Xây dựng hệ thống điều kiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.82 MB, 143 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
===== WX =====
NGUYỄN XUÂN HỢP
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA
HỆ NẤU TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA
CHẤT LƯỢNG CAO
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà Nội – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
===== WX =====
NGUYỄN XUÂN HỢP
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA
HỆ NẤU TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA
CHẤT LƯỢNG CAO
NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. ĐINH VĂN NHÃ
HÀ NỘI – 2012
Mục lục
Trang
Lời cam đoan ..........................................................Error! Bookmark not defined.
Danh mục các chữ viết tắt và các hình vẽ trong luận văn ...............Error!
Bookmark not defined.
Lời nói đầu ...............................................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG I: GIớI THIệU Về Hệ THốNG SCADA Và TổNG QUAN Về NHà MáY BIA
........................................................................................Error! Bookmark not defined.
1.1. Hệ THốNG SCADA ..........................................Error! Bookmark not defined.
1.1.1
Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ SCADA.........Error! Bookmark not defined.
1.1.2
Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA ...............Error! Bookmark not defined.
1.1.3. Hệ thống SCADA hiện đại ..............................................Error! Bookmark not defined.
1.1.4. Các ứng dụng của hệ thống SCADA ...............................Error! Bookmark not defined.
1.1.5. Mục đích áp dụng hệ thống SCADA vào sản xuất ..........Error! Bookmark not defined.
1.2. XÂY DựNG Hệ THốNG SCADA ....................Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hóa ...........Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá .................Error! Bookmark not defined.
1.3. giới thiệu về nhà máy bia ....................Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Quy trình sản xuất bia .....................................................Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Các hiện trờng ...............................................................Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Các thiết bị chấp hành và sensor......................................Error! Bookmark not defined.
Chơng II: Nghiên cứu hệ thống nhà nấu.Error! Bookmark not defined.
2.1. Lu đồ P&ID của hệ thống nhà nấu và chức năng nhiệm vụ mỗi công
đoạn ........................................................................Error! Bookmark not defined.
2.2. Bài toán điều khiển nhiệt độ ..............Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Điều khiển nhiệt độ cho nồi nấu......................................Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Điều khiển nhiệt độ cho các hệ thống khác.....................Error! Bookmark not defined.
2.3. Bài toán điều khiển lu lợng...........Error! Bookmark not defined.
Chơng iii: nghiên cứu hệ thống scada với wincc và phần mềm điều khiển
plc ................................................................................Error! Bookmark not defined.
3.1. Bộ điều khiển khả trình PLC ................Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Giới thiệu về PLC .............................................................Error! Bookmark not defined.
3.1.2. So sánh PLC với các hệ thống khác.................................Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Khối điều khiển PID mềm: FB41 CONT_C ....................Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Sử dụng FC 105 để xử lý tín hiệu cho module Analog....Error! Bookmark not defined.
3.2. Giới thiệu về WINCC...................................Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Chức năng của WinCC .....................................................Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Một số đối tợng điển hình trong WinCC ........................Error! Bookmark not defined.
Chơng IV: Thiết kế hệ thống.........................Error! Bookmark not defined.
4.1. thiết kế phần cứng ...................................Error! Bookmark not defined.
4.1.1. giải pháp dự phòng cho hệ thống....................................Error! Bookmark not defined.
4.1.2. Hệ thống dự phòng dùng WINCC ...................................Error! Bookmark not defined.
4.1.3. Các thiết bị phần cứng .....................................................Error! Bookmark not defined.
4.1.4. Cấu hình phần cứng cho Step7 ........................................Error! Bookmark not defined.
4.2. thiết kế phần mềm.....................................Error! Bookmark not defined.
4.2.1. Lập trình PLC ..................................................................Error! Bookmark not defined.
4.2.2. Xây dựng phần mềm điều khiển bằng WINCC ...............Error! Bookmark not defined.
Các kết quả đạt đợc, hạn chế và phơng hớng phát triển của đề tài
........................................................................................Error! Bookmark not defined.
TàI LIệU THAM KHảO..............................................Error! Bookmark not defined.
PHụ LụC.......................................................................Error! Bookmark not defined.
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Ngoài phần tài
liệu tham khảo đã đợc liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong phần luận
văn là hoàn toàn trung thực và cha đợc công bố trong bất kỳ một công trình
nào
khác
Trang1
Danh mục các chữ viết tắt và các hình vẽ
trong luận văn
* Danh mục các chữ viết tắt
CPU
: Central Processing Unit
D/A
: Digital / Analog
FC
: Function
OB
: Organisation Block
PC
: Personal Computer
PLC
: Programmable Logic Controller
SCADA
: Supervisory Control And Data Acquisition
WinCC
: Window Control Center
DB
: Data Block
RTU
: Remote Ternimal Unit
HMI
: Human Machine Interface
CIP
: Clean In Place
* Danh mục các hình vẽ:
Hình 1.1: Mô hình phân cấp chức năng
Hình 1. 2. Quy trình sản xuất bia
Hình 2.1. Sơ đồ khối các công đoạn trong hệ thống nấu
Hình 2.2. Hệ thống nồi nấu.
Hình 2.3. Hệ thống nồi lọc
Hình 2.4. Quy trình nồi lọc.
Hình 2.5. Cấu tạo bên trong nồi lọc.
Hình 2.6. Hệ thống nồi sôi hoa
Hình 2.7. Cấu tạo nồi sôi hoa.
Hình 2.8. Đờng luân chuyển nhiệt độ và dịch.
Hình 2.9. Hệ thống thùng lắng xoáy
Hình 2.10. Hệ thống nồi trung gian
Hình 2.11. Hệ thống làm lạnh nhanh.
Hình 2.12. Lu đồ điều khiển nhiệt độ cho nồi nấu.
Hình 2.13. Lu đồ điều khiển nhiệt độ cho nồi lọc bã
Hình 2.14. Lu đồ điều khiển nhiệt độ cho trung gian
Hình 2.15. Lu đồ điều khiển lu lợng
Hình 3.1. Cấu trúc PLC
Hình 3.2. Cấu hình một thanh rack của PLC S7-300
Hình 3.3. Sơ đồ kết nối các rack
Hình 3.4. Nguyên lý lập trình tuyến tính
Hình 3.5. Nguyên lý lập trình có cấu trúc
Trang2
Hình 3.6. Những đặc trng lập trình của các loại điều khiển
Hình 3.7. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển PID
Hình 3.8. Sơ đồ khối tổng quát của bộ điều khiển mềm PID
Hình 3.9. Mở khối chứa thông tin của bộ điều khiển PID
Hình 3.10. Cấu hình cho bộ điều khiển PID mềm.
Hình 3.11. Hàm chuyển SCALE CONVERT FC105.
Hình 3.12. Lựa chọn loại tín hiệu vào cho module vào ra.
Hình 3.13. Điều khiển và giám sát qua mạng Profibus dùng WINCC
Hình 3.14. Các chức năng chính của hệ thống.
Hình 4.1. Mô hình dự phòng toàn diện.
Hình 4.2. Mô hình dự phòng cho module I/O
Hình 4.3. Sơ đồ chuyển mạch cho hệ thống dự phòng I/O và BUS
Hình 4.4. Sơ đồ kết nối phần cứng cho hệ thống dự phòng I/O và BUS
Hình 4.5. Sơ đồ chuyển đổi Server khi có xảy ra sự cố
Hình 4.6. Sơ đồ kết nối dự phòng cho server
Hình 4.7. Các thuộc tính của wincc hỗ trợ khi thiết kế hệ thống dự phòng
Hình 4.8. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển phản hồi.
Hình 4.9. Cấu trúc của một hệ thống điều khiển thẳng
Hình 4.10. Thiết bị đo áp suất thực tế trong nhà máy
Hình 4.11. Thiết bị đo lu lợng.
Hình 4.12. Cấu trúc cơ bản của một thiết bị chấp hành.
Hình 4.13. Van điều khiển PID
Hình 4.14. Van điện điều khiển on/off
Hình 4. 15. Cấu hình PLC cho hệ thống nấu.
Hình 4.16. Cấu hình PLC trong Step7.
Hình 4.17. Lu đồ chơng trình chính.
Hình 4.18. Lu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ
Hình 4.19. Lu đồ thuật toán của chức năng maintenance.
Hình 4.20. Tìm mã lỗi.
Hình 4.21.Giao diện màn hình chính.
Hình 4.22. Giao diện màn hình điều khiển cho hai nồi nấu
Hình 4.23. Giao diện màn hình maintenance
Hình 4.24. Giao diện màn hình của đồ thị sản xuất.
Hình 4.25. Giao diện của màn hình report.
* Danh mục các bảng
Bảng 1: Các tham biến hình thức đầu vào FB41:
Bảng 2: Các tham biến hình thức đầu ra FB41:
Bảng 3: Các tham số hàm FC105:
Bảng 4: Thông số của thiết bị đo áp suất
Bảng 5: Thông số kỹ thuật của thiết bị đo lu lợng
Bảng 6: Thông số kỹ thuật của van điều khiển PID
Bảng 7: Phân bố địa chỉ cho PLC trên từng module:
Trang3
Lời nói đầu
Trớc sức ép của thể giới về sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệp về
cả chiều rộng lẫn chiều sâu do việc áp dụng những thành tựu của khoa học công
nghệ, điều này đồng nghĩa với việc phát triển các ngành công nghiệp trong nớc
cũng phải đợc phát triển một cách mạnh mẽ và hớng tới một tầm vóc mới. Do đó
chúng ta phải tìm cách tiếp cận công nghệ và làm chủ công nghệ. Một khi chúng ta
đã làm chủ đợc công nghệ mà không phải phụ thuộc vào đối tác khác thì việc áp
dụng các thành tựu khoa học công nghệ vào sản xuất trở nên dễ dàng hơn.
Cùng với xu hớng phát triển chung không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành
công nghiệp bia cũng đã có những bớc tiến vợt bậc. Các nhà máy bia nhỏ lẻ đã trở
thành những nhà máy bia công suất lớn và hiện đại, đáp ứng đợc ngày càng cao về
chất lợng và sản lợng và chiến lĩnh thị trờng bia trong nớc. Để đạt đợc điều
này là nhờ vào việc chúng ta đã dần làm chủ đợc công nghệ và tiến tới làm chủ
toàn bộ công nghệ.
Với đề tài: Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây
chuyền sản xuất bia chất lợng cao. Nhằm mục đích có thể thay thế phần mềm
chuyên dụng đợc sử dụng trong nhà máy bia là Braumat.
Nội dung của bản luận văn đợc trình bày thành 4 chơng:
Chơng 1: Giới thiệu về hệ thống SCADA và tổng quan về nhà máy bia
Chơng 2: Nghiên cứu hệ thống nhà nấu
Chơng 3: Nghiên cứu hệ thống SCADA với WinCC và phần mềm điều khiển PLC
Chơng 4: Thiết kế hệ thống
Em xin đợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Đinh Văn Nhã với
những chỉ dẫn tận tình trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.
Sinh viên thực hiện:
Trang4
Nguyễn Xuân Hợp
Mục lục
Contents
Trang
Lời cam đoan ...............................................................................................................................1
Danh mục các chữ viết tắt và các hình vẽ trong luận văn.............................2
Lời nói đầu ....................................................................................................................................4
CHƯƠNG I: GIớI THIệU Về Hệ THốNG SCADA Và TổNG QUAN Về NHà MáY BIA.......7
1.1. Hệ THốNG SCADA...............................................................................................................7
1.1.1
Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ SCADA ..........................................................8
1.1.2
Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA ...............................................................11
1.1.3. Hệ thống SCADA hiện đại ..............................................................................................13
1.1.4. Các ứng dụng của hệ thống SCADA ...............................................................................17
1.1.5. Mục đích áp dụng hệ thống SCADA vào sản xuất ..........................................................18
1.2. XÂY DựNG Hệ THốNG SCADA .......................................................................................19
1.2.1. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hóa ...........................................................19
1.2.2. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá .................................................................21
1.3. giới thiệu về nhà máy bia .......................................................................................24
1.3.1. Quy trình sản xuất bia .....................................................................................................25
1.3.2. Các hiện trờng ...............................................................................................................29
1.3.3. Các thiết bị chấp hành và sensor .....................................................................................32
Chơng II: Nghiên cứu hệ thống nhà nấu....................................................................33
2.1. Lu đồ P&ID của hệ thống nhà nấu và chức năng nhiệm vụ mỗi công
đoạn ...........................................................................................................................................33
2.2. Bài toán điều khiển nhiệt độ .................................................................................42
2.2.1. Điều khiển nhiệt độ cho nồi nấu......................................................................................42
2.2.2. Điều khiển nhiệt độ cho các hệ thống khác.....................................................................43
2.3. Bài toán điều khiển lu lợng .............................................................................44
Chơng iii: nghiên cứu hệ thống scada với wincc và phần mềm điều khiển
plc ...................................................................................................................................................45
3.1. Bộ điều khiển khả trình PLC ...................................................................................45
Trang5
3.1.1 Giới thiệu về PLC .............................................................................................................45
3.1.2. So sánh PLC với các hệ thống khác.................................................................................54
3.1.3. Khối điều khiển PID mềm: FB41 CONT_C ....................................................................56
3.1.3. Sử dụng FC 105 để xử lý tín hiệu cho module Analog....................................................66
3.2. Giới thiệu về WINCC......................................................................................................68
3.2.1 Chức năng của WinCC .....................................................................................................70
3.1.2 Một số đối tợng điển hình trong WinCC ........................................................................71
Chơng IV: Thiết kế hệ thống............................................................................................74
4.1. thiết kế phần cứng ......................................................................................................74
4.1.1. giải pháp dự phòng cho hệ thống....................................................................................74
4.1.2. Hệ thống dự phòng dùng WINCC ...................................................................................77
4.1.3. Các thiết bị phần cứng .....................................................................................................82
4.1.4. Cấu hình phần cứng cho Step7 ........................................................................................90
4.2. thiết kế phần mềm .......................................................................................................98
4.2.1. Lập trình PLC ..................................................................................................................98
4.2.2. Xây dựng phần mềm điều khiển bằng WINCC .............................................................105
Các kết quả đạt đợc, hạn chế và phơng hớng phát triển của đề tài
.........................................................................................................................................................109
TàI LIệU THAM KHảO...............................................................................................................110
PHụ LụC........................................................................................................................................111
Tác giả đã có bài báo gửi đăng ở Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (Automation
Today) ISSN tháng 3/2012
PGS.TS Đinh Văn Nhã, KS Nguyễn Xuân Hợp, KS. Đinh Văn Vinh, Xây dựng hệ thống
điều khiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lợng cao.
Trang6
CHƯƠNG I: GIớI THIệU Về Hệ THốNG SCADA Và
TổNG QUAN Về NHà MáY BIA
1.1. Hệ THốNG SCADA
Với sự phát triển nhanh nền kinh tế, các hệ thống thu thập, giám sát, xử lý dữ liệu
và điều khiển các quá trình công nghiệp SCADA (Supervisory Control And Data
Acquision) đã xuất hiện ngày càng nhiều trong các lĩnh vực công-nông nghiệp, khoa
học vũ trụ, hàng không, công nghệ sinh học, y học, môi trờng và nhiều lĩnh vực
khác. Không những thế nó còn thể hiện tính hiệu quả trong công nghiệp, giúp con
ngời quan sát thu thập quản lý dữ liệu và điều khiển tự động các thiết bị từ xa.
Trong các lĩnh vực kỹ thuật công nghiệp, các hệ thống trên càng ngày càng phát
triển nhanh với sự phát triển mạnh mẽ của nhu cầu thị trờng đã làm thay đổi tính
chất cũng nh quy mô sản xuất của các nhà máy nhằm tăng khả năng sản xuất và
cạnh tranh của nhà máy. Hệ thống điều khiển tự động phải đáp ứng yêu cầu đảm bảo
độ ổn định và chính xác của các thông số đo và cập nhật các thông số đo và điều
khiển với tốc độ cao nh thông số: Mức, lu lợng, và các tín hiệu điều khiển tại
phòng điều khiển trung tâm. Ngoài chức năng điều khiển, các thông số còn đợc lu
trữ, xử lý, lập các báo cáo đáp ứng việc theo dõi chất lợng của nhà quản lý về chất
lợng, về chi phí sản xuất, từ đó nhà quản lý có thể đa ra các quyết định nhằm điều
chỉnh hoạt động sản xuất cũng nh đanh ra các quyết định kinh doanh hiệu quả.
Trớc đây khi giá nhân công rẻ và các nhà máy có quy mô nhỏ nên việc thu thập dữ
liệu chủ yếu đợc thực hiện thủ công bởi các công nhân vận hành. Việc sản xuất
bằng tay đòi hỏi số lợng lớn ngời lao động tuy nhiên vẫn không đạt đợc chất
lợng ổn định cũng nh tăng năng suất và hiệu quả sản xuất. Khi việc thu thập dữ
liệu thủ công không còn đáp ứng đợc tính chất của một nền sản xuất công nghiệp.
Nhiều phần mềm cũng nh các thiết bị phần cứng liên tục đợc phát triển thay thế
để đa vào thực thế sản xuất.
Một hệ SCADA truyền thống là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần
tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải thông tin về khu trung tâm để
Trang7
xử lý. Trong các hệ thống nh vậy, hệ thống truyền thông đợc chú trọng và phần
cứng đợc quan tâm nhiều hơn. Theo xu hớng phát triển hiện đại, trong giải pháp
điều khiển phân tán có sẵn hệ thống truyền thông ở cấp dới (bus trờng, bus xử lý)
và ở cấp trên (Ethernet). Thì trọng tâm của việc xây dựng hệ SCADA là lựa chọn
công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống.
Có thể hình dung tạo dựng một ứng dụng SCADA gồm hai công việc chính: xây
dựng màn hình hiển thị và thiết lập mối quan hệ giữa các hình ảnh trên màn hình với
các biến quá trình.
Nói cách khác, hệ thống SCADA thờng đợc dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy
tính đợc thiết kế để thực hiện các chức năng sau:
-
Thu thập dữ liệu từ các thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.
-
Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập đợc.
-
Hiển thị các dữ liệu thu thập đợc và kết quả đã xử lý.
-
Nhận các lệnh từ ngời điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà
máy.
-
Xử lý các lệnh tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác.
1.1.1 Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ SCADA
Hệ thống SCADA hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy tín hiệu từ các cơ cấu cảm
biến đợc gắn trên các thiết bị công tác hoặc trên dây chuyền sản xuất gửi về cho
máy tính (thực hiện phần thu thập dữ liệu). Máy tính xử lý, kiểm tra trạng thái hoạt
động của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đã đợc cài sẵn trong bộ nhớ.
Đồng thời, máy tính sẽ hiển thị lại những thông tin kỹ thuật của hệ thống trên màn
hình, cho phép tự động giám sát và điều khiển hệ thống và phát ra tín hiệu điều
khiển đến máy công tác tạo nên vòng tín hiệu kín (thực hiện chức năng giám sát và
điều khiển).
Việc điều khiển giám sát ở đây bao hàm hai ý nghĩa:
9 Con ngời theo dõi và điều khiển.
9 Máy tính giám sát và điều khiển.
Trang8
Đối với các hệ thống sản suất tự động trớc đây, việc kiểm tra giám sát hoàn
toàn do con ngời đảm trách. So với máy tính, tốc độ xử lý của con ngời rất chậm
và dễ nhầm lẫn. Việc tính toán điều khiển của máy tính sẽ tránh đợc những hậu
quả trên. Những sai sót nhỏ, thờng xuyên gặp phải sẽ đợc máy tính giám sát và xử
lý theo chơng trình đã đợc cài đặt. Đối với những sự cố lớn, máy tính sẽ báo cho
ngời theo dõi biết và tạm dừng hoạt động của hệ thống để chờ quyết định của
ngời điều hành.
Mô hình phân cấp chức năng điều khiển:
Hình1.1 Mô hình phân cấp chức năng
a.
Cấp chấp hành
Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lờng, dẫn động và chuyển đổi tín
hiệu trong trờng hợp cần thiết. Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay
chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lờng,
truyền động đợc chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị thông minh (smart devices)
có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trớc khi đa lên cấp điều khiển.
b. Cấp điều khiển
Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý
các thông tin theo thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các cấp chấp
hành. Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đó đợc ngời đứng máy trực tiếp đảm
nhận qua việc theo dõi các công cụ đo lờng, sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để
Trang9
thực hiện những thao tác cần thiết nh ấn nút đóng/ mở van, điều chỉnh cần gạt, núm
xoayTrong một hệ thống điều khiển tự động, máy tính thực hiện những nhiệm vụ
đó.
Do đặc tính nổi bật của cấp điều khiển là xử lý thông tin, nên khái niệm cấp xử
lý (process level) cũng hay đợc sử dụng. Tuy nhiên, khái niệm này không đợc
chính xác vì trong các hệ thống tự động hoá hiện đại, việc xử lý thông tin không
phải là độc quyền ở cấp này. Nh đã nêu trên, các thiết bị thông minh ở cấp cảm
biến/chấp hành cũng có thể đảm nhận một phần việc này. Ngoài ra, việc thực hiện
các chức năng ở bất kỳ cấp nào bên trên đều mang bản chất là xử lý thông tin.
Cấp điều khiển và cấp chấp hành cũng hay đợc gọi chung là cấp trờng (field
level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành đợc cài đặt trực tiếp tại
hiện trờng, gần kề với hệ thống kỹ thuật.
c.
Cấp điều hành quá trình
Điều hành quá trình tức là điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi đa
số các chức năng nh đo lờng điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống đợc các cấp
cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của các cấp điều hành quá trình là hỗ trợ ngời sử
dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý
những tình huống bất thờng. Ngoài ra, trong một số trờng hợp, cấp này còn thực
hiện các bài toán điều khiển cao cấp nh điều khiển phối hợp, điều khiển khởi
động/dừng và điều khiển theo công thức (ví dụ nh trong chế biến dợc phẩm, hoá
chất). Khác với các cấp dới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều hành quá trình
thờng không đòi hỏi phơng tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện mạng
ngoài các máy tính điều hành.
Hiện nay, do nhu cầu tự động hoá tổng thể ở các cấp điều hành sản xuất và quản
lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian không cần thiết trong
mô hình chức năng trở nên cần thiết. Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp điều hành quá
trình và điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu hớng hội nhập
hai cấp này thành một cấp duy nhất gọi chung là cấp điều hành.
Trang10
Tóm lại, các chức năng điều khiển giám sát của một hệ SCADA:
9 Giám sát vận hành
9 Điều khiển vận hành
9 Báo cáo và báo động
9 Điều khiển cao cấp
9 Quản lý và lu trữ dữ liệu quá trình
1.1.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA
Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần:
a. MTU (Master Terminal Unit) - Trạm điều khiển giám sát trung tâm:
MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, trong thực tế nó thờng là một hệ
máy tính công nghiệp. MTU giao tiếp với ngời điều hành và RTU thông qua khối
truyền thông. Ngoài ra MTU còn đợc kết nối với các thiết bị ngoại vi nh monitor,
máy in và có thể kết nối với mạng truyền thông. Nhiệm vụ của MTU bao gồm:
-
Cập nhật dữ liệu từ các thiết bị RTU và nhận lệnh từ ngời điều hành.
-
Xuất dữ liệu đến các thiết bị thi hành RTU.
-
Hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trình cũng nh trạng tháI của các
thiết bị lên màn hình giúp con ngời điều hành giám sát và điều khiển.
-
Lu trữ, xử lý các thông tin và giao tiếp với các hệ thống thông tin khác.
b. RTU (Remote Terminal Unit)
RTU thu nhận thông tin từ xa, thờng đợc đặt tại nơi làm việc để thu thập dữ
liệu và thông tin từ các thiết bị hiện trờng nh các valve, các cảm biến, các đồng hồ
đo để gửi đến MTU xử lý và thông báo cho ngời điều hành biết tình trạng, trạng
tháI hoạt động của các thiết bị hiện trờng. Mặt khác, nó nhận lệnh hay tín hiệu đo
từ MTU để điều khiển hoạt động cảu các thiết bị theo yêu cầu.
Thông thờng các RTU lu giữ thông tin thu thập đợc trong bộ nhớ của nó và
chờ yêu cầu từ MTU mới truyền tín hiệu dữ liêu. Tuy nhiên, ngày nay các RTU hiện
Trang11
đại có các máy tính và PLC có thể thực hiện điều khiển trực tiếp qua các địa điểm từ
xa mà không cần định hớng cảu MTU.
c. Khối truyền thông
Là môi trờng truyền thông giữa các khối thiết bị với nhau, bao gồm phần cứng và
phần mềm.
Phần cứng: là các thiết bị kết nối nh modem, hộp nối, cáp truyền và các thiết bị
thu phát vô tuyến (trong hệ thống không dây wireless), các trạm lặp (trong trờng
hợp truyền đi xa).
Phần mềm: đó là các giao thức truyền thông (protocol), các ngôn ngữ lập trình
đợc dùng để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau.
CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức truyền thông. Các giao
thức có thể là giao thức mở nh TCP\IP (Transmission Control Protocol and Internet
Protocol) hoặc các giao thức riêng. Những luồng thông tin đợc tổ chức theo mô
hình 7 lớp ISO/OSI. Mô hình OSI đợc sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao đổi
thông tin với các giao thức. Truyền thông và dữ liệu RTU nhận thông tin của nó nhờ
vào sự nhận dạng mã trong dữ liệu truyền. Dữ liệu này đợc biên dịch và đợc CPU
điều khiển thích hợp tác động tại chỗ.
d. HMI: Giao diện ngời máy
Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để ngời vận hành điều khiển các
quá trình hoạt động của hệ thống.
e. Xử lý dữ liệu
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số
(digital) hay dạng xung.
Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện
đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển
Trang12
giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm dữ liệu đợc hiển thị
dới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo.
Trong trờng hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ
SCADA thờng hiển thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ
họa dới dạng đồ thị.
Một u điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành công khi hệ thống
xảy sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách
xử lý sau:
Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có
dung lợng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ đợc sao
lu vào trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ
sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thờng.
Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều
đợc thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ nh hệ thống truyền thông
hai đờng truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ do vậy, các bộ phận dự
phòng này sẽ đợc đa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động
offline (có thể cho mục đích bảo dỡng, sửa chữa, kiểm tra)
1.1.3. Hệ thống SCADA hiện đại
Cùng với sự phát triển vợt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ thông
tin, xu hớng phát triển của các PLC và phần mềm HMI/SCADA ngày càng trở nên
mix and match Lựa chọn và kết nối khác nhau nhng đề hỗ trợ cho nhau để tạo
thành một chỉnh thể thống nhất. Các hệ thống SCADA ngày nay cho phép thu thập
dữ liệu, điều khiển và giám sát trên một phạm vi rộng lớn hơn, có thể lên đến hàng
ngàn hay thậm chí là cả hàng chục ngàn kênh Input/Output với tốc độ nhanh và độ
tin cậy cao nhờ vào các giao thức mở và các mạng truyền thông nh mạng
PROFIBUS, WAN, LAN, INTHENET và cả mạng Internet. Hầu hết các phần mềm
SCADA ngày nay đều có hỗ trợ kết nối Internet. Mặt khác, trong hệ thống SCADA
Trang13
ngày nay có các PLC có khả năng đảm nhận việc giám sát và điều khiển tại các
điểm cục bộ. Tuy nhiên, MTU vẫn không thể thiếu trong hệ thống SCADA.
a. Cấu trúc hệ thống
Ngày nay, các hệ thống SCADA thế hệ mới đợc xây dựng theo cấu trúc phân
bố, trong đó máy chủ đợc phân bố trên một số các bộ xử lý đợc nối với nhau
thông qua mạng cục bộ (LAN). Trong đó, mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ riêng nhất
định nh: thu thập và xử lý, xây dựng hiển thị, tạo báo cáo và một số bộ xử lý
dùng để dự phòng.
Hệ thống đợc thiết kế theo giao thức mở và cơ chế Client Server.
Với:
IOS: module các ngõ vào ra dữ liệu (Data Input/Output Modules).
MMI: module giao tiếp giữa ngời và máy (Man- Machine Interface).
HDC: module lu trữ dữ liệu thu thập đợc trong quá khứ (Historical for Data
Collection Storage).
GW: cổng giao tiếp cho mạng LAN (Gateway for Inter-LAN Comunication).
APPS: module tính toán và xử lý ứng dụng (Aplication Calculation and
Processing Module).
b. Đặc tính chính của hệ thống
Đồ họa hoàn toàn trong quá trình giám sát và điều khiển.
Có hệ thống lu trữ dữ liệu (History) và hiển thị đồ thị quá trình, có khả năng
hiển thị đa tín hiệu.
Hệ thống cảnh báo và ghi nhận sự kiện (Alarm/ Event System).
Hỗ trợ các chuẩn truyền thông nối tiếp, song song và giao thức TCP/IP.
Hệ thống báo cáo, báo biểu theo chuẩn công nghiệp.
Hỗ trợ các chuẩn giao diện OPC, OLE/DB và các giao diện công nghiệp
khác.
Khả năng tích hợp tín hiệu Video động.
Khả năng đồng bộ về thời gian với hệ thống cũng nh giữa các Server và Client
Trang14
c. Đặc điểm về giao tiếp giữa ngời và máy
Về phần giao tiếp giữa ngời và máy, các hệ thống SCADA ngày nay đợc trang
bị các khối hiển thị hình ảnh VDU (Video Display Unit), hiển thị đầy đủ hình ảnh
đồ họa của các quá trình. Ngoài ra còn có kèm theo mouse, trackball, joystick và
bàn phím, các nút điều khiển đợc thay thế bằng các biểu tợng (Icon) trên màn
hình. Chúng đợc tác động bằng mouse, bàn phím hay có thể chỉ tay lên biểu tợng
trên màn hình đối với các màn hình cảm ứng.
Các thiết bị đó giúp cho ngời điều hành có khả năng:
Nhanh chóng hoán đổi giữa các hiển thị.
Nhanh chóng xem đợc chi tiết các thông tin đợc cập nhật.
Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống.
Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thái cũng nh nhận
biết dữ liệu (Ví dụ: các màu khác nhau cho các trạng thái khác nhau).
Ngoài ra các VDU chạy trên môi trờng Windows hay Windows-X còn giúp điều
hành viên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập đợc
các dữ liệu nằm rải rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác
nhau.
Về các RTU, không còn là những thiết bị thụ động nữa mà chúng làm nhiệm vụ thu
thập và lu giữ dữ liệu vùng. Nhiều mức xử lý dữ liệu và điều khiển đợc thực hiện
tại các RTU.
Nhiều loại thiết bị có thể đợc nối vào các RTU nh: PLC, máy đo lu lợng, thiết
bị lấy chuẩn trong các bin hay các bồn chứa Các RTU có thể đợc kết nối theo
kiểu phân bố hoặc kiểu phân cấp. Dữ liệu của các RTU đợc xử lý tại trạm chủ.
Về cơ sở dữ liệu, các dữ liệu đợc lu trữ không chỉ là dữ liệu đo đạc từ xa đợc tính
toán mà còn là các thông số bảo vệ, các sự kiện, các mẫu tin cũng nh các cảnh báo.
Trang15
Do tính chất phân bố của SCADA nên cơ sở dữ liệu cũng đợc phân bố. Cơ sở dữ
liệu cũng có thể liên hệ với hệ thống quản trị thông tin (Managerment Information
System) và hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System). Ngoài
ra, các dữ liệu có thể đợc bảo mật bằng các password.
d. Mạng SIMATIC
- Mạng con (subnet): là toàn bộ các thành phần vật lý cần thiết để xây dựng thành
một đờng truyền dữ liệu cũng nh các thủ tục cần thiết để chuyển dữ liệu.
- Các lĩnh vực ứng dụng của các subnet: Là các mạng truyền thông thích hợp cho
các yêu cầu khác nhau: Industrial Ethernet, Profibus, MPI, giao tiếp AS.
Cấp quản lý/quản trị (Management Level): ở cấp quản trị, các công việc giám sát
đợc xử lý ảnh hởng đến toàn bộ các công việc (các chức năng quản trị). Chúng
bao gồm lu giữ các giá trị quá trình, tối u hóa và phân tích các chức năng xử lý,
cũng nh xuất các kết quả thành các báo cáo. Dữ liệu cần cho các báo cáo này đợc
thu thập từ nhiều chỗ và đã đợc xử lý. Từ cấp quản lý, có thể truy cập các chỗ khác.
Số trạm có thể lớn hơn 1000.
Cấp cell: ở cấp cell, các chức năng tự động hóa và tối u hóa đợc xử lý tự động. ở
cấp này các PLC, PC và HMI (Human Machine Interfaace) đợc nối kết lại với
nhau.
Cấp field: Cấp field là nối kết giữa những nơi lắp đặt máy móc và các PLC. Các thiết
bị trờng (field device) đo lờng, báo hiệu và phát các lệnh từ cấp cell đến các máy
móc. Thờng thì chuyển các khối dữ liệu nhỏ. ở cấp này thì thờng sắp xếp truyền
thông phân cấp, nghĩa là nhiều thiết bị trờng truyền thông với một master.
Cấp Actuator/Sensor: ở cấp này thì master truyền thông với các actuator và sensor
đợc nối vào subnet. Đặc tính chính của nó là thời gian đáp ứng nhanh với số bit dữ
liệu nhỏ.
Trang16
- Các subnet trong SIMATIC: SIMATIC cung cấp các subnet sau đây mà chúng đạt
đợc các yêu cầu của các cấp hệ thống tự động khác nhau (cấp quản trị, cấp cell, cấp
trờng và cấp actuator/sensor).
MPI (Multipoint Interface): MPI là một subnet cho một phủ nhỏ và một số ít các
trạm cho cấp cell và cấp field. MPI là giao tiếp đa điểm trong các hệ thống
SIMATIC S7. Nó đợc thiết kế nh giao tiếp thiết bị lập trình và dùng để nối mạng
một số ít CPU nhằm để trao đổi các khối dữ liệu nhỏ.
PROFIBUS: PROFIBUS là mạng cho cấp cell và field trong hệ thống truyền thông
mở của SIMATIC. Có hai phiên bản PROFIBUS: PROFIBUS-DP fieldbus (DP=
Distributed I/O) để trao đổi dữ liệu tuần hoàn tốc độ cao, và PROFIBUS PA (PA=
Process Actumation) cho các ứng dụng vốn có sẵn an toàn. PROFIBUS FDL
(Fieldbus Data Link) hoặc PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification) trong
cấp cell để trao đổi dữ liệu tốc độ cao với các cộng sự truyền thông có quyền bằng
nhau.
Industrial Ethernet: Industrial Ethernet là mạng cho cấp quản trị và cấp cell trong hệ
truyền thông mở SIMATIC. Industrial Ethernet thích hợp cho việc trao đổi dữ liệu
có lợng dữ liệu lớn.
Giao tiếp AS: hay giao tiếp actuator/ sensor (đợc viết tắt là AS-I hay ASI) là hệ
subnet cho các cấp quá trình thấp nhất trong các hệ thống tự động. Nó đợc thiết kế
đặc biệt cho kết nối giữa các sensor và actuator nhị phân. Lợng dữ liệu bị giới hạn
ở 4 bit cho một trạm slave.
1.1.4. Các ứng dụng của hệ thống SCADA
Ngày nay hệ thống SCADA đợc ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực
công nghiệp. Đặc biệt trong một số lĩnh vực sau:
Hệ thống SCADA cho các trạm trộn bê tông, các nhà máy sản xuất xi-măng,
các nhà máy chế biến thực phẩm, nớc giải khát.
Trang17
Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hoá tại các sân
bay, bến cảng.
Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu, dẫn khí.
Hệ thống SCADA cho nhà máy nớc, xử lý chất thải, các kho xăng dầu.
Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lới điện.
Ngoài ra, hệ thống SCADA còn đợc ứng dụng để giám sát và điều khiển trong các
nhà máy hạt nhân và trong các ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và một số ngành
công nghiệp công nghệ cao khác.
1.1.5. Mục đích áp dụng hệ thống SCADA vào sản xuất
Việc áp dụng hệ thống SCADA không phải chỉ là chạy đua theo công nghệ mà
nó thực sự hữu ích trong hầu hết các nhà máy hiện nay. Với các lý do sau:
- Cải thiện điều kiện làm việc: Mục đích áp dụng này đồng nghĩa với việc sẽ đa tự
động hóa sâu hơn về bề rộng và bề sâu. Nh vậy nó sẽ loại bỏ đợc các công việc
lặp lại, đáp ứng đợc yêu cầu về thông tin, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều
thông số công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố Hơn nữa
cung cấp cho ngời vận hành các thông tin chính xác, kịp thời để có thể xử lý sự cố.
Mặc khác, tại cùng một thời điểm ngời vận hành có thể phối hợp hoạt động giữa
các hiện trờng sao cho đồng bộ nhất, đa ra các chỉ thị cho cơ cấu chấp hành để xử
lý kịp thời.
- Nâng cao hiệu quả thiết bị: Trớc tiên của việc áp dụng hệ thống SCADA vào sản
xuất đó là đảm bảo đợc chất lợng sản phẩm do tuân thủ đúng và chính xác theo
quy trình công nghệ. Điều này rất quan trọng khi chính những ngời tiêu dùng càng
ngày càng khắt khe hơn với sản phẩm vì càng ngày họ càng có nhiều lựa chọn hơn
cho mình.
- Tăng năng suất lao động: Tự động hóa nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm
chi phí vận hành. Ta cũng có thể tối u hóa giá thành năng lợng chi phí hàng giờ và
Trang18
chi phí vật liệu. Giảm nhân công vận hành và giảm công suất việc bảo dỡng cũng
cho phép giảm giá thành.
- Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến dổi, phát hiện báo động,
đặt các phơng tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy
tính. Tự động hóa không có mục đích riêng, mức độ phức tạp của thiết bị phải đáp
ứng điều kiện của nhà máy và đôi tợng xử lý. Tự động hóa xem nh một bộ trợ
giúp, không ép buộc. Một trong những hậu quả của một hệ thống tự động không
chắc chắn nó không tiếp xúc trực tiếp đợc với quá trình công nghệ đợc nữa. Tuy
nhiên những u điểm của nó quá rõ ràng nếu thiết bị đợc thiết kế và vận hành một
cách tối u nhất.
1.2. XÂY DựNG Hệ THốNG SCADA
1.2.1. Yêu cầu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hóa
Hệ thống tự động hóa có thể chia thành 2 phần: Hệ thống thông tin và hệ thống
điều khiển .
Hệ thống thông tin: Có nhiệm vụ thực hiện các chức năng thông tin. Các chức
năng này cho phép giám sát quá trình công nghệ: cụ thể là thu thập, bảo quản, thống
kế và ghi lại các thông tin đã diễn ra của quá trình điều khiển, cần cho dự báo trớc
các tình huống xảy ra sự cố hay thông tin về sự thay đổi yêu cầu đặt trớc quá trình.
Hệ thống điều khiển dùng để tạo ra và thực hiện các tác động điều khiển dựa trên
các nguyên lý điều khiển các đại lợng phụ thuộc của quá trình công nghệ, thực
hiện điều khiển tối u, bằng các phơng tiện tự động thực hiện các thao tác logic và
theo chơng trình đối với các phần tử phân tán (điều khiển phân tán các cơ cấu chấp
hành, các liên động sự cố, khởi động và dừng hệ thống máy )
Đối với mỗi hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ không nhất thiết
phải thực hiện tất cả các chức năng trên. Một số chức năng không thích hợp với đối
tợng công nghệ này lại có thể thích hợp với đối tợng công nghệ trong hệ thông
Trang19
điều khiển ở mức cao hơn. Hệ thống tự động điều khiển quá trình công nghệ thực
chất là điều khiển tập trung quá trình đó nhờ các phơng tiện kỹ thuật điều khiển tự
động.
Vấn đề đo lờng từ xa các thông số của hệ thống công nghệ rất quan trọng. Các
thông số cần đo có thể kể đến nh: mực nớc trong các bể chứa, trong các buồng
đầu vào công trình, các chỉ số chất lợng nớc nh PH, hay nhiệt độ, áp suất, lu
lợng Các thiết bị cho tín hiệu từ xa giúp ngời điều khiển nhìn nhận đợc toàn
cảnh về trạng thái làm việc của các thiết bị. Các thiết bị hiện trờng truyền về trung
tâm điều khiển các tín hiệu nh: tín hiệu về tắt sự cố, hỏng hoc các thiết bị điều
khiển hay của các thiết bị phụ trợ (quạt, máy bơm), giá trị sự cố của các thông số
công nghệ,
Các phòng trong trung tâm điều khiển thờng đợc sắp xếp liền kề nhau, phòng
có diện tích lớn là phòng điều khiển chính và có đặt các tủ điều khiển, bộ phận cấp
nguồn, điều khiển xa và các đầu vào của cáp. Các thiết bị này đợc sắp xếp sao cho
ngời điều khiển có thể bao quát đợc tất cả các dụng cụ đo lờng và các tín hiệu.
Với tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ tự động các phơng tiện điều
hiển ngày một hiện đại hơn, có độ chắc chắn, tinh vi trong công tác lại có kích thớc
thu nhỏ. Rất tiện ích về nhiều mặt. Điều đó đạt đợc khi các quá trình công nghệ
đợc điều khiển bằng các thiết bị vừa tính toán vừa điều khiển lại vừa có khả năng tự
động lập trình gọi là thiết bị tự động lập trình công nghiệp (máy tính PC và các thiết
bị tự động khả trình PLC) và chúng đợc lắp đặt làm việc trong mạng riêng gọi là
mạng công nghiệp. Nhờ có mạng truyền thông công nghiệp mà điều hành, quản lý
giám sát một nhà máy, xí nghiệp nói chung hay một quá trình công nghệ nói riêng
thu đợc nhiều kết quả tốt hơn
Trang20
1.2.2. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá
Để đạt đợc mục đích cũng nh đáp ứng các yêu cầu nói trên, hệ thống tự động
hóa cần có những chức năng cơ bản sau đây:
a. Điều chỉnh tự động: Điều chỉnh tự động là sử dụng các thiết bị tự động để tác
động lên quá trình công nghệ cần điều khiển theo một chế độ làm việc đã định sẵn.
Mỗi quá trình công nghệ xảy ra trong đối tợng điều chỉnh đợc đặc trng bởi một
hay vài đại lợng. Một số đại lợng đợc duy trì không đổi, một số đại lợng khác
đợc thay đổi trong giới hạn cho trớc nào đó.
Đây là một trong những chức năng quan trọng nhất quyết định đến mức độ tự
động hoá.
b. Giám sát điều khiển có khoảng cách hoặc từ xa
Nếu điều khiển bằng tay trực tiếp tại chỗ ngời vận hành có thể phải tiếp xúc với
môi trờng độc hại, đi lại khó khăn và mất nhiều thời gian. Mặt khác nhiều trờng
hợp, ví dụ nh sự cố hoặc mất điều khiển, đòi hỏi điều khiển tay phải kịp thời và
đồng bộ, ví dụ nh muốn dừng một lúc nhiều thiết bị tại nhiều vị trí khác nhau, điều
khiển cùng lúc nhiều quá trình có liên quan với nhau. Để làm đợc điều này hệ
thống phải có chức năng điều khiển khoảng cách.
Điều khiển từ xa qua mạng LAN, WAN cũng là một chức năng không thể thiếu
hiện nay trong nhiều hệ thống tự động hóa. Giám sát, điều khiển , trao đổi dữ liệu từ
xa là nền tảng cho việc xây dựng hệ thống điều hành sản xuất MES (Manufacturing
Execution System) nhằm đem lại hiệu quả kỹ thuật , kinh tế, xã hội một cách toàn
diện. MES tao ra một cầu nối thông suốt hai chiều giữa khối quản lý và sản xuất
giúp tối u hóa quá trình sản xuất từ khâu hoạch định kế hoạch đến khâu sản xuất ra
thành phẩm cuối cùng, cung cấp các chức năng lập kế hoạch, quản lý nhân lực, thiết
bị, máy móc, nguyên vật liệu, theo dõi quá trình sản xuất , chất lợng sản phẩm
Ngoài ra, điều khiển từ xa còn cho phép giảm đáng kể số lợng chuyên gia công
nghệ, kỹ thuật cần thiết cho vận hành, bảo trì hệ thống tự động hoá. Một nhóm
chuyên gia có thể điều hành cùng lúc cả mạng lới các nhà máy xử lý nớc thải tại
Trang21
