạch
vòng, có thể nhận thấy ở đây kiểu liên kết về mặt vật lý là kiểu điểm - điểm. Tuy
nhiên, liên kết về mặt logic vẫn có thể là nhiều điểm. Nếu trạm trung tâm đóng vai
trò tích cực, nó có thể đảm đương nhiệm vụ kiểm soát toàn bộ việc truyền thông của
mạng, còn nếu không sẽ chỉ như một bộ chuyển mạch.
Một nhược điểm của cấu trúc hình sao là sự cố ở trạm trung tâm sẽ làm tê liệt
toàn bộ các hoạt động truyền thông trong mạng. Vì vậy, trạm trung tâm thường phải
có độ tin cậy rất cao và phải có cấu trúc dự phòng.
Một nhược điểm tiếp theo của cấu trúc hình sao là tốn dây dẫn,nếu như
khoảng trung bình giữa các trạm nhỏ hơn khoảng cách của chúng tới trạm trung
tâm. Đương nhiên trong các hệ thống viễn thông không tránh khỏi việc dùng cấu
trúc này. Đối với mạng truyền thông công nghiệp, cấu trúc hình sao tìm thấy trong
các phạm vi nhỏ. Ví dụ như các bộ chia, thường dùng vào mục đích mở rộng các
cấu trúc khác. Lưu ý rằng, trong nhiều trường hợp một mạng cấu trúc hình sao về về
mặt vật lý lại có cấu trúc như một hệ bus, bởi các trạm vẫn có thể tự do liên lạc như
không có sự tồn tại của trạm trung tâm. Chính các hệ thống mạng Ethernet công
nghiệp ngày nay sử dụng phổ biến cấu trúc này kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch
và phương phát truyền dẫn tốc độ cao.
3.3 Kết nối giao thức
Dữ liệu thông tin được truyền trong mạng thường là sau khi đã được đóng gói.
Gói tin bao gồm các thông tin cần truyền tải, bít đầu cuối, xác nhận cùng địa chỉ
trạm nhận và thông tin trạm truyền. Có nhiều loại dịch vụ truyền thông, với các cấp
khác nhau. Tuỳ theo nhu cầu về độ tiện lợi hay hiệu suất trao đổi thông tin mà
người ta có thể quyết định sử dụng dịch vụ ở cấp nào. Việc thực hiện tất cả các dịch
vụ được dựa trên nguyên hàm dịch vụ, bao gồm :
-
Yêu cầu dịch vụ.
-
Chỉ thị nhận lời dịch vụ.
Luận văn Cao học ĐK Tự động
SVTH: Nguyễn Vạn Việt Quốc
