LUẬN văn nghiên cứu tìm hiểu hệ thống điều khiển DCS nhà máy xi măng long sơn

MỤC LỤC

MỤC LỤC

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

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

PHẦN II. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS
1.Giới thiệu về hệ thống điều khiển DCS------------------------------8
2.Hệ thống điều khiển DCS của nhà máy xi măng Long Sơn-----12

PHẦN III. BỘ ĐIỀU KHIỂN AC 902F CONTROLLER
1.Giới thiệu AC 902F CONTROLLER--------------------------------16
2.Đặc tính kỹ thuật AC 902F CONTROLLER-----------------------20

PHẦN IV. KẾT LUẬN-----------------------------------------------------------24

SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 1


LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển xã hội, quá trình công nghiệp
hóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng. Những công trình công
nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều. Trong đó xi măng là vật liệu quan trọng.
trong xây dựng; xi măng là một loại vật liệu kết dính được hình thành bằng cách pha
trộn hỗn hợp đá vôi, đá sét, thạch cao…và một số loại phụ gia cần thiết sau đó nung

nóng ở nhiệt độ khoảng 14000C. Xi măng được sản xuất đầu tiên ở các nước tư bản
như Đan Mạch, Anh, Pháp, Mỹ…vào cuối thế kỷ 19. Đến đầu thế kỷ 20, xi măng đã
trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong xây dựng và phát triển kinh tế.
Việc áp dụng kỹ thuật tiến tiến vào trong quá trình sản xuất là một việc làm cần
thiết để nâng cao năng suất lao động. Một quá trình sản xuất có khả năng tự động cao
sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế. Tuy nhiên, việc áp dụng tự động hoá vào trong quá
trình sản xuất xi măng là một bài toán hết sức khó khăn. Yêu cầu đối với hệ thống tự
động hoá quá trình sản xuất xi măng là không những đảm bảo yêu cầu công nghệ mà
còn phải đảm bảo được sự ổn định, chất lượng và sản lượng luôn ở mức tối đa có thể.
Do đó, việc nghiên cứu, phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho nhà
máy xi măng là vô cùng quan trọng. Với ý nghĩa đó Bài tâp lớn của em được đặt ra:
Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng – Công ty xi măng
Long Sơn
 Mô tả dây chuyền sản xuất xi măng của công ty.
 Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS.
 Nghiên cứu bộ điều khiển(PLC) chính của dây chuyền sản xuất xi măng.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng vì thời gian không nhiều cộng với lượng kiến
thức còn hạn chế nên không thể tránh được sự thiếu sót và nhầm lẫn. Rất mong nhận
được những đóng góp quý báu của các thầy giáo cùng bạn bè để bài tập lớn được hoàn
thiện hơn.
Sau cùng em xin chân thành cám ơn TS.Nguyễn Mạnh Tiến đã nhiệt tình
hướng dẫn em thực hiện bài tập lớn này.


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

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

 Lưu đồ công nghệ của của Công ty xi măng Long Sơn :



2). Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy

 Công đoạn khai thác và vận chuyển đá vôi.
Đá vôi được khai thác từ núi đá vôi tự nhiên ở Bỉm Sơn – Thanh Hóa bằng
phương pháp nổ mìn, sau đó được vận chuyển đổ vào phễu tiếp liệu, băng tải xích
chuyển đá đến máy đập, công suất đập 90t/h. Sau khi ra khỏi máy đập có kích thước.
Sau đó được vận chuyển vào kho, mỗi kho có 2 đống ( đồng nhất sơ bộ), mục đích là
đồng thời 1 đống rải thì đống kia được xúc bình thường.

 Công đoạn đập và vận chuyển đá sét.
Tương tự đá vôi, đất sét có kích thước < 800 mm được máy xúc để đổ vào phễu
tiếp liệu, nhờ băng tải xích đá sét qua búa đập, đập xuống < 75mm, công suất 90t/h.
Sau đó đá sét được băng tải cao su vận chuyển tới máy cán còn < 25 mm. Sau khi cán,
đất sét, phụ gia điều chỉnh (quặng sắt, đá silic, quặng bô xít…), than đá và nguyên liệu
khác được chất vào kho đồng nhất.

 Hệ thống cân băng định lượng.
Từ các Bin chứa liệu, từng loại nguyên liệu được rút ra và chạy qua hệ thống
cân băng định lượng theo đúng tỷ lệ cấp phối đưa ra từ nhân viên vận hành điều khiển
(tỷ lệ phối liệu được quyết định từ phòng thí nghiệm). Tất cả các nguyên liệu đó sẽ
được gom vào máy nghiền đứng để nghiền về kích thước yêu cầu, tại đây nguyên liệu
được đồng nhất một lần nữa. Bột liệu sau khi nghiền được vận chuyển lên silo đồng
nhất chuẩn bị để cấp cho lò nung, dưới silo đồng nhất có hệ thống sục khí nén liên tục
vào silo để tiếp tục đồng nhất lần nữa

 Công đoạn nghiền.
Liệu sau khi được đồng nhất sơ bộ được đưa vào máy nghiền liệu. Máy sấy
nghiền có năng suất rất lớn, vật liệu vào máy phải có kích thước < 40 mm. Độ ẩm tối
đa  10 %. Phối liệu ra khỏi máy nghiền được vận chuyển lên cyclone lắng theo
phương pháp phân ly khí động, trong quá trình này hạt qua sàng có độ mịn đảm bảo
được thổi lên cyclone, còn hạt thô được hồi lưu trở lại máy nghiền.


 Công đoạn đồng nhất liệu.
Phối liệu ở cyclone lắng được tháo vào cyclone sấy theo kiểu tháo chéo. Từ
tháp đồng nhất, phối liệu được sấy sơ bộ đến gần 10000 trước khi đi vào lò nung. Để
có một sản phẩm Clinker ổn định, chúng ta thấy nguyên liệu phải qua ít nhất 4 lần
đồng nhất.

 Nhiên liệu.
Than cám nhập về sau đó được nghiền mịn, qua hệ thống phân ly khí động
chuyển lên két chứa. Đáy của két than mịn có tiếp liệu vít xoắn, nhờ điều chỉnh động
cơ 1 chiều mà điều chỉnh dễ dàng lượng than cấp vào lò. Khi than mịn được cho vào
đường ống, ở đây có 1 quạt cao áp thổi than mịn vào lò qua hệ thống vòi phun. Dầu
MFO được bơm lên bể chứa, từ bể chứa dầu được vận chuyển bằng hệ thống đường
ống qua hệ thống sấy (nhờ hơi nước của lò hơi ) rồi được bơm qua van điều chỉnh vào
lò bởi hệ phun dầu.

 Công đoạn nung Clinker.
Lò nung Clinker là loại lò quay bao gồm các hệ thống chính: Hệ thống sấy 5 tầng, lò
nung, hệ thống làm mát. Lò nung có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3-5 mét và dài từ
30 – 80 mét tùy thuộc vào công suất lò. Vỏ lò được làm bằng thép chịu nhiệu, bên trong
có lót một lớp vật liệu chịu lửa. Góc nghiêng từ 3-5% để tạo độ nghiêng cho dòng
nguyên liệu cháy bên trong.Nhiên liệu để nung là bột than được phun ở áp suất cao
dưới dạng mù. Dòng khí nóng đi ngược từ đáy lò lên đến đỉnh lò. Liệu từ

cyclone lắng qua hệ thống sấy 5 tầng được sấy sơ bộ từ 75 -> 1200 C . Phối liệu đi vào lò
nhiệt độ tăng dần lên phản ứng các pha rắn xảy ra và được kết khối ở 1300 -> 14500 C
tạo thành Clinker.

 Công đoạn vận chuyển Clinker.
Clinker ra khỏi lò có nhiệt độ khá cao được làm nguội qua hệ thống làm mát
đến nhiệt độ khoảng 1200 C . Hệ thống làm mát có 2 kiểu: Kiểu lò hành tinh và giàn
ghi. Hệ thống quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vào làm nguội nhanh viên
Clinker về nhiệt độ 50 - 9000 C.
Clinker được máy đập búa đập nhỏ có kích thước  25 mm và được đổ vào


băng cào xích rồi được chuyển lên băng gầu xiên. Từ băng gầu xiên Clinker được đổ
vào cyclone chứa. Ơ đây Clinker được ủ từ 7 đến 15 ngày.


 Công đoạn nghiền Clinker.
Clinker, thạch cao và phụ gia được cho vào máy nghiền để nghiền thành xi
măng. Thành phần Clinker, thạch cao và phụ gia được điều chỉnh theo tỉ lệ phù hợp để
đạt được chất lượng xi măng theo yêu cầu. Xi măng ra khỏi máy nghiền : Hạt to được
hồi lưu lại nhờ hệ thống phân ly, hạt quá nhỏ được thu hồi lại bởi hệ thống lọc bụi.

 Đóng bao.
Từ Silo chứa, xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khác nhau:
1. Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng xá rời.
2. Cấp qua máy đóng bao, để tọ thành từng bao 50kg giao đến từng phương
tiện nhận hàng.


PHẦN II. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS

1.Giới thiệu hệ thống điều khiển DCS
a. Khái niệm
DCS – (Distributed Control System), là một hệ thống điều khiển cho một dây
chuyền sản xuất, một quá trình hoặc bất cứ một hệ thống động học nào, trong đó các
bộ điều khiển không tập trung tại một nơi mà được phân tấn trên toàn bộ hệ thống, với
mỗi hệ thống con được điều khiển bởi một hoặc nhiều bộ điều khiển. Giải pháp thiết
kế của các hệ DCS thương phẩm là hướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên
nó thường được thiết kế theo hệ thống mở, khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với
các PLC khác nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập. Mục tiêu tạo thuận
lợi cao nhất cho kỹ sư thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển.
Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực hiện các
chuỗi quá trình phức tạp, khả năng tích hợp dễ dàng. Các hệ thống DCS thương phẩm
ngày nay thường bao gồm các bộ điều khiển ( controller ), hệ thống mạng truyền
thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp. Các hệ DCS có thể quản lý được từ
vài nghìn điểm đến hàng chục nghìn điểm vào/ra. Nhờ cấu trúc phần cứng và phần
mềm, hệ điều khiển có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển
nhiều tầng, hay theo các thuật toán điều khiển hiện đại: Nhận dạng hệ thống, điều
khiển thích nghi, tối ưu, bền vững, điều khiển theo mô hình dự báo (MPC), fuzzy,
neutral, điều khiển chất lượng ( QCS).
Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin, các hệ DCS thương phẩm ngày nay hỗ
trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý. Hiện nay các giao
thức này đã được chuẩn hoá ( Profibus, Foudation FieldBus, Ethernet ).
Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao : nhờ có khả năng dự
phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ ( controller, mođun I/O, bus truyền thông
), khả năng thay đổi chương trình ( sửa chữa và download ), thay đổi cấu trúc của hệ,
thêm bớt các thành phần mà không cần làm gián đoạn, không cần khởi động lại quá
trình ( thay đổi online ).


Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết kế sẵn

và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất. Các nhà sản xuất DCS cũng
cam kết thời gian hỗ trợ với các sản phẩm DCS lớn, từ 15 đến 20 năm để đảm bảo
thời gian hoạt động và khai thác của các hệ thống lớn.
Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về
một giải pháp tự động hoá tích hợp tổng thể. Các chuyên gia cho tới ngày nay, DCS
vẫn là không thể thay thế được trong các ứng dụng lớn.
b. Phân loại
Các hệ DCS thường được phân loại thành ba hệ sau:
 Các hệ DCS truyền thống
Các hệ này sử dụng các bộ điều khiển quá trình theo kiến trúc riêng của
từng nhà sản xuất. Các hệ cũ thường đóng kín, ít tuân theo các chuẩn giao tiếp
công nghiệp, các bộ điều khiển được sử dụng cũng thường chỉ làm nhiệm vụ
điều khiển quá trình, vì vậy phải sử dụng kết hợp các thiết bị điều khiển khả
trình PLC (Programmable Logic Controller). Các hệ mới có tính năng mở tốt
hơn, một số bộ điều khiển đảm nhiệm cả các chức năng điều khiển quá trình,
điều khiển trình tự lẫn điều khiển logic (hybrid controller).
 Các hệ DCS trên nền PLC
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) là một loại máy tính điều khiển chuyên
dụng, do nhà phát minh người Mỹ Dick Morley sáng chế vào năm 1968. Hầu
hết các PLC hiện đại không chỉ có thể 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, các thuật toán điều khiển phản hồi. 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.
 Các hệ DCS trên nên PC
Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) làm thiết bị điều khiển đã trở nên
phổ biến. Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều
khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC chính là tính năng mở, khả năng lập
trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, cũng như giá thành cạnh
tranh.

c. Thành phần chính
Một hệ điều khiển phân tán DCS bao gồm các thành phần chính sau:
SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 10


 Trạm điều khiển cục bộ (local control station, LCS), đôi khi còn được
gọi là các khối điều khiển cục bộ (local control unit, LCU) hoặc các
trạm quá trình (process station, PS). Các trạm điều khiển cục bộ thuộc
cấp điều khiển, là nơi thực hiện mọi chức năng điều khiển cho một công
đoạn. Các trạm này thường được đặt trong phòng điều khiển hoặc
phòng điện ở cạnh phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần khu
vực hiện trường.
 Trạm vận hành (operator station, OS) được đặt tại phòng điều khiển
trung tâm. Các trạm vận hành có thể hoạt động song song, độc lập với
nhau. Để tiện cho việc vận hành hệ thống, người ta thường sắp xếp mỗi
trạm vận hành tương ứng với một phân đoạn hoặc một phân xưởng
 Trạm kỹ thuật (engineering station, ES) là nơi cài đặt các công cụ phát
triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống, tạo và theo dõi các chương
trình ứng dụng điều khiển và giao diện người - máy, đặt cấu hình và
tham số hóa các thiết bị trường.
 Hệ thống truyền thông gồm bus trường (field bus) và bus hệ thống
(system bus). Bus trường có chức năng ghép nối trạm điều khiển với
các trạm vào/ ra phân tán và các thiết bị trường thông minh, còn bus hệ
thống sẽ nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với các trạm
vận hành, trạm kỹ thuật.
 Ngoài các thành phần chính trên, một hệ DCS cụ thể có thể bao gồm
các thành phần khác như trạm vào/ra từ xa (remote I/O station), các bộ
điều khiển chuyên dụng, v.v..

d. Ưu thế
Hệ thống DCS ngày nay được phát triển với 4 ưu thế lớn là:
 Mức điều khiển cao
Hầu hết các hệ thống DCS đều bao gồm các bộ điều khiển, hệ thống
mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp. Do đó,
DCS có khả năng quản lý được rất nhiều điểm vào/ra.
 Cấu hình linh hoạt
Nhờ khả năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần, DCS có khả
năng thay đổi các chương trình, thay đổi cấu trúc của hệ hay thêm bớt
các thành phần mà không làm gián đoạn hay khởi động lại quá trình.
 Tỷ lệ lỗi thấp
Theo thiết kế, các hệ DCS thường có hệ thống mở, khả năng tích hợp
cao với các PLC khác nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc
SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 11


lập. Vì vậy, DCS có tỷ lệ lỗi thấp, nhờ đó, việc điều khiển trong các nhà
máy hay xí nghiệp sẽ vừa tiết kiệm chi phí, vừa dễ bảo trì và vận hành.
 Tính sẵn sàng và độ tin cậy
Các hệ điều khiển phân tán DCS hiện đại đều có các cơ chế dự
phòng, an toàn, khởi động lại khi xảy ra sự cố cũng như các chế độ bảo
trì, chẩn đoán và chỉ thị lỗi. Bên cạnh đó, các hệ DCS cũng cho phép
người sử dụng cài đặt các chế độ bảo mật để hạn chế, kiểm soát quyền
truy nhập dữ liệu và điều khiển.
e. Phân biệt SCADA và DCS
Trong quá khứ, SCADA và DCS là hai hệ thống riêng biệt; tuy nhiên, với
sự phát triển công nghệ ngày nay, hai hệ thống này đôi khi cũng có những
điểm tương đồng và nhiều người có thể nhầm lẫn chúng. Để phân biệt SCADA

và DCS, chúng ta cần chú ý tới ba điểm sau của mỗi hệ thống:
 Mục tiêu: một hệ DCS thường hướng tới quá trình, còn SCADA hướng tới thu
thập dữ liệu. DCS tập trung vào quá trình kiểm soát và việc đưa thông tin tới
người quản lý. Trái lại, SCADA tập trung chủ yếu vào trung tâm điều khiển và
bản thân người quản lý. Các thiết bị điều khiển từ xa của hệ SCADA chủ yếu
được dùng để thu thập thông tin, mặc dù chúng có thể thực hiện các quá trình
điều khiển phức tạp và đa dạng hơn.
 Chức năng: trong một hệ DCS, hệ thống điều khiển có vòng điều khiển quy
trình khép kín tại thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) hoặc các khối điều khiển logic
khả trình (PLC). Tuy nhiên, vòng điều khiển quy trình khép kín này không có
ở SCADA. Thay vào đó, SCADA sử dụng giao diện người - máy (HMI), sử
dụng con người như là hệ thống điều khiển kiểm soát.
 Kết nối: trạm vận hành của DCS thường được kết nối với các trạm vào/ ra
thông qua mạng cục bộ và bus trường. Người quản lý sẽ đưa ra yêu cầu trực
tiếp với trạm vào/ ra khi cần lấy thông tin. Điều này có nghĩa là các sự kiện
trường có thể trực tiếp làm gián đoạn hệ thống và thực hiện lệnh của nhà quản
lý. Nhưng đối với SCADA, một khi đường truyền gặp lỗi, hệ thống phải thực
hiện theo trình tự. Tóm lại, DCS được điều khiển theo xu hướng quá trình,
trong khi SCADA là điếu khiển theo sự kiện.

SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 12


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


Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hóa ở mức
độ cao và được điều khiển tập trung CCR( Central Control Room) để kiểm soát

toàn bộ hoạt động của nhà áy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số
khi chất lượng của sản phẩm thay đôi hoặc khi có sự cố bất bình thường xảy ra.
Tầng trên cùng là năm trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4 và OS5
( Operator Station) để điêu khiển và giám sát các công đoạn: Chứa và vận chuyển
nguyên liệu; đồng nhất bột liệu và cung cấp cho lò nung; làm nguội clanhke, kho
chưa chất clanhke và các bộ phận dịch vụ; nghiền xi măng; nghiền than; các trạm
đập đá vôi, đập đá shake; vận chuyển và chứa phụ gia; đóng gói bao, sản xuất bao
và xi măng rời; cảng nhà máy; các trạm điện của nhà máy. Hệ thống thiết kế sao
cho mỗi trạm vận hành OS có thể kiểm ta và giám sát từ 2 công đoạn trở nên.
-

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

-

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

Tất cả được kết nối như một mạng LAN theo chuẩn Ethernet ( TCP/IP). Các
trạm PCS là các PLC AC 902F. Các khu vực quan trọng đều được trang bị PLC với 2
Processor/CPU. Các trạm này được kết nối với tuyến cáp dữ liệu kép để đưa về hệ
thống Connectivity Sever. Thông tin giữa các sever với các trạm vận hành và điều
khiển quá trình liên hệ với nhau bằng hệ thống cáp quang kéo sợi thủy tinh theo chuẩn
Ethernet(TCP/IP). Mạng này gọi là Cleint/Server Network.
Các tủ phân tán RPC (Remote Periphery Center) chứa các module phân tán
S800-I/O, tủ điều khiển động cơtrung tâm MCC (Motor Control Center) chứa các bộ
biến tần, các tủ máy cắt… được lắp đặt tại các phòng điện của khu vực sản xuất. Số
I/O phù hợp từng cụm thiết bị, ngoài ra còn có 20% dự phòng. Tất cả đều đưa vềcác
CPU AC 902F thông qua tuyến cáp quang.
Từ AC 902F kết nối với các Server qua mạng Ethernet (TCP/IP) còn gọi là

Cotrol Network. Cotrol Network: Là mạng cục bộ(LAN), việc tối ưu hoá vềthời gian
được thực hiện ở mức cao và đáng tin cậy. Thời gian của các phản hồi có thể biết


trước. Thiết bị của mạng điều khiển và Server được kết nối qua mạng Control
Network. Các thiết bịnhư: các Controller, robots, variable, speed drives…
Chức năng của hai Connectivity Server (Redandunt):
-

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

-

Connectivity Product: Chức năng up-load, hỗtrợcho việc thiết lập cấu
hình, các đồhoặc cơbản, đóng gói dữliệu hỗtrợ đường truyền cho
hệthống AC 902F đến kho lưu trữ. Server: Cung cấp các dịch vụtruy cập
đến cácc Cotroller theo thời gian thực. Trên Connectivity chạy các dịch
vụ: OPC/DA, APC/AE, OPC/HAD và SysMsg.

Trong đó gói phần mềm OPC Server cho AC 902F là cần thiết cho việc đọc
các dữ liệu, cảnh báo, sựkiện theo thời gian thực từ bộ điều khiển. Gói phần mềm này
được cài đặt trong Connectivity Server. Nó bao gồm những thành phần sau:
-

OPC Data Access Server: Có nhiệm vụ chuyển dữ liệu từ bộ điều khiển lập
trình đến Control Builder Software (phần mềm lập trình và quản lý cho
hệthống AC 902F thông qua gói phần mềm OPC Data Access 2.0 và 1.0A.

-

OPC Alarm and Event Server: Có nhiệm vụ tạo ra luồng thông tin. Hầu hết
các sự kiện là được định nghĩa trước. Các sự kiện và cảnh báo đó trên các
clients do gói phần mềm Alarm and Event 1.02 Standard hỗtrợ.
Quá trình truyền thông đối với cấp có mức ưu tiên thấp hơn. Chu kỳ vòng
quét đối với các Controller phải thấp hơn 60%. Tốt nhất là từ 30÷40% thời gian của
chu kỳ vòng quét. Phần mềm Control Builder (cho AC 902F), Graphics Builder (cho
việc giám sát và điều khiển quá trình), AutoCAD (cho Mechanical Aspect)…
Tại các Server này sẽ thực hiện việc phân chia quyền sử dụng cho các
WorkSpace, tạo giao diện người máy HMI, cảnh báo, đồ thị, báo cáo…Sự làm việc
của các Server này đòi tính đáp ứng thời gian thực rất cao. Tính thời gian thực là khả
năng đáp ứng kịp thời và chính xác. Hệ thống phải đáp ứng kịp thời với các sự kiện
không thể dự báo trước và phải xử lý nhiều sự kiện xảy ra cùng một lúc. Ngoài ra hệ


thống còn dự báo trước được thời gian tiêu biểu của các quá trình phản ứng. Để làm
được điều này, hệ thống các Server mạng trong hệ DCS phải có các phần mềm thời
gian thực tương ứng. Nó có chức năng quản lý, phân chia quá trình tính toán
cho các hệ vi xửl ý theo từng cấp tuỳ theo phạm vi chức năng. Phân chia thời gian để
thực hiện xen kẽ nhiều nhiệm vụ khác nhau theo mức ưu tiên và theo phương pháp
lập lịch…


PHẦN III. BỘ ĐIỀU KHIỂN AC 902F CONTROLLER
1.Giới thiệu AC 902F CONTROLLER

Hình 3. CPU AC 902F
Hình trên là chuẩn CPU PM 902F của hãng ABB. Trong đó gồm 11 bộ phận
chính:













Phần 1: pin ( nằm dưới màn hình)
Phần 2: màn hình ( tùy chọn)
Phần 3: đèn báo ( LED)
Phần 4: nút nhấn
Phần 5: module truyền thông
Phần 6: 4 cổng Ethernet
Phần 7: 1 cổng DIAG
Phần 8: 2 cổng truyền thông nối tiếp
Phần 9: nguồn 24V
Phần 10: module mở rộng ( tối đa 10 I/O)
Phần 11: khe cắm thẻ SD

Bộ điều khiển PLC AC 902F có thể kết nối với các tín hiệu cấp hiện trường sử
dụng các mô đun vào/ra dòng S800 hoặc S900 hoặc cũng có thể cho phép kết hợp với
bất kỳ thiết bị hỗ trợ giao thức Profibus nào hiện có trên thị trường. Giao diện người
máy Compact 800 HMI cũng có thể sử dụng cùng với AC 902F hoặc với bất kỳ thiết
bị bộ điều khiển PLC của hầu hết các hang đang cung cấp trên thị trường. Phương
thức truyền thông trong hệ thống tận dụng những tính năng nổi trội của chuẩn OPC.

Một Panel 800 được kết nối trong hệ thống để phục vụ chức năng điều khiển giao diện
người /máy, cho phép lắp đặt tại khu vận hành hoặc dùng cho các ứng dụng ở trong
máy công cụ. Nó cho phép kết nối với hầu hết các máy tính công nghiệp hoặc PC


thông thường thông qua việc tích hợp sẵn các các driver bên trong. Khi sử dụng bộ
điều khiển AC 902F trong giải pháp tự động hóa của bạn, bạn sẽ có rất nhiều tùy chọn
cho mục đích truyền thông đa nhiệm:
-

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

Tính năng dự phòng nóng (redundancy) tại những khu vực quan trọng trong nhà máy
là cho phép với các hệ điều khiển AC 902F và các I/O vào ra bao gồm dự phòng CPU,
mạng cấp điều khiển, mạng cấp trường, bus truyền thông nội bộ, phần nguồn cấp
điện.
Phần mềm giao diện người dùng Compact 800 HMI có thể cho phép kết nối tới
hệ AC 902F hay kết nối tới các bộ điều khiển PLC của các hãng khác. Điều này có
nghĩa là nó cũng cho phép kết nối từ xa tới các bộ điều khiển PLC cũng như với các
thiết bị khác trong cũng một mạng đơn hay mạng có cấu trúc dự phòng. Hệ Compact
800 có thể phối hợp toàn diện các thành phần trên trong một hệ thống hoặc tích hợp
một phần vào trong hệ thống tự động hóa của bên thứ ba (third-party) với các thế
mạnh sẵn có như tính năng xử lý cảnh báo liên động.


AC 902F có thể được hiểu như một cấu trúc phần cứng mà ở đó các đơn vị

phần cứng( hardware units) riêng lẻ được nối với nhau phụ thuộc vào cấu trúc của các
unit và hệ điều hành được chọn có thể lập trình để thực hiện nhiều chức năng khác
nhau. Một khi cấu trúc phần cứng được xác định thì nó trở thành một AC902F
Controller.
Những phần tử tạo nên một AC 902F Controller:
 Các Processor unit ( PM851/PM856/PM860/PM861/PM864/PM865).
 Bộ xử lý chính xác cao ( High Integrity Processor unit)
( PM865/SM801)
 Các giao tiếp truyền thông cho các phương thức khác nhau (
CI851/CI852/CI853/CI854/CI854A/CI855/ CI856/CI857/CI858/CI80)
 Đơn vị kết nối CEX –Bus( BC810).
 Các đơn vị cung cấp các mưc năng lượng khác nhau (
SD8281/SD822/SD823/SS822/SS823)
 Nguồn dự phòng ( SB821)
Một khi có them phần mềm điều khiển ( Control Software) thì AC 902F
Controller sẽ hoạt động hoặc như một chu trình điều khiển đứng một mình hoặc như
một Controller thực hiện những nhiệm vụ điều khiển tại một mạng điều hành bao gồm
nhiều Controller nối với nhau, các trạm vận hành ( Operator Station) và các Server.
Các hệ thống vào/ra có thể được nối với AC 902F Controller, trực tiếp với ( S800I/O)
hoặc qua Profibus DP hoăc bus trường Foundation Fieldbus. AC 902F Controller thì
được cấp phát không có Control Software. Để tạo ra Controller và Control Software
thì trước hết cần thiết phải tải phần sụn ( Filmware) và tạo ra những ứng dụng đặc biệt
làm công cụ thiết kế Control Builder M. AC 902F Controller là sự tổ hợp nhiều phân
tử ( Unit) được gắn trên các thanh ray nằm ngang( DIN- rail).
Bộ điều khiển AC 902F được thiết kế để tạo ra những ứng dụng mạng lại hiệu
quả cao, bảo dưỡng thuận lợi cho những giải pháp ứng dụng từ các bộ điều khiển khả
trình cỡ nhỏ đến những ứng dụng điều khiển phân tán DCS, tôt hợp các điều khiển


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

Integrity System).

SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 19


2.Đặc tính kỹ thuật AC 902F Controller
a. Tính năng chính






















SPAM : 8MB
RAM : 16MB
Xung CLOCK : 800MHz
Số module I/O trực tiếp : 10
Công suất tiêu thụ: 24W
Nguồn cấp: 24V (DC-IN +24V)
Năng lượng tiêu tán tối đa: 18W
Dòng tiêu thụ ở 24V: 1A
Dòng và ở 24VDC: 1.5A
Nguồn nuôi Backup Data: Pin Lithium cho SPAM và đồng hồ thời gian
thực
Thời gian đệm ở +40 độ C: >2 năm (sau khi pin ở mức cảnh báo ở mức
thấp: 14 ngày)
Chỉ định ở chế độ pin yếu: có cảnh báo trước khi hết pin 2 tuần
Đồng hồ thời gian thực: có
Thực hiện chương trình đa nhiệm:
 Chu kỳ (cách đều): 5ms ( cấu hình chu kỳ thời gian)
 Chu kỳ (nhanh nhất): chế độ PLC mode
 Hướng sự kiện: xác định trước sự kiện
Truyền thông nối tiếp ( SER1 và SER2):
 Liên kết vật lý: cấu hình cho RS 232 hoặc RS 485 ( từ 600bps đến
38400bps)
 Kết nối: cắm vào cầu đấu ở “Teminal block”
 Sử dụng: Modbus RTU Telecontrol IEC 60870-5-101
Truyền thông mạng netwwork onboard: 4 cổng Ethernet
 Ethernet 1: sử dụng cho ControlNet (tùy chọn Modbus TCP và
Telecontrol IEC 60970-5-104)
 Ethernet 2: sử dụng cho liên kết dự phòng
 Ethernet 3&4: sử dụng cho Modbus TCP và Telecotrol IEC 60870-5104 hoặc dự phòng ControlNet

Trọng lương: 1.07kg
Kích thước:
 Rộng: 227mm
 Cao: 152mm
 Dày: 95mm


SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 21


b.Sơ đồ kết nối I/O qua mạng profibus.
Các tủ phân tán RPC (Remote Periphery Center) chứa các module phân tán
S800-I/O, tủ điều khiển động cơ trung tâm MCC (Motor Control Center) chứa các
bộ biến tần, các tủ máy cắt… được lắp đặt tại các phòng điện của khu vực sản xuất.Số
I/O phù hợp từng cụm thiết bị, ngoài ra còn có 20% dự phòng. Tất cả đều đưa về các
CPU AC 902F thông qua tuyến cáp quang theo chuẩn Profibus DP.Ở đây có nhiều
phương pháp kết nối hệ thống I/O đến bộ điều khiển AC 902F:
 Digital I/O module: module đầu vào ra dạng số.
 Analog I/O module: module đầu vào ra dạng tương tự
 Digital/Analog I/O module: module đầu và ra dạng số và tương tự
 I/O terminal unit: khối cầu đấu vào ra
 I/O Accessories: đồ gá đầu vào ra
Hệ thống đầu vào ra của PLC AC 902F có thể liên kết tối đa với 1500 I/Os ( thiết
bị vào ra)
 PROFIBUS

SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 22


















Giao thức truyền: PROFIBUS DP master, DP-V0/V1
Tốc độ truyền: 9,6 kBit/s đến 12Mbit/s
Chuẩn truyền: EIA RS 485, EN S01, potential free
Kết nối cấp trường: 2xD-SUB, 9 pole, female
Số lượng Slaves: lên đến 125
CPU kết nối: PM 902F, PM 901F
Trao đổi dữ liệu: 64kB module, dual-port-memory
Profibus dự phòng: có
Hỗ trợ PLC dự phòng: có
Hotplug: có
Dòng tiêu thụ: 80 mA

Năng lượng tiêu tán: 1,8W
Trạng thái hiện thị: PWR, STA, RUN, line A, line B
Chuẩn bảo vệ: IP20
Trọng lượng: 115g

SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 24


Sơ đồ hệ thống DCS dự phòng sự cố
 Giao thức CAN
 Giao thức truyền: ABB CAN Bus protocol
 Tốc độ truyền: Max 1Mbit/s
 Cài đặt theo module I/O: 100kBit/s hoặc 500kBit/s phụ thuộc vào độ dài
của bus
 Kết nối cấp trường: D-SUB, 9-pole, female
 CAN: theo chuẩn ISO/DIN 11898, CAN 2.0
 Cách điện: kênh CAN với hệ thống
 Số lượng I/O racks: max 5
 Cổng RAM kép: 256kB
 Kênh: CAN 1, CAN 2, CAN 3
 Nguồn cấp: cấp điện từ bus nội bộ
 Dòng tiêu thụ: 90mA
 Năng lượng tiêu tán: 1.9W
 Số lượng CI 910F trên 1 CPU: max 1
 CPU kết nối: PM 902F hoặc PM 901F
SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 24







LEDs: 5 led báo trạng thái
Hỗ trợ PLC dự phòng: có
Hotplug: có
Trạng thái hiển thị: PWR, STA, L0, L1, L2
Chuẩn bảo vệ: IP20

c. Phần mềm điều khiển Control Software
Phần mềm sử dụng trong AC 800M Controller có tên là Control Software.Tên này
không được dùng để thay thế cho một bộ phần mềm ứng dụng đặc biệt làmột tên
chung cho phạm vi của những chức năng được dùng trong bộ điều khiển.Các chức
năng này thì được cung cấp bởi:
 Những chức năng phần cứng (sự giám sát, các Bus truyền thông, I/O Bus).
 Những chức năng phần sụn (Firmware Function) được tải vào Controller (hệ
thống chấp hành thời gian thực, đồng hồ thời gian thực, truyền thông dự
phòng).
 Các chương trình ứng dụng được tải vào trong bộ điều khiển (thư việnchức
năng, nghi thức giao tiếp truyền thông).Để tạo ra một ứng dụng, thì nó cần
thiết phải sử công cụ Control Builder M.Công cụ này có nhiều chức năng hữu
ích thêm vào trong cấu hình hệ thống.

PHẦN IV. KẾT LUẬN
Trong thời gian làm bài tập lớn em đã biết thêm được nhiều kiến thức về Hệ

thống điều khiển tự động hóa trong nhà máy xi măng mà cụ thể ở đây là nhà máy xi
măng Long Sơn. Biết nhiều hơn về nhà máy về dây chuyền công nghệ và đặc biệt là
hệ điều khiển phân tán DCS AC 902F Controller một trong những hệ thống điều
khiển hiện đại nhất hiện nay.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên sẽ không
tránh khỏi những điều thiếu sót, nhầm lẫn khác, kính mong quý thầy cô và các bạn
đóng góp ý kiến để nhóm có thể hoàn thiện đồ án này tốt hơn.

SVTH : Nguyễn Tiến Quang

Page 24