Nghiên cứu-Hệ thu thập dữ liệu-Đại học công nghiệp Hà Nội

Bộ CÔNG thơng

Trờng đại học công nghiệp hà nội
Khoa điện
Bộ môn: tự động hóa


báo cáo CHUYÊN Đề
môn : hệ thu thập dữ liệu
Giáo viên hớng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp

: Trần Thủy Văn
: Trnh Trn c
: LT CĐĐH- Điện 3 K2

Hà nội 10/2009

bi: GII THIU V PCS7- SIEMENS?
Ni dung:
1. Gii thiu chung v h PCS7 ca hóng SIEMENS:
SIMATIC PCS 7: nn tng t ng hoỏ quỏ trỡnh cho tng lai.
Sinh viờn thc hin: Trnh Trn c

-1-

Trng H Cụng Nghip H Ni


SIMATIC PS7 là hệ điều khiển quá trình (PAS) mà Siemens đưa ra thị trường

như một sản phẩm cơ sở cho toàn bộ chiến lược phát triển trong ngành công
nghiệp xử lý - chế biến. Hiện có hàng ngàn hệ SIMATIC PCS 7 đã được lắp đặt
tại châu Âu, Bắc Mỹ, châu Á, và châu Mỹ Latin.
SIMATIC PCS7 tương thích với tầm nhìn TIA về nền tảng phần cứng chung
xuyên suốt các lĩnh vực ứng dụng dựa trên cơ sở nền tảng chung S7, hệ tự động
hoá đã được coi là nền tảng điều khiển cho các sản phẩm PLC và các hệ thống
an toàn do SIEMENS cung cấp. SIMATIC PCS7 sử dụng dòng sản phẩm I/O
phân tán ET200, truyền thông PROFIBUS và Ethernet công nghiệp với cấu hình
chung, công cụ thiết kế, giao diện vận hành và cơ sở dữ liệu tự động hoá thống
nhất.
Từ giữa thập kỷ 90, Siemens bày tỏ ý định tìm các cơ hội phát triển trong ngành
công nghiệp xử lý - chế biến. Đến nay, công ty này đã thành công rực rỡ khi
thâm nhập vào thị trường quốc tế. Theo thông tin từ chính hãng, trong vòng vài
năm qua doanh số từ hệ SIMATIC PCS7 đã vượt qua chỉ tiêu tăng trưởng đề ra
và công ty hiện đang nằm trong nhóm 4 hãng cung cấp hệ phân tán DCS lớn
nhất thế giới. Trong khi đã từ lâu Siemens là nhà cung cấp hàng đầu trên thị
trường PLC, tập đoàn vẫn nhận ra rằng họ cần đến những công ty nhỏ mang tới
sự cách tân và các giá trị cần thiết để đẩy nhanh vị trí của tập đoàn trong ngành
công nghiệp xử lý và chế biến.
Hơn 10 năm trên thị trường với hàng ngàn ứng dụng đang hoạt động trong nhiều
ngành công nghiệp khắp toàn cầu, hệ Điều khiển quá trình SIMATIC PCS 7 của
Siemens đã được chứng minh như là một trong những giải pháp Tự động hóa
phổ biến và thành công nhất hiện nay.

Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-2-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Kiến trúc của SIMATIC PCS7
Phần cứng chung và nền tảng điều khiển :
Nền tảng phần cứng điều khiển chung cho SIMATIC PCS 7 là bộ điều
khiển dòng 400 bao gồm Trạm Tự động AS 414, 416, và 417. Những trạm tự
động này có CPU giống như PLC dòng SIMATIC S7 của Siemens. Được sử
dụng như Hệ điều khiển phân tán DCS, các bộ điều khiển này có thời gian quét
đạt 10 mili giây. Những bộ điều khiển lớn hơn có thể vận hành hơn 1000 mạch
vòng điều khiển PID loop trong 0,5 giây và hỗ trợ mở rộng bộ nhớ lập trình trực
tuyến. ET200M là sự lựa chọn đầu tiên, và có thể đặt tại các khu vực nguy hiểm,
gồm cả cấp 1 bậc 2.
Phiên bản an toàn được TUV thông qua và có thể sử dụng cho các ứng dụng SIL
3 với bộ điều khiển hệ thống an toàn tích hợp. Thiết bị đầu cuối dòng ET 200S
được thiết kế để điều khiển mô tơ, bộ phận khởi động và ứng dụng điều khiển
van khí. Về bản chất, thiết bị này được thiết kế nhằm hỗ trợ cho cấu trúc phân
tán sẵn có, cho phép người sử dụng có thể hoàn toàn linh hoạt lựa chọn điểm đặt
I/O (I/O điều khiển từ xa).
Cơ sở hạ tầng thông tin chung:
Cơ sở thông tin chung cung cấp cơ cấu truyền thông thống nhất cho mô
hình CPAS. Tại cấp hiện trường, cơ sở hạ tầng chủ yếu phục vụ các thiết bị cảm
biến, thiết bị chấp hành và các thiết bị logic, cung cấp một môi trường tính toán
phân tán chuẩn cho các thiết bị đó. Tại cấp điều khiển (Control Level), Cơ sở hạ
tầng truyền thông chung cung cấp khả năng chịu lỗi cho phép đồng bộ hoá thông
tin trong cả các ứng dụng điều khiển quá trình và quản lý sản xuất. Điều này dẫn
tới một môi trường dữ liệu phong phú, mạnh, an toàn và duy nhất từ thiết bị
trường cho đến giao diện với hệ thống kinh doanh.

Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-3-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Profibus, HART và Ethernet Công nghiệp tạo ra nền tảng
thông tin chung cho PCS7

Cơ sở thông tin chung cho hệ SIMATIC PCS 7 được xây dựng trên nền tảng
giao thức PROFIBUS chuẩn và đường trục Ethernet công nghiệp của Siemens.
PROFIBUS DP kết nối trạm I/O từ xa, các thiết bị truyền động và cung cấp giao
diện cho các mạng thiết bị khác như AS-i. PROFIBUS-PA được sử dụng tại cấp
thiết bị hiện trường, cung cấp kết nối cho các thiết bị hiện trường tương thích
mạng trường và bộ điều khiển vị trí van thông minh. PROFIsafe cũng được tích
hợp vào cấu trúc hệ thống thông qua hệ thống an toàn do Siemens cung cấp.
Mạng điều khiển Ethernet công nghiệp đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của các bộ
điều khiển thời gian thực (real-time controller) dựa trên đường trục Ethernet
chuẩn.
SIMATIC PCS 7 cung cấp khả năng mở rộng và dự phòng :
SIMATIC PCS 7 cung cấp cấu hình dự phòng tại mọi cấp và độ sẵn sàng
điều khiển cao cho các ứng dụng quan trọng và ứng dụng lớn, có thể đáp ứng
cho những ứng dụng lớn tới hơn 100,000 đầu tín hiệu I/O. Hệ thống này có khả
năng giảm cấu hình tới tối thiểu, thích ứng với các ứng dụng nhỏ nhất với cấu
hình mới PCS 7 Box. Đây là dạng cấu hình có một máy trạm thiết kế, vận hành,
một bộ điều khiển PLC dưới dạng một card PCI, và khả năng kết nối mạng
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-4-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

PROFIBUS, tất cả gói gọn trong một máy tính công nghiệp với giá thành chưa
đến $20,000. PCS 7 Box có chức năng như một hệ PCS 7 hoàn chỉnh, có thể xử
lý 800 đầu I/O. SIMATIC PCS 7 hỗ trợ việc sử dụng các máy khách nhỏ truy
cập qua Microsoft Internet Explorer, như máy tính cầm tay MOBIC của Siemens
chẳng hạn.

SIMATIC PCS7 cung cấp cấp hình dự phòng tại mọi cấp
Không thể có một lỗi nào có thể xảy ra trên Hệ thống có khả năng dự phòng
toàn bộ tại mọi cấp, từ dự phòng tín hiệu I/O, dự phòng bộ điều khiển và dữ liệu
lịch sử. Trong cấu hình dự phòng các CPU sẽ chạy song song và các bộ điều
khiển có thể tách biệt nhau đến 500m. Hơn nữa, gói phần mềm SIMATIC
BATCH, công cụ bổ sung Add-on vào SIMATIC PCS7 cũng hỗ trợ cấu hình dự
phòng, một đặc tính mà gần như không thể thấy trong các ứng dụng điều khiển
mẻ (batch control) tương tự.
SIMATIC PCS 7 hỗ trợ thực thi đa ứng dụng:
Một nhà máy xử lý - chế biến điển hình yêu cầu ít nhất là 3 ứng dụng điều
khiển, từ điều khiển tự chỉnh (regulatory control) đến điều khiển tuần tự
(sequence control), điều khiển rời rạc và các ứng dụng an toàn (safety
application). Mô hình CPAS của ARC kết hợp những chức năng điều khiển kể
trên cùng với khả năng quản lý tài sản, điều khiển tiến tiến (advanced control)
và quản lý sản xuất.
SIMATIC PCS7 đã đưa ra toàn bộ các yêu cầu của các ứng dụng quá
trình, các ứng dụng lai và rời rạc trong cùng một khuôn khổ duy nhất. Nền tảng
phần cứng chung và hạ tầng cơ sở mạng chung, cũng như môi trường thiết lập
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-5-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

cấu hình trên cơ sở SFC và chuẩn IEC 61131 cho phép hợp nhất điều khiển rời
rạc, điều khiển mẻ và các ứng dụng an toàn cùng với điều khiển quá trình.
SIMATIC BATCH của SIEMENS đáp ứng được các yêu cầu về khả năng thực
thi cao của điều khiển mẻ. Hệ an toàn 400 FH được áp dụng cho các ứng dụng
an toàn.
Điều khiển cấp cao trong SIMATIC PCS7 bao gồm ứng dụng điều chỉnh
và phân tích bộ điều khiển PID (PID tuning and analysis). SIMATIC PCS7 cũng
cung cấp điều khiển logic mờ (fuzzy logic control) theo mẫu của S7 Fuzzy và hỗ
trợ các ứng dụng của nhà cung cấp thứ 3 như Inca, ADCO và Brainware. Công
cụ mô phỏng của SIMATIC PCS7 và đào tạo vận hành nằm trong gói mô phỏng
đào tạo cho điều khiển quá trình SIMIT. Công cụ thiết lập cấu hình hệ thống cho
phép tự động tạo môi trường mô phỏng trực tiếp từ kế hoạch điều khiển. Đối với
ứng dụng quản lý sản xuất, SIMATIC PCS7 giao diện trực tiếp với hệ quản lý
sản xuất SIMATIC IT Production Suite.
Đối với các ứng dụng quản lý tài sản doanh nghiệp, Siemens đưa ra sản
phẩm quản lý thiết bị PDM (Process Device Manager). Sử dụng PDM từ trạm
kỹ thuật trung tâm, người sử dụng có thể cài đặt thông số thiết bị và và khắc
phục từ xa các sự cố xuất hiện tại các thiết bị thông minh ngoài hiện trường.
PDM là kênh thông tin cơ sở cho hệ thống quản lý tài sản và có thể tích hợp với
SIMATIC PCS 7 hoặc trong các cấu hình độc lập. PDM giảm thời gian “Kiểm
tra sản phẩm tại xưởng” (Factory Acceptance Testing), thời gian vận hành và
khởi động.
2.Nền làm việc của DCS:
 Các hệ DCS trên nền PLC:
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) là một loại
máy tính điều khiển chuyên dụng, do nhà phát minh người Mỹ Richard Morley
lần đầu tiên đưa ra ý tưởng vào năm 1968. Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của
General Motors là xây dựng một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế

cho mạch điều khiển logic cứng, hai công ty độc lập là Allen Bradley và
Bedford Associates (sau này là Modicon) đã đưa ra trình bày các sản phẩm đầu
tiên. Các thiết bị này chỉ xử lý được một tập lệnh logic cơ bản, 128 điểm vào/ra
(1 bit) và 1kByte bộ nhớ. Lúc đầu, cái tên programmable controller, viết tắt là
PC, được sử dụng rộng rãi. Trong khi đó, programmable logic controller hay
PLC là thương hiệu đăng ký của công ty Allen Bradley. Sau này, khi máy tính cá
nhân trở nên phổ biến thì từ viết tắt PLC hay được dùng hơn để tránh nhầm lẫn.
Vì vậy từ đây về sau ta sẽ dùng khái niệm thiết bị điều khiển khả trình nhưng
với từ viết tắt là PLC.Với cấu trúc ghép nối vào/ra linh hoạt, nguyên tắc làm
việc đơn giản theo chu kì, khả năng lập trình và lưu trữ chương trình trong bộ
nhớ không cần can thiệp trực tiếp tới phần cứng, PLC nhanh chóng thu hút sự
chú ý trong giới chuyên ngành.Vào thời điểm các máy tính điều khiển chuyên
dụng và không chuyên dụng đều có kích cỡ rất lớn và giá thành rất cao, thì việc
sử dụng PLC là giải pháp lý tưởng để thay thế các mạch logic tổ hợp và tuần tự
trong điều khiển các quá trình gián đoạn.Cho đến nay, danh mục các chủng loại
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-6-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


PLC có mặt trên thị trường thậtphong phú đến mức khó có thể bao quát. Chúng
không những khác nhau ở công suất làm việc của bộ xử lý trung tâm, ở dung
lượng bộ nhớ và ở số lượng các cổng vào/ra, mà còn ở các đặc tính chức năng
như cấu trúc linh hoạt, phương pháp lập trình và khả năng nối mạng. Trừ một số
loại nhỏ dùng trong các ứng dụng đơn giản, hầu hết các PLC hiện đại đều không
dừng lại ở việc thực hiện các phép tính logic đơn giản, mà còn có khả năng làm
việc với các tín hiệu tương tự và thực hiện các phép toán số học, thậm chí cả các
thuật toán điều khiển phản hồi như điều khiển nhiều điểm, PID và điều khiển

mờ.
Các bộ đếm, bộ định thời và một số hàm toán học thông dụng thuộc phạm vi
chức năng chuẩn của một PLC. Việc sử dụng PLC vì vậy không chỉ dừng lại ở
các quá trình gián đoạn, mà nay đã rất phổ biến đối với điều khiển các quá trình
liên tục như trong công nghiệp chế biến, khai thác, công nghệ môi trường v.v...
Một số hệ DCS trên nền PLC tiêu biểu là SattLine (ABB), Process Logix
(Rockwell), Modicon TSX (Schneider Electric), PCS7 (Siemens),… Thực chất,
ngày nay đa số các PLC vừa có thể sử dụng cho bài toán điều khiển logic và
điều khiển quá trình. Tuy nhiên, các PLC được sử dụng trong các hệ điều khiển
phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các
phương pháp lập trình hiện đại (ví dụ SFC).
Cấu trúc phần cứng
Hình 3-5 minh họa các thành phần chức năng chính của một hệ thống
thiết bị điều khiển khả trình và quan hệ tương tác giữa chúng. Về cơ bản, một
PLC cũng có các thành phần giống như một máy vi tính thông thường, đó là vi
xử lý, các bộ nhớ làm việc và bộ nhớ chương trình, giao diện vào/ra và cung cấp
nguồn. Tuy nhiên, một điểm khác cơ bản là các thành phần giao diện người-máy
như màn hình, bàn phím và chuột không được trang bị ở đây. Việc
lập trình vì vậy phải được thực hiện gián tiếp bằng một máy tính riêng biệt, ghép
nối với CPU thông qua giao diện thiết bị lập trình (thường là một cổng nối tiếp
theo chuẩn RS-232 hoặc RS-485).Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit,
CPU) bao gồm một hoặc nhiều vi xử lý, bộ nhớ chương trình, bộ nhớ làm việc,
đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bị lập trình, được liên kết với nhau thông qua
một hệ bus nội bộ. Nhiệm vụ chính của CPU là quản lý các cổng vào/ra, xử lý
thông tin, thực hiện các thuật toán điều khiển. Bộ nhớ chương trình thường có
dạng EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory) hoặc
EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), chứa
hệ điều hành và mã chương trình ứng dụng. Dữ liệu vào/ra cũng như các dữ liệu
tính toán khác được lưu trong bộ nhớ làm việc RAM (Random Access Memory).
Đồng hồ nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển chương trình theo chu kỳ,

thông thường trong khoảng từ 0,01giây tới 1000 phút. Các thành phần vào/ra
(input/ouput, I/O) đóng vai trò là giao diện giữa CPU và quá trình kỹ thuật.
Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu và cách ly galvanic giữa
các thiết bị ngoại vi (cảm biến, cơ cấu chấp hành) và CPU. Các thành phần
vào/ra được liên kết với CPU thông qua một hệ bus nội bộ hoặc qua một hệ bus
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-7-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


trường (xem chương 3). Bộ cung cấp nguồn (power supply, PS) có vai trò biến
đổi và ổn định nguồn nuôi (thông thường 5V) cho CPU và các thành phần chức
năng khác từ một nguồn xoay chiều (110V, 220V,...) hoặc một chiều (12V,
24V,...).Bên cạnh các thành phần chính nêu trên, một hệ thống PLC có thể có
các thành phần chức năng khác như ghép nối mở rộng, điều khiển chuyên dụng
và xử lý truyền thông.

Thiết kế module và thiết kế gọn
Tùy theo sự phân chia chức năng trên các thành phần thiết bị, ta có thể
phân biệt giữa các PLC có thiết kế module và các PLC có thiết kế gọn. Trong
một PLC có thiết kế gọn, tất cả các chức năng được tích hợp gọn trong một thiết
bị. Thông thường, loại PLC này có sẵn một số cổng vào/ra cố định. Một số cũng
được tích hợp giao diện truyền thông cho một loại bus trường. Tuy nhiên, một số
ít loại có cấu trúc gọn vẫn cho phép tăng số lượng cổng vào/ra
hoặc bổ sung giao diện mạng bằng các module mở rộng đặc biệt. PLC có cấu
trúc gọn thích hợp với các bài toán đơn giản. Đối với các ứng dụng có qui mô
vừa và lớn, ta cần sử dụng các PLC có thiết kế module bởi độ linh hoạt cao. Ở
đây, hầu hết mỗi thành phần chức năng được thực hiện bởi một module phần

cứng riêng biệt, được lắp đặt trên một hoặc nhiều giá đỡ. Bên cạnh các thành
phần cơ bản là CPU, nguồn và các module vào/ra, một PLC còn có thể chứa các
module chức năng, các module ghép nối và module truyền thông. Hệ bus nội bộ
được sử dụng để ghép nối các module mở rộng với CPU thường được gọi là bus
mặt sau (backplane
bus). Các module chức năng (function module, FM) được sử dụng để thực hiện
một số nhiệm vụ điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển PID, module điều
khiển động cơ bước, module cân,... Các module này hoạt động tương đối độc lập
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-8-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


với CPU, tuy nhiên có thể trao đổi dữ liệu quá trình và dữ liệu tham số thông
qua bus nội bộ và các hàm hoặc khối hàm giao tiếp hệ thống.
Các module ghép nối (interface module, IM) được sử dụng trong việc mở rộng
hệ thống khi số lượng các module lớn, không đủ chỗ trên một giá đỡ. Thông
thường, mỗi giá đỡ cần có một module nguồn riêng bên cạnh module ghép nối.
Thông qua các module ghép nối, một CPU có thể quản lý tất cả các module trên
các giá đỡ. Số lượng và chủng loại các module cho phép trên một giá đỡ cũng
như số lượng tổng cộng phụ thuộc vào khả năng quản lý của loại
CPU cụ thể. Các module truyền thông (communication module, CM) có vai trò
là giao diện mạng, được sử dụng để ghép nối nhiều PLC với nhau, với các thiết
bị trường và với máy tính giám sát. Các module truyền thông đảm nhiệm xử lý
giao thức một cách độc lập với CPU. Tuy nhiên trong một số trường hợp, bộ xử
lý trung tâm cũng được tích hợp sẵn giao diện mạng cho một hệ bus trường
thông dụng.
 Các hệ DCS trên nền PC

Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) trực tiếp làm thiết bị điều khiển không
những được bàn tới rộng rãi, mà đã trở thành thực tế phổ biến trong những năm
gần đây. Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều khiển
DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC không những nằm ở tính năng mở, khả
năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, mà còn ở khía
cạnh kinh tế. Các bước tiến lớn trong kỹ thuật máy tính, công nghiệp phần mềm
và công nghệ bus trường chính là các yếu tố thúc đẩy khả năng cạnh tranh của
PC trong điều khiển công nghiệp. DCS trên nền PC là một hướng giải pháp
tương đối mới, mới có một số sản phẩm trên thị trường như PCS7 (Siemens, giải
pháp Slot-PLC), 4Control(Softing), Stardom (Yokogawa), Ovation
(Westinghouse-Emerson Process Management)… Hướng giải pháp này thể hiện
nhiều ưu điểm về mặt giá thành, hiệu năng tính toán và tính năng mở. Một trạm
điều khiển cục bộ chính là một máy tính cá nhân công nghiệp được cài đặt một
hệ điều hành thời gian thực và các card giao diện bus trường và card giao diện
bus hệ thống.
Trong giải pháp điều khiển dùng máy tính cá nhân thì một vấn đề thường rất
được quan tâm là độ tin cậy của máy tính. Một phần ta có thể yên tâm bởi với
cấu trúc vào/ra phân tán, máy tính điều khiển được đặt trong phòng điều khiển
trung tâm với điều kiện môi trường làm việc tốt. Mặt khác, trên thị trường cũng
đã có rất nhiều loại máy tính cá nhân công nghiệp, đảm bảo độ tin cậy cao
không kém một PLC. Một khi máy tính chỉ được cài đặt hệ điều hành và phần
mềm điều khiển thì khả năng gây lỗi do phần mềm cũng sẽ được giảm thiểu.
Tuy nhiên, đối với các ứng dụng có yêu cầu cao về tính sẵn sàng, độ tin cậy của
hệ thống, ta cần có một giải pháp dự phòng thích hợp. Giải pháp đơn giản và tiết
kiệm nhất là “dự phòng lạnh”, có nghĩa là trong trường hợp có sự cố tại máy tính
điều khiển xảy ra ta chỉ cần thay thế một máy mới với cấu hình và các phần
mềm đã được cài đặt giống hệt máy chính. Song giải pháp tốt hơn là sử dụng
một cấu hình dự phòng nóng.
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

-9-

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


3. DCS là hệ thống phân tán.
PLC và DCS ra đời không cách xa nhau nhiều. Nếu PLC chuyên sâu về
điều khiển Logic rời rạc (discrete) thì DCS lại thiên về điều khiển quá trình
(Process control). Tuy nhiên, ứng dụng của DCS thường dành cho các nhà máy
xí nghiệp lớn, cho nên nếu dùng điều khiển tập trung sẽ rất tốn kém, cả về đầu
tư ban đầu lẫn giá thành bảo trì-vận hành. Vì vậy, các hệ DCS đã ứng dụng
phương thức điều khiển phân tán thay vì điều khiển tập trung như PLC.
Ngay từ khi ra đời, DCS đã có đầy đủ các chức năng điều khiển Logic như các
PLC vì DCS ra đời sau vì vậy DCS đã kịp kế thừa các chức năng này. Trong quá
trình phát triển của PLC, đã có rất nhiều xu hướng làm xoá dần ranh giới của
PLC và DCS. Thực tế, với các hệ thống PLC lớn như 9070 của GE Fanuc hay
S7-400 của Siemens đều có các hình bóng của DCS như điều khiển phân tán qua
mạng, điều khiển PID, dự phòng nóng... và giá thành của các hệ PLC này cũng
tiệm cận giá của các hệ DCS.
Như vậy, các đặc điểm chính của 1 hệ thống DCS là:
• Điều khiển quá trình-PID, Cascade PID, Ratio control, Feedforward...
• Điều khiển phân tán qua mạng FieldBUS-Profibus, Device Net, FF...
• Dự phòng nóng (Redundancy) và có khả năng Hot plug.
• Nạp chương trình khi hệ thống đang "chạy".
• Và nhiều đặc điểm khác.
Do vậy, DCS là một trong các thiết bị sử dụng phương pháp điều khiển phân tán,
nhưng không phải là duy nhất. Ngược lại, DCS không chỉ điều khiển phân tán
mà còn rất nhiều chức năng như trên.
Rất nhiều người nhầm lẫn các hệ SCADA với DCS, cũng có người cho rằng
PLC+PC= "DCS". Tại sao lại dễ nhầm như vậy? Vì hệ SCADA cũng có yếu tố

điều khiển qua mạng, SCADA cũng có các phần mềm HMI, các data server. Tuy
nhiên, đây là 2 hệ thống khác nhau. Trong hệ thống DCS, có cả điều khiển đối
tượng và điều khiển giám sát. Chức năng điều khiển đối tượng được thực hiện
bởi các trạm điều khiển (Control station), còn chức năng điều khiển giám sát
được thực hiện tại trạm vận hành (Operator station). Trong khi đó, SCADA chỉ
có điều khiển giám sát, còn điều khiển đối tượng cũng có thể tồn tại trong các hệ
thống điều khiển chung, nhưng nằm ngoài chức năng của hệ SCADA.
Còn PLC+PC="DCS", có đúng vậy không? Giống vậy nhưng không đúng vậy.
Vì PLC dù đã còn rất ít sự khác biệt với DCS nhưng vẫn không phải là DCS do
thiếu những tính năng chủ đạo hoặc các tính năng này không hoàn thiện như
DCS. Còn PC trong hệ PLC và DCS có nhiệm vụ không hoàn toàn giống nhau.
PC trong hệ DCS có cả chức năng trạm vận hành lẫn trạm thiết kế/kỹ thuật. PC
trong hệ PLC có thể chạy các phầm mềm HMI, SCADA, nhưng chưa thể là trạm
vận hành một cách đầy đủ như trong hệ DCS.
Để xây dựng một hệ thống điều khiển phân tán, chúng ta có thể sử dụng rất
nhiều loại thiết bị khác nhau và có tích hợp của tất cả các loại thiết bị này. Ví dụ,
chúng ta có thể dùng PLC để xây dựng 1 hệ thống điều khiển phân tán, nếu bài
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 10 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


toán điều khiển thiên về Logic và ít đòi hỏi cao về điều khiển quá trình. Hiện
nay, xuất hiện nhiều hệ điều khiển lai (hybrid) trong đó có cả PLC và DCS hoặc
thực hiện chức năng của cả hai hệ thống này.
4.Các tầng của DCS
4.1 Cấu trúc và các thành phần cơ bản
Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát quá trình

được minh họa trên Hình 2-1. Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò
là giao diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật. Trong khi đó,
hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện giữa người vận hành và
máy. Các thiết bị có thể được ghép nối trực tiếp điểm-điểm, hoặc thông qua
mạng truyền thông.

Hình 2-1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển
và giám sát
Tùy theo loại cảm biến, tín hiệu của chúng đưa ra có thể là tín hiệu nhị phân, tín
hiệu số hay tín hiệu tương tự theo các chuẩn điện học thông dụng khác nhau
(1..10V, 0..5V, 4..20mA, 0..20mA, v.v...). Trước khi có thể xử lý trong máy tính
số, các tín hiệu đo cần được chuyển đổi, thích ứng với chuẩn giao diện vào/ra
của máy tính. Bên cạnh đó, ta cũng cần các biện pháp cách ly điện học để tránh
sự ảnh hưởng xấu lẫn nhau giữa các thiết bị. Đó chính là các chức năng của các
module vào/ra (I/O).
Tóm lại, một hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm các thành phần chức
năng chính sau đây:
• Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào/ra,
chuyển đổi tín hiệu.
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 11 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


• Thiết bị điều khiển tự động: Các thiết bị điều khiển như các bộ điều khiển
chuyên dụng, bộ điều khiển khả trình PLC (programmable logic controller),
thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ (compact digital controller) và máy tính cá nhân
cùng với các phần mềm điều khiển tương ứng.

• Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người máy,
các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
• Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus
trường, bus hệ thống.
• Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.
4.2 Mô hình phân cấp
Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn
và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức
năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi
hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông tin
cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều. Thông thường, người ta chỉ coi ba cấp
dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điều khiển và giám sát. Tuy nhiên, biểu thị
hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) trên giúp ta hiểu thêm
một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất
công nghiệp.

4.2.1 Cấp chấp hành

Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 12 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và
chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. 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
thông minh1 cũng có thể đảm nhận việc xử lý thô thông tin, trước khi đưa lên

cấp điều khiển.
4.2.2 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, nhiệm vụ đó được người
đứng máy trực tiếp đảm nhiệm qua việc theo dõi các công cụ đo lường,sử dụng
kiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như ấn nút
đóng/mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay v.v... Trong một hệ thống điều khiển
tự động hiện đại, việc thực hiện thủ công những nhiệm vụ đó được thay thế bằng
máy tính.
4.2.3 Cấp điều khiển giám sát
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 cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển
giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi,
giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường. Ngoài ra, trong một số
trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều
khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế
biến dược phẩm, hoá chất). Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng
ở cấp điều khiển giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng
đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy
chủ, termimal,...).
Như ta sẽ thấy, phân cấp chức năng như trên sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ
thống và lựa chọn thiết bị. Trong thực tế ứng dụng, sự phân cấp chức năng có
thể khác một chút so với trình bày ở đây, tùy thuộc vào mức độ tự động hoá và
cấu trúc hệ thống cụ thể. Trong những trường hợp ứng dụng đơn giản như điều
khiển trang thiết bị dân dụng (máy giặt, máy lạnh, điều hòa độ ẩm,...), sự phân
chia nhiều cấp có thể hoàn toàn không cần thiết. Ngược lại,trong tự động hóa
một nhà máy lớn hiện đại như điện nguyên tử, sản xuất xi măng, lọc dầu, ta có
thể chia nhỏ hơn nữa các cấp chức năng để tiện theo dõi.

4.3 Cấu trúc điều khiển
Biến thể của cấu trúc cơ bản trên Hình 2-1 tìm thấy trong các giải pháp
thực tế khác nhau ở sự phân bố chức năng điều khiển cũng như ở sự phân bố vị
trí các máy tính quá trình và phụ kiện được lựa chọn. Căn cứ vào đó, ta có thể
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 13 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


phân biệt giữa cấu trúc điều khiển tập trung và cấu trúc điều khiển phân tán, cấu
trúc vào/ra tập trung và cấu trúc vào/ra phân tán.
4.3.1 Điều khiển tập trung
Cấu trúc tiêu biểu của một hệ điều khiển tập trung (centralized control
system) được minh họa trên Hình 2-3. Một máy tính duy nhất được dùng để điều
khiển toàn bộ quá trình kỹ thuật. Máy tính điều khiển ở đây (MTĐK) có thể là
các bộ điều khiển số trực tiếp (DDC), máy tính lớn, máy tính cá nhân hoặc các
thiết bị điều khiển khả trình. Trong điều khiển công nghiệp, máy tính điều khiển
tập trung thông thường được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, cách xa hiện
trường. Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp, điểm-điểm
với máy tính điều khiển trung tâm qua các cổng vào/ra của nó. Cách bố trí
vào/ra tại máy tính điều khiển như vậy cũng được gọi là vào/ra tập trung (central
I/O).

Đây là cấu trúc điều khiển tiêu biểu trong những năm 1965-1975. Ngày
nay, cấu trúc tập trung trên đây thường thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa
qui mô vừa và nhỏ, điều khiển các loại máy móc và thiết bị bởi sự đơn giản, dễ
thực hiện và giá thành một lần cho máy tính điều khiển. Điểm đáng chú ý ở đây
là sự tập trung toàn bộ “trí tuệ”, tức chức năng xử lý thông tin trong một thiết bị

điều khiển duy nhất. Tuy nhiên, cấu trúc này bộc lộ những hạn chế sau:
• Công việc nối dây phức tạp, giá thành cao
• Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn
• Độ tin cậy kém.
4.3.2 Điều khiển tập trung với vào/ra phân tán
Cấu trúc vào/ra tập trung với cách ghép nối điểm-điểm thể hiện một
nhược điểm cơ bản là số lượng lớn các cáp nối, dẫn đến giá thành cao cho dây
dẫn và công thiết kế, lắp đặt. Một hạn chế khác nữa là phương pháp truyền dẫn
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 14 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


tín hiệu thông thường giữa các thiết bị trường và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh
hưởng của nhiễu, gây ra sai số lớn. Vấn đề này được khắc phục bằng phương
pháp dùng bus trường như đã nêu trong phần trước. Hình 2-4 minh họa một cấu
hình mạng đơn giản. Ở đây các module vào/ra được đẩy xuống cấp trường gần
kề với các cảm biến và cơ cấu chấp hành, vì vậy được gọi là các vào/ra phân tán
(Distributed I/O) hoặc vào/ra từ xa (Remote I/O). Một cách ghép nối khác là sử
dụng các cảm biến và cơ cấu chấp hành thông minh (màu xám trên hình vẽ), có
khả năng nối mạng trực tiếp không cần thông qua các module vào/ra. Bên cạnh
khả năng xử lý giao thức truyền thông, các thiết bị này còn đảm nhiệm một số
chức năng xử lý tại chỗ như lọc nhiễu, chỉnh định thang đo, tự đặt chế độ, điểm
làm việc, chẩn đoán trạng thái,v.v... Trong nhiều trường hợp, các thiết bị có thể
đảm nhiệm cả nhiệm vụ điều khiển đơn giản.

Sử dụng bus trường và cấu trúc vào/ra phân tán mang lại các ưu điểm sau:
• Tiết kiệm dây dẫn và công đi dây, nối dây

• Giảm kích thước hộp điều khiển
• Tăng độ linh hoạt hệ thống nhờ sử dụng các thiết bị có giao diện chuẩn
và khả năng ghép nối đơn giản
• Thiết kế và bảo trì dễ dàng nhờ cấu trúc đơn giản
• Khả năng chẩn đoán tốt hơn (các thiết bị hỏng được phát hiện dễ dàng)
• Tăng độ tin cậy của toàn hệ thống.
4.3.3 Điều khiển phân tán
Trong đa số các ứng dụng có qui mô vừa và lớn, phân tán là tính chất cố
hữa của hệ thống. Một dây chuyền sản xuất thường được phân chia thành
nhiều phân đoạn, có thể được phân bố tại nhiều vị trí cách xa nhau. Để khắc
phục sự phụ thuộc vào một máy tính trung tâm trong cấu trúc tập trung và
tăng tính linh hoạt của hệ thống, ta có thể điều khiển mỗi phân đoạn bằng
một hoặc một số máy tính cục bộ, như Hình 2-5 minh họa.

Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 15 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặt rải rác tại các phòng điều
khiển/phòng điện của từng phân đoạn, phân xưởng, ở vị trí không xa với quá
trình kỹ thuật. Các phân đoạn có liên hệ tương tác với nhau, vì vậy để điều
khiển quá trình tổng hợp cần có sự điều khiển phối hợp giữa các máy tính
điều khiển. Trong phần lớn các trường hợp, các máy tính điều khiển được nối
mạng với nhau và với một hoặc nhiều máy tính giám sát (MTGS) trung tâm
qua bus hệ thống. Giải pháp này dẫn đến các hệ thống có cấu trúc điều khiển
phân tán, hay được gọi là các hệ điều khiển phân tán (HĐKPT).
Ưu thế của cấu trúc điều khiển phân tán không chỉ dừng lại ở độ linh hoạt

cao hơn so với cấu trúc tập trung. Hiệu năng cũng như độ tin cậy tổng thể của
hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống các cấp dưới. Việc
phân tán chức năng xử lý thông tin và phối hợp điều khiển có sự giám sát từ
các trạm vận hành trung tâm mở ra các khả năng ứng dụng mới, tích hợp
trọn vẹn trong hệ thống như lập trình cao cấp, điều khiển trình tự, điều khiển
theo công thức và ghép nối với cấp điều hành sản xuất.
4.3.4.Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán
Lưu ý rằng Hình 2-5 chỉ minh họa cách ghép nối điểm-điểm giữa một
máy tính điều khiển với các cảm biến và cơ cấu chấp hành, sử dụng vào/ra tập
trung. Tuy nhiên, ta cũng có thể sử dụng bus trường để thực hiện cấu trúc vào/ra
phân tán như trên Hình 2-6. Khi đó, máy tính điều khiển có thể đặt tại phòng
điều khiển trung tâm hoặc tại các phòng điều khiển cục bộ, tùy
theo qui mô của hệ thống và khả năng kéo dài của bus
trường.Giải pháp sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu
trúc vào/ra phân tán và các thiết bị trường thông minh chính là
xu hướng trong xây dựng các hệ thống điều khiển và giám sát
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 16 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


hiện đại. Bên cạnh độ tin cậy cao, tính năng mở và độ linh hoạt
cao thì yếu tố kinh tế cũng đóng vai trò quan trọng. Việc phân
tán chức năng xử lý thông tin, chức năng điều khiển theo bề
rộng cũng như theo chiều sâu là tiền đề cho kiến trúc “trí tuệ
phân tán” (distributedintelligence) trong tương lai.

5. Bus điều khiển

Bus trường (Fieldbus) thực ra là một khái niệm chung được dùng trong
các ngành công nghiệp chế biến để chỉ 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 ở cấp chấp hành, hay các thiết bị cấp trường. Các chức
năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiện
trong trường hợp cần thiết. Các thiết bị có khả năng nối mạng là các bộ vào/ra
phân tán (Distributed I/O). Các thiết bị cảm biến (Sensor) hoặc cơ cấu chấp hành
(Actuator) có tích hợp khả năng xử lý truyền thông. Một số kiểu bus trường chỉ
thích hợp nối mạng các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều
khiển, cũng được gọi là bus chấp hành/ cảm biến.
Trong hơn một thập kỷ qua, công nghệ bus trường đã làm thay đổi tư duy về
thiết kế và lựa chọn các giải pháp tự động hoá. ứng dụng tiến bộ của các hệ
thống bus trường trong các giải pháp tự động hoá cho phép giảm đáng kể chi phí
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 17 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


đầu tư cho cấp truyền, công thiết kế, phát triển, đưa vào vận hành và bảo trì hệ
thống. Hơn thế nữa, công nghệ bus trường cùng với các tiến bộ trong trong kỹ
thuật vi xử lý đã mở ra khả năng ứng dụng hoàn toàn mới, đó là ghép nối các
cảm biến và cơ cấu chấp hành với thiết bị điều khiển mà không cần sử dụng các
khối vào/ra. Hầu hết các thiết bị đo hoặc các van tỉ lệ sử dụng trong công nghiệp
ngày nay là các thiết bị thông minh, được nhúng các vi xử lý để thực hiện một số
công việc tại chỗ như lọc nhiễu, tuyến tính hoá, chỉnh định thang đo, đặt chế độ,
điểm làm việc, chẩn đoán trạng thái v.v…
6. Kiến trúc giao thức
Như biểu diễn trong hình, giá trị của biến có thể được truyền trực tiếp trong

nội bộ chương trình bằng cách kết nối đầu ra của đơn vị ngôn ngữ này tới đầu
vào của đơn vị ngôn ngữ khác. Mối liên kết này được biểu diễn một cách trực
quan trong các ngôn ngữ đồ họa hoặc ẩn trong các ngôn ngữ văn bản.

Giá trị của biến cũng có thể được truyền giữa các chương trình trong cùng một
cấu hình thông qua biến toàn cục kiểu như biến x biểu diễn trong hình. Biến này
được khai báo là EXTERNAL đối với tất cả các chương trình sử dụng nó.

Hình dưới biểu diễn cách giao tiếp đa năng nhất thông qua khối chức năng giao
tiếp. Chi tiết về loại khối chức năng này được mô tả trong IEC 61131-5, ở đây
chỉ lưu ý rằng, sử dụng khối chức năng truyền thông, giá trị của biến có thể được
truyền giữa các bộ phận của chương trình, giữa các chương trình trong cùng một

Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 18 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


cấu hình hay trong các cấu hình khác nhau, thậm chí giữa chương trình chạy
trong PLC với các hệ thống khác không phải PLC.

Sau cùng, bộ điều khiển khả trình và hệ thống không phải PLC có thể truyền dữ
liệu qua lại thông qua lối truy cập như biểu diễn trong Hình 7-5, sử dụng các cơ
chế định nghĩa trong IEC 61131-5.

7.Đồng bộ hóa trong xử lý phân tán
7.1 Đồng bộ hóa các tín hiệu vào/ra
Cấu trúc vào/ra phân tán sử dụng bus trường làm nảy sinh một vấn đề

chưa được xét tới trong lý thuyết điều khiển số. Đó là sự không đồng bộ của các
tín hiệu vào/ra do thời gian trễ từng kênh khác nhau, khó xác định.
Có hai cách giải quyết sau:
• Đặt cấu hình bus và chọn chu kỳ điều khiển sao cho chu kỳ bus nhỏ hơn nhiều
so với chu kỳ điều khiển để có thể bỏ qua thời gian trễ từng kênh khác nhau.
• Sử dụng loại bus trường có hỗ trợ đồng bộ hóa các đầu vào/ra, ví dụ ProfibusDP.
Ví dụ, các lệnh dưới đây được sử dụng trong Profibus-DP để đồng bộ hóa các
đầu vào/ra:
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 19 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


• FREEZE: hi nhận được lệnh này, các DP-Slave sẽ nhận dữ liệu đầu ra gửi từ
DP-Master và sau đó sẽ không nhận dữ liệu đầu ra gửi từ DPMaster nữa cho đến
khi kết thúc lệnh FREEZE.
• UNFREEZE: Lệnh này làm kết thúc lệnh FREEZE . Các DP-Slave sẽ tiếp tục
nhận dữ liệu đầu ra gửi từ DP-Master.
• SYNC: Khi nhận được lệnh này,tất c hoặc một vài DP-Slave sẽ gửi dữ liệu tới
DP-Master và sau đó DP-Master sẽ không nhận dữ liệu đầu vào gửi từ DP-Slave
nữa cho đến khi kết thúc lệnh SYNC.
• UNSYNC: Lệnh này làm ngừng lệnh SYNC. DP-Master sẽ tiếp tục nhận dữ
liệu đầu vào gửi từ các DP-Slave.
7.2 Đồng bộ hóa thời gian
Giữa các trạm điều khiển cục bộ và các trạm vận hành cần có một sự đồng
bộ hóa thời gian một cách chặt chẽ, vì đây là vấn đề liên quan hệ trọng tới tính
chính xác và độ tin cậy của các thông tin điều khiển, vận hành, thông báo báo
động.

Để đồng bộ hoá thời gian trong một hệ điều khiển phân tán, một trạm vận hành
có thể được chọn làm qui chiếu, tất cả các trạm khác nối với bus hệ thống được
đồng bộ hoá thời gian theo trạm này thông qua các thông báo gửi đồng lọat.
Trong một số hệ thống mạng có hỗ trợ trực tiếp việc đồng bộ hóa thời gian,
người ta có thể chọn một thiết bị đặc chủng (time master) phục vụ mục đích này.
Ta có thể định nghĩa 2 trạm vận hành làm qui chiếu nhưng tại một thời điểm chỉ
có một trạm mang tín hiệu đồng bộ hoá, nếu trạm đó bị lỗi thì trạm còn lại tự
động hoạt động.
Trong công nghiệp chế biến, khoảng thời gian chênh lệch cho phép giữa các
trạm thường ở trong phạm vi +/-5ms. Các thông báo thời gian cần gửi đồng loạt
theo chu kỳ tối đa 1 phút.
8.Khả năng mở rộng và ứng dụng
Bên cạnh đó SIMATIC PCS7 với khả năng tích hợp theo chiều sâu, nghĩa
là khả năng ... khả năng mở rộng dễ dàng và độ linh hoạt của hệ thống cao đã
đem lại cho khách hàng
SIMATIC PCS 7 cung cấp cấu hình dự phòng tại mọi cấp và độ sẵn sàng điều
khiển cao cho các ứng dụng quan trọng và ứng dụng lớn, có thể đáp ứng cho
những ứng dụng lớn tới hơn 100,000 đầu tín hiệu I/O. Hệ thống này có khả năng
giảm cấu hình tới tối thiểu, thích ứng với các ứng dụng nhỏ nhất với cấu hình
mới PCS 7 Box. Đây là dạng cấu hình có một máy trạm thiết kế, vận hành, một
bộ điều khiển PLC dưới dạng một card PCI, và khả năng kết nối mạng
PROFIBUS, tất cả gói gọn trong một máy tính công nghiệp với giá thành chưa
đến $20,000.

Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 20 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

PCS 7 Box có chức năng như một hệ PCS 7 hoàn chỉnh, có thể xử lý 800 đầu
I/O. SIMATIC PCS 7 hỗ trợ việc sử dụng các máy khách nhỏ truy cập qua
Microsoft Internet Explorer, như máy tính cầm tay MOBIC của Siemens chẳng
hạn.
Không thể có một lỗi nào có thể xảy ra trên Hệ thống có khả năng dự phòng
toàn bộ tại mọi cấp, từ dự phòng tín hiệu I/O, dự phòng bộ điều khiển và dữ liệu
lịch sử. Trong cấu hình dự phòng các CPU sẽ chạy song song và các bộ điều
khiển có thể tách biệt nhau đến 500m. Hơn nữa, gói phần mềm SIMATIC
BATCH, công cụ bổ sung Add-on vào
SIMATIC PCS7 cũng hỗ trợ cấu hình dự phòng, một đặc tính mà gần như không
thể thấy trong các ứng dụng điều khiển mẻ (batch control) tương tự.
Hệ SIMATIC PCS7 của Siemens là hệ thống dựa trên các tiêu chuẩn quốc
tế, được phát triển linh hoạt và xây dựng trên nền tảng Tự động hóa Tích
hợp toàn diện — TIA, vì vậy SIMATIC PCS7 đã thực sự đi vào thị trường
tự động hóa quá trình toàn cầu.

Với nhu cầu về tự động hóa quá trình ngày càng gia tăng, Ban Tự động hóa và
Truyền động của Siemens luôn đầu tư nghiên cứu, phát triển hệ thống SIMATIC
PCS7 theo xu hướng áp dụng các công nghệ mới đã được kiểm chứng vào sản
phẩm nhằm mang lại những lợi ích to lớn trong toàn bộ quá trình sản xuất cho
khách hàng. Hệ SIMATIC PCS7 của Siemens là hệ thống dựa trên các tiêu
chuẩn quốc tế, được phát triển linh hoạt và xây dựng trên nền tảng Tự động hóa
Tích hợp toàn diện — TIA, vì vậy SIMATIC PCS7 đã thực sự đi vào thị trường
tự động hóa quá trình toàn cầu. Theo thống kê tới tháng 3 năm 2006 đã có hơn
4000 hệ SIMATIC PCS7 áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau đã
đi vào vận hành trên toàn thế giới.
Ứng dụng SIMATIC PCS7 trong các ngành công nghiệp rất đa dạng nhờ khả
năng thiết lập hệ thống mềm dẻo, có khả năng tích hợp các điều khiển an toàn
quá trình và áp dụng chuẩn mạng trường thông dụng nhất trên thế giới - chuẩn

Profibus. Bên cạnh đó, Siemens cũng là nhà cung cấp khả năng tích hợp điều
khiển rời rạc và điều khiển quá trình trên nền tảng chung SIMATIC PCS7 để
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 21 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


mang lại giải pháp Tự động hóa tích hợp toàn diện cho khách hàng. Chính vì lý
do đó, SIMATIC PCS7 đã được triển khai trong nhiều ngành công nghiệp khác
nhau.
SIMATIC PCS7 trong ngành hóa chất
Công nghiệp hóa chất là một trong những ngành công nghiệp phát triển, mang
lại nhiều loại hàng hóa sản phẩm phục vụ cho công nghiệp và tiêu dùng.
SIMATIC PCS7 ứng dụng trong ngành hóa chất chiếm khoảng 30% trên tổng số
hơn 4000 hệ thống SIMATIC PCS7 đã lắp đặt. Ngoài các thị trường hiện có là
châu Âu và châu Mỹ, các tập đoàn hóa chất lớn thế giới đã bắt đầu tập trung vào
khu vưc châu Á, đặc biệt là Trung Quốc và khu vực Đông Nam Á, nơi được
đánh giá năng động nhất thế giới.

Nhà máy mới của Lever Việt Nam tại
Củ Chi - TP. Hồ Chí Minh.
Tập đoàn Unilever đã thực sự chiếm lĩnh thị trường hàng tiêu dùng Việt nam
thông qua các thương hiệu của Lever Việt Nam như các sản phẩm chăm sóc tóc
(Sunsilk, Clear, Dove…), chăm sóc da (dầu tắm Dove, LUX, sản phẩm dưỡng
da POND…), các sản phẩm tẩy rửa (OMO, VISO…) hay các sản phẩm thực
phẩm (KNORR, LIPTON…). Với nhu cầu thị trường ngày càng gia tăng, cả về
số lượng và chất lượng hàng hóa, Unilever quyết định xây dựng dây chuyền sản
xuất dầu gội mới tại nhà máy Củ Chi, Tp. Hồ Chí Minh.

Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 22 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Phòng điều khiển
Unilever tại Việt Nam đã quyết định lựa chọn giải pháp do Ban Tự động hóa và
Truyền động phối hợp với Nhà tích hợp hệ thống chính thức, Công ty TNHH
CAC, đề xuất giải pháp áp dụng hệ SIMATIC PCS7 tích hợp Điều khiển mẻ SIMATIC BATCH với các tính năng vượt trội như khả năng tiết kiệm chi phí
thiết lập, phát triển hệ thống, chi phí phần cứng và vật tư dự phòng cũng như chi
phí cho đào tạo. Bên cạnh đó việc tích hợp SIMATIC BATCH còn cho phép việc
điều khiển quá trình sản xuất mềm dẻo theo tiêu chuẩn quốc tế. Thành công của
dự án đã chứng tỏ khả năng thiết kế hệ thống, triển khai hệ thống của đối tác tích
hợp hệ thống chính thức của Siemens, nhằm mang lại nhiều lợi ích cho khách
hàng như giảm chi phí phát triển hệ thống, khả năng hỗ trợ tại chỗ… Dây
chuyền bắt đầu sản xuất vào tháng 3 năm 2005.

Tại Thái lan, Tập đoàn Degussa AG đã quyết định đầu tư nhà máy sản xuất
thạch anh nung tại Map Ta Phut, tỉnh Rayong. Sản phẩm thạch anh nung được
sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, ví dụ được sử dụng như một chất bịt
kín và tạo khuôn để gia cố các hệ thạch anh RTV, hay để điều khiển tính lưu
biến của chất lỏng, tăng cường tính năng không chảy của bột hay các chất cách
ly nhiệt. Quá trình sản xuất được thực hiện qua công đoạn đốt cháy công nghệ
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 23 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


cao đòi hỏi mức độ an toàn cao. Degussa AG đã quyết định xây dựng hệ thống
tự động hóa trên nền tảng SIMATIC PCS7 vì khả tích hợp hoàn toàn với hệ
thống bảo vệ an toàn. Bên cạnh đó, Siemens cũng đề xuất được giải pháp tự
động hóa tổng thể thỏa mãn yêu cầu công nghệ. Dự án đã hoàn thành đúng thời
hạn, bắt đầu vận hành tháng 10 năm 2004 và Degussa thực sự hài lòng với hệ
thống tự động hóa của nhà máy mới này.
SIMATIC PCS7 trong ngành thực phẩm/nước giải khát
Với áp lực cạnh tranh ngày càng cao, nhu cầu tự động hóa trong ngành thực
phẩm/nước giải khát cũng ngày càng gia tăng. Bên cạnh yêu cầu về đảm bảo
chất lượng sản phẩm, hệ thống tự động hóa quá trình còn hỗ trợ khả năng giới
thiệu sản phẩm mới ra thị trường một cách nhanh chóng. Việt Nam cũng không
nằm ngoài vòng cạnh tranh này.

Kinh Đô, một cái tên rất quen thuộc trên thị trường sản xuất bánh kẹo tại thị
trường Việt Nam đã quyết định lựa chọn giải pháp SIMATIC PCS7 và SIMATIC
BATCH cho dự án nâng cấp hệ thống sản xuất kem KIDO. Hệ thống điều khiển
hiện hữu tại nhà máy kem KIDO là hệ SCADA sử dụng hệ thống điều khiển quá
trình PCS kết hợp với bộ điều khiển khả trình TI505 và các mođun I/O của
Festo. Nhà tích hợp hệ thống chính thức của Siemens, Công ty Cổ phần Tân
Tiến (AIT) đã chứng minh được năng lực thực thi dự án và đã chính thức ký hợp
đồng thực hiện nâng cấp hệ thống giai đoạn 1 với Công ty Cổ phần Kinh Đô và
sau đó đã tiếp tục ký tiếp hợp đồng thực hiện dây chuyền sản xuất mới. Việc
nâng cấp hệ thống và chương trình cho hai dây chuyền hiện đang được thực hiện
song song với việc vận hành sản xuất trên nền hệ thống cũ.
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 24 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


SIMATIC PCS7 trong ngành dầu khí
Với An toàn tích hợp họ SIMATIC (SIMATIC Safety Integrated) cho phép tích
hợp các môđun tín hiệu tiêu chuẩn và môđun an toàn trên cùng một hệ thống
cũng như phần mềm Siemens Safety Matrix được kiểm chứng, giải pháp điều
khiển và bảo vệ hệ thống của Siemens cho các ứng dụng trong ngành công
nghiệp Dầu khí — Hóa dầu là một trong những giải pháp mang lại nhiều lợi ích
cho khách hàng, bao gồm khả năng tiết kiệm chi phí, giảm thiểu lỗi phát triển
chương trình… và còn hỗ trợ cho công tác quản lý vòng đời an toàn (Safety
Lifecycle Management). Chính những tính năng nổi bật đó đã thuyết phục được
Norsk Hydro lựa chọn giải pháp của Siemens cho dự án nâng cấp trung tâm khai
thác Oseberg nằm ở phía tây bắc biển Bắc gồm 3 giàn khai thác với sản lượng
150,000 thùng dầu và khoảng 30 triệu mét khối khí tiêu chuẩn một ngày. Hệ
thống cũ tại trung tâm khai thác Oseberg là hệ Teleperm đã được lắp đặt từ năm
1980. Hệ thống PCS7 mới bao gồm 35,000 tín hiệu vào/ra với hơn 150 màn hình
giao diện và việc thay thế hệ thống phải được thực hiện “nóng”. Đây quả thực là
một thử thách lớn với các chuyên gia của Siemens. Dự án đang được thực hiện
và dự kiến sẽ hoàn tất trong tháng 6 năm nay.

Trung tâm khai thác Oseberg
Tiếp theo thành công của dự án nâng cấp hệ thống cho Trung tâm khai thác
Oseberg, Ban Tự động hóa và Truyền động của Siemens Malaysia cũng đã ký
được hợp đồng EPCC hệ thống ICSS (Hệ điều khiển và An toàn tích hợp) cho
giàn ngoài khơi KIKEH DTU của Murphy Oil, công ty hàng đầu về khoáng sản
và dầu khí của Mỹ. Chính khái niệm phát triển hệ DCS tiên tiến trên nền tảng
Tự động hóa tích hợp toàn diện — TIA, năng lực tự động hóa và khả năng hỗ
Sinh viên thực hiện: Trịnh Trần Đức

- 25 -

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội