Bài giảng Tự động hóa quá trình công nghệ - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.85 MB, 191 trang )
Bộ lao động thương binh và xà hội
Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định
Th.s nguyễn đức hỗ - Th.s nguyễn tiến hưng
tập bài giảng
T NG HểA QU TRèNH CễNG NGH
Nam định 2011
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng của cơng nghệ tự động và tự
động hóa vào trong sản xuất là nhu cầu bắt buộc tối thiểu. Tự động hóa q trình
cơng nghệ đã thực sự mang lại hiệu quả to lớn cho nền kinh tế thế giới nói
chung và Việt Nam nói riêng. Việc giảng dạy mơn học Tự động hóa q trình
cơng nghệ mới được đưa vào các trường, tuy nhiên nội dung còn sơ sài và cịn
gói trong phạm vi cho chun ngành hẹp. Hiện tại trong nước gần như chưa có
giáo trình hay bài giảng nào viết về Tự động hóa q trình cơng nghệ phục vụ
học tập và nghiên cứu cho chuyên ngành Điện, Điện tử. Qua nhiều năm nghiên
cứu giảng dạy, tham khảo các tài liệu liên quan đến tự động hóa và tham gia sản
xuất sửa chữa các q trình cơng nghệ tại các nhà máy chúng tôi biên soạn bài
giảng “Tự động hóa q trình cơng nghệ” nhằm mục đích phục vụ cho học tập
và nghiên cứu của học sinh – sinh viên khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Nam Định.
Bài giảng được biên soạn dựa theo nội dung chương trình giảng dạy mơn
học: “Tự động hóa q trình cơng nghệ” dành cho sinh viên đại học ngành
công nghệ kỹ thuật điện, công nghệ tự động. Nội dung của tập bài giảng gồm hai
chương như sau:
Chương 1: Cơ sở của tự động hóa q trình cơng nghệ
Chương 2: Tự động hóa một số q trình cơng nghệ
Bài giảng được trình bày rõ dàng ngắn gọn dễ hiểu. Nội dung từng phần
thể hiện rõ sự gắn liền lý thuyết với thực tế sản xuất hiện đại ngày nay. Cuối mỗi
chương đều có các câu hỏi và bài tập kèm theo để sinh viên dễ dàng củng cố
được nội dung kiến thức và có khả năng áp dụng trực tiếp vào q trình sản
xuất.
Để có được tập bài giảng “Tự động hóa q trình cơng nghệ” này
chúng tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của nhà máy Xi măng Duyên Hà, Xi măng Bút
Sơn, Công ty Bia Hương Sen Thái Bình cùng nhiều các nhà máy trong khu vực.
Chúng tôi xin cảm ơn sự quan tâm tạo điều kiện của Ban Giám hiệu, hội đồng
khoa học các cấp, các phòng ban chức năng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
Nam Định.
Bài giảng được biên soạn lần đầu chắc hẳn không tránh khỏi những khiếm
khuyết chúng tôi mong nhận được các ý kiến góp ý của các bạn đồng nghiệp và các
em sinh viên. Mọi ý kiến góp ý xin gửi về bộ môn Kỹ thuật điều khiển - Khoa Điện Điện tử - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.
Nam định, tháng 10 năm 2011
Các tác giả
1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 1
Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH CƠNG NGHỆ ..... 4
1.1. Vai trị chức năng của tự động hóa q trình cơng nghệ................................... 4
1.1.1. Vai trị của tự động hố q trình cơng nghệ.......................................... 4
1.1.2. Chức năng của hệ thống TĐH QTCN .................................................... 5
1.2. Một số khái niệm trong hệ thống ĐK TĐH QTCN .......................................... 7
1.3. Cấu trúc hệ tự động hóa q trình cơng nghệ ................................................... 9
1.3.1. Cấu trúc hệ thống lớn – hệ con ............................................................. 9
1.3.2. Cấu trúc phân cấp .............................................................................. 23
1.4. Các kiểu ghép máy tính với q trình cơng nghệ ............................................ 25
1.4.1. Máy tính ở chế độ cố vấn cho quá trình điều khiển. ............................ 25
1.4.2. Máy tính điều khiển như một đơn vị điều khiển trung tâm (điều ........... 26
1.4.3. Máy tính thực hiện chức năng điều khiển trực tiếp ............................... 28
1.5. Thiết bị kỹ thuật của hệ thống TĐH QTCN .................................................... 30
1.5.1.Các loại thiết bị trong hệ TĐH QTCN .................................................. 30
1.5.2. Các ký hiệu trên sơ đồ chức năng của hệ thống tự động ....................... 33
1.6. Nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống thiết bị điều khiển tự động .......... 43
1.6.1. Nguồn cung cấp khí nén ..................................................................... 43
1.6.2. Nguồn cung cấp điện .......................................................................... 45
1.7. Cơ sở thiết kế hệ thống tự động hóa – QTCN. ................................................ 46
Câu hỏi chương 1. .................................................................................................. 49
Chương 2. TỰ ĐỘNG HĨA MỘT SỐ Q TRÌNH CƠNG NGHỆ ................................ 50
2.1. Tự động hóa q trình xử lý nước sạch (nước nấu bia) .................................. 50
2.1.1. Đặc điểm công nghệ và thiết bị ........................................................... 50
2.1.2. Hệ thống điều khiển quá trình xử lý nước ............................................ 54
2.2. Tự động hóa q trình sản xuất bia ................................................................. 70
2.2.1. Đặc điểm công nghệ và thiết bị ........................................................... 72
2.2.2. Tự động hóa một số cơng đoạn sản xuất bia ........................................ 92
2.3. Tự động hóa quá trình sản xuất xi măng ....................................................... 111
2.3.1. Giới thiệu cơng nghệ sản xuất xi măng .............................................. 111
2
2.3.2. Tự động hoá trong sản xuất xi măng ................................................ 123
2.3.3. Một số sự cố thường gặp .................................................................. 136
2.3.4. Hệ thống điều khiển nhà máy. .......................................................... 140
2.4. Tự động hóa hệ thống xử lý nước thải ..........................................................151
2.4.1. Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải ............................................. 151
2.4.2. Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt................................................... 160
2.4.3. Tự động hóa xử lý nước thải nhà máy bia ......................................... 166
Câu hỏi chương 2 ............................................................................................................. 188
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................190
3
Chương 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TỰ ĐỘNG HĨA
Q TRÌNH CƠNG NGHỆ
1.1. Vai trị chức năng của tự động hóa q trình cơng nghệ.
1.1.1. Vai trị của tự động hố q trình cơng nghệ.
Xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay là ứng dụng kỹ thuật
điện tử, kỹ thuật tin học, cơ khí chính xác để thực hiện tự động hoá. Tự động
hoá được áp dụng cho từng máy, tổ hợp máy đến cả dây chuyền công nghệ, cả
nhà máy và tiến tới tự động hoá của một ngành sản xuất.
Trong quá trình phát triển của tự động hố (TĐH), lượng thơng tin trao đổi
giữa người với máy, giữa máy với máy không ngừng tăng lên. Ngày nay để sản
xuất một sản phẩm có chất lượng tốt người ta phải khống chế điều chỉnh hàng
chục, hàng trăm thông số hay các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác nhau. Để điều
khiển một phân xưởng một xí nghiệp hoạt động nhịp nhàng, người điều khiển
quản lý hàng ngày hàng giờ, phải thu nhận và xử lý một lượng thông tin rất lớn
về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu thị trường vv… Để điều khiển một quá trình sản
xuất, để ra được các quyết định chính xác, kịp thời, thông thường người ta phải
xử lý qua nhiều cấp với rất nhiều thông tin khác nhau. Nếu việc xử lý các thơng
tin đó khơng chính xác khơng kịp thời sẽ dẫn đến quyết định sai lầm gây tổn hại
lớn cho sản xuất.
Để thu nhập, gia công, xử lý, truyền tải và lưu trữ thông tin thông thường
chúng ta phải sử dụng một bộ máy rất đông người để ghi chép thống kê, báo cáo
rất phức tạp nặng nề và chậm chạp. Từ khi máy tính ra đời tình hình nói trên đã
thay đổi cơ bản. Máy tính được dùng như một thiết bị vạn năng được đặt trực
tiếp trong dây chuyền công nghệ để điều khiển các thông số kỹ thuật. Hơn thế
nữa máy tính cịn được dùng trong hệ thống giám sát, quản lý q trình cơng
nghệ, q trình sản xuất để thu nhập và xử lý một khối lượng lớn thông tin - kỹ
thuật nhằm trợ giúp con người điều khiển tối ưu quá trình sản xuất. Như vậy nhờ
máy tính người ta đã xây dựng được các hệ thống điều khiển (quản lý) tự động
hố q trình cơng nghệ (sản xuất).
Nếu như cơ khí hố giảm nhẹ sức lao động chân tay của con người thì TĐH
khơng ngừng giảm nhẹ sức lao động chân tay mà cả lao động trí óc của con người.
Điều này làm cho TĐH trở thành đặc trưng của nền công nghiệp hiện đại.
4
Các hệ thống điều khiển tự động hóa qúa trình công nghệ (ĐK TĐH
QTCN) đã đưa lại hiệu quả kinh tế xã hội rõ rệt như: nâng cao chất lượng sản
phẩm tăng năng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm, sử dụng hợp lý nguyên
liệu và năng lượng, giảm số người trực tiếp sản xuất vv…
Các hệ thống ĐK TĐH QTCN với kích thước ngày càng gọn nhẹ và vận
hành thuận tiện, nó đã áp dụng vào hầu hết các lĩnh vực kinh tế quốc dân.
1.1.2. Chức năng của hệ thống TĐH QTCN
Tuỳ thuộc vào q trình cơng nghệ, các hệ thống TĐH - QTCN ngày nay
ngày một hoàn thiện với 4 chức năng chủ yếu sau đây:
- Chức năng thông tin
- Chức năng trao đổi trực tiếp
- Chức năng điều khiển
- Chức năng bổ trợ
1) Chức năng thông tin
Hệ thống tự động hố q trình cơng nghệ phải đảm bảo được vấn đề
thơng tin cho tồn hệ. Nội dung thông tin cần phải giải quyết bao gồm:
- Chọn, soạn thảo và thu nhận thơng tin. Ví dụ: đo lường các thơng số của
q trình, các tín hiệu về trạng thái của hệ thống…;
- Kiểm tra, ghi lại các thơng số của q trình, trạng thái kỹ thuật của các
thiết bị so với ban đầu, yêu cầu tín hiệu hố các giá trị vượt giới hạn...;
- Phân tích được hoạt động của hệ thống, ghi nhận trạng thái khi khơng an
tồn...;
- Ghi lại q trình cơng nghệ theo các thơng số cơng nghệ u cầu. Ví dụ:
đồ thị, ảnh….
*) Chức năng trao đổi trực tiếp:
Các hệ thống con dùng trao đổi trực tiếp có nhiệm vụ xử lý logic các thông
tin về hệ thống, lấy ra thông tin quan trọng nhất về trạng thái hệ thống. Dựa vào
đó có thể xử lý hệ thống trong trạng thái sự cố và điều khiển hoạt động bình
thường cho hệ. Các nhiệm vụ cơ bản có thể có:
- Trao đổi điều kiện của công nghệ, trạng thái của thiết bị công nghệ;
- Kiểm tra các thông tin, cho kết quả;
5
- Thơng báo trước về tình trạng sự cố, khả năng giảm chất lượng sản
phẩm.
2) Chức năng điều khiển
Chức năng này nhằm đưa công nghệ đang thực hiện đạt được các mục tiêu
hiệu quả nhất. Các hệ con chức năng điều khiển phải đảm bảo:
- Điều chỉnh, bảo vệ, điều khiển logic…(theo yêu cầu công nghệ ) các
thông số của hệ:
- Ổn định các thông số của công nghệ;
- Đảm bảo chống nhiễu lên hệ thống;
- Dừng hoặc khởi động liên động khi thay đổi ca sản xuất;
- Điều khiển các hoạt động bổ trợ, năng lượng…;
- Kiểm tra hoạt động của các luật điều khiển;
- Chọn chế độ tối ưu cho hoạt động của máy;
- Cùng với người vận hành, phải đảm bảo điều khiển hệ trong các chế độ
của hệ thống;
- Đảm bảo kế hoạch tối ưu cho q trình sản xuất.
3) Chức năng bổ trợ
Ngồi các chức năng nói trên hệ TĐH QTCN cịn phải đáp ứng một số u
cầu khác có liên quan đến mơi trường và sức khỏe con người trong và ngồi mơi
trường làm việc. Ví dụ như:
- Bảo vệ sức khoẻ của con người (người vận hành, quanh khu vực..)
- Bảo vệ chống cháy;
- Bảo vệ an toàn, kỹ luật lao động;
- Bảo vệ chống sự cố lên người vận hành, môi trường.
- Bảo vệ các vấn đề về mơi trường như khí thải, nước thải....
Mức độ của các chức năng trên phụ thuộc vào sự phát triển của kỹ thuật
và mức độ đầu tư tự động hoá, yêu cầu chất lượng sản phẩm.
6
1.2. Một số khái niệm trong hệ thống ĐK TĐH QTCN
Cấu trúc phân cấp điều khiển
Hệ thống điều khiển tùy theo u cầu cơng nghệ có thể được mơ tả theo
hình tháp và phân ra làm 4 cấp điều khiển như ở hình 1. 1. Cấu trúc như vậy
được gọi là cấu trúc phân cấp điều khiển.
Management’ system
Supervision
Hệ ĐK TĐH QTSX
Process control
Hệ ĐKTĐ-GS
Local control
điều khiển cục
bộ
Individual control
Cơ cấu chấp hành
Supervisory control
Central computer
Cấp 3
Computers
Terminals
Cấp 2
Controllers
PID, PLC
Cấp 1
Sensors
Measurement
actuators
Cấp 0
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc phân cấp điều khiển
Cấp 0 là cấp trường (Field) là cấp tiếp xúc giữa hệ điều khiển và QTCN. Ở đây
có các cảm biến (sensor), các thiết bị dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN. Ở
cấp này cịn có các cơ cấu chấp hành (Actuator) như rơle, động cơ, van vv…
Dùng để nhận thông tin điều khiển và chấp hành các lệnh điều khiển.
Cấp 1 là cấp điều khiển cục bộ (local control)
Ở đây thực hiện việc điều khiển từng máy, từng bộ phận của QTCN. Các hệ
thống ĐKTĐ nhận thông tin của QTCN ở cấp 0 và thực hiện các thao tác
7
(operation) tự động theo chương trình của con người đã cài đặt sẵn. Một số
thông tin về QTCN và kết quả của việc điều khiển sẽ được chuyển lên cấp 2. Ở
cấp này thường đặt các bộ điều khiển PC, các Controllers, hiện nay phổ biến
dùng các bộ điều khiển logic khả trình (PLC). PLC được xây dựng trên cơ sở
thiết bị vi xử lý (microprocessor) và các cổng vào ra (I/O) tương tự (analog) và
số (digital) nên rất thuận tiện trong việc trao đổi thông tin với QTCN và máy
tính. Nhờ có khả năng lập trình, PLC có tính mềm dẻo, có thể dùng cho các
cơng nghệ khác nhau do đó có thể coi PLC là thiết bị điều khiển vạn năng.
Cấp 2 là điều khiển TĐH QTCN. Ở cấp này có các máy tính (MT) hoặc
mạng máy tính. MT thu nhận các thông tin về QTCN ( từ cấp 1 đưa lên) xử lý
các thơng tin đó và trao đổi thông tin với người điều khiển (NĐK). Thông qua
MT, NĐK có thể can thiệp vào QTCN, như vậy hệ thống điều khiển ở đây thuộc
hệ người - máy.
Cấp 3 là cấp điều khiển tự động hố q trình sản xuất – ĐK TĐH QTSX.
Ở cấp 3 có các trung tâm máy tính (TTMT). Ở đây khơng những xử lý các thơng
tin về q trình sản xuất như tình hình cung ứng vật tư, ngun liệu, tài chính,
lực lượng lao động, tình hình cung cầu trên thị trường. vv… Trung tâm MT xử
lý một khối lượng thông tin lớn đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều
khiển lựa chọn. Người điều khiển có thể ra các lệnh để can thiệp sâu vào q
trình sản xuất thậm chí có thể thay đổi chỉ tiêu của sản xuất. Cũng như ĐKTĐ
(Ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐH QTCN là một hệ người – máy nhưng ở cấp cao
hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn.
Định nghĩa phân biệt hệ ĐKTĐ và các hệ ĐK TĐH QTCN hoặc QTSX.
- Hệ ĐKTĐ là hệ thực hiện các thao tác sử dụng chương trình định trước
(do con người đặt trước) khơng có sự can thiệp của con người. Con người chỉ
đóng vài trị khởi động hệ. Trong thực tế là các bộ điều chỉnh PID, PLC, các
mạch rơle – contactor làm việc ở cấp điều khiển 1 trong sơ đồ cấu trúc phân cấp
của hệ điều khiển trên hình 1.1. Con người chỉ có thể thay đổi lệnh của hệ
ĐKTĐ bằng cách cắt nó ra khỏi QTCN để thay đổi cấu trúc hoặc nạp lại chương
trình.
- Hệ ĐK TĐH là một hệ tự động hố q trình xử lý thơng tin trong q
trình cơng nghệ hoặc q trình sản xuất. Trong hệ này con người là một phần
quan trọng của hệ. Thường xuyên có sự trao đổi thơng tin giữa người và máy.
Hệ ĐK TĐH thuộc hệ người - máy. Con người làm việc ở những khâu quan
trọng nhất hoạch định mục tiêu hoạt động của hệ và ra các quyết định quan trọng
đảm bảo đúng mục tiêu đã định. Trong thực tế đó là các hệ ĐK TĐH QTCN và
ĐK TĐH QTSX làm việc ở cấp điều khiển 2 và 3 trong sơ đồ cấu trúc phân cấp
của hệ điều khiển trên hình 1. 1.
8
Thực chất của vấn đề điều khiển là quá trình thu thập, lựa chọn, xử lý, lựa
chọn hàm truyền đạt thông tin điều khiển. Trước đây việc xử lý thông tin do con
người đảm nhiệm, ngày nay việc xử lý thông tin do các hệ ĐK TĐH QTCN và
QTSX đảm nhiệm.
1.3. Cấu trúc hệ tự động hóa q trình cơng nghệ
1.3.1. Cấu trúc hệ thống lớn – hệ con
1) Sơ đồ cấu trúc hệ thống
Cấu trúc hệ thống lớn – hệ con thuộc loại hệ thống lớn có cấu trúc phức
tạp. Hệ thường được phân cấp thành các hệ con và tổ chức kiểu phân cấp. Các
thông tin trước tiên được xử lý ở cấp dưới sau đó được truyền về cấp cao hơn. Ở
cấp trên người điều khiển nhận các thông tin đã qua xử lý ở cấp dưới và các
thông tin bổ sung để đưa ra các quyết định điều khiển. Hệ ĐK TĐH QTCN có
thể được phân thành các hệ con chức năng và các hệ con đảm bảo như hình 1.2.
Kế hoạch sản xuất
Các
hệ
con
chức
năng
Thiết bị vật tư
Tài chính
...............
Đảm bảo thơng tin
Đảm bảo tốn học
Đảm bảo kỹ thuật
Các hệ con đảm bảo
Hình 1.2.Cấu trúc hệ con của hệ TĐH QTCN
Hệ con chức năng là một đơn vị giải quyết một nhiệm vụ cụ thể nhất định
và nó là một bộ phận của hệ TĐH QTCN. Số lượng và nhiệm vụ của các hệ con
chức năng phụ thuộc vào QTCN. Đối với một nhà máy, công ty sản xuất thì các
hệ con chức năng có thể phân ra như trên hình 1.2 bao gồm các phịng (ban) kế
hoạch sản xuất, thiết bị vật tư, phịng tài chính, phịng kỹ thuật, phịng cơng
nghệ..... Nếu QTCN là một cơ sở đào tạo thì các hệ con chức năng có thể là:
phịng đào tạo, phịng cơng tác học sinh sinh viên, phịng kế tốn tài vụ, phịng
9
tổ chức cán bộ..... Các hệ con chức năng có thể gộp vào hay tách ra (tức là nó có
thể tồn tại hoặc không) tùy thuộc vào yêu cầu hoạt động của đơn vị sản xuất.
Đối với hệ thống TĐH – QTCN thì ta khơng đi xem xét về các hệ con chức năng
mà chỉ tập trung vào các hệ con đảm bảo. Khác với các hệ con chức năng phụ
thuộc vào QTCN cụ thể, các hệ con đảm bảo là các hệ con cơ bản mà bất cứ hệ
ĐK TDH QTCN nào cũng phải có để đảm bảo cho hệ thống hoạt động bình
thường. Có ba hệ con đảm bảo đó là: Đảm bảo thơng tin, đảm bảo tốn học và
đảm bảo kỹ thuật. Đảm bảo thông tin và đảm bảo tốn học được xem như phần
mềm cịn đảm bảo kỹ thuật được xem như phần cứng của hệ thống. Trong phạm
vi bài giảng này ta xem xét lần lượt từng đảm bảo này.
2) Các hệ con đảm bảo
a) Đảm bảo thơng tin
*) Sơ đồ cấu trúc q trình xử lý thông tin trong hệ ĐK TĐH QTCN
Thực chất của hệ ĐK TĐH QTCN là hệ tự động hóa quá trình xử lý trong
hệ điều khiển. Quá trình xử lý tin được trình bày như hình 1.3
Hiệu
lực
pháp lí
của các
dữ liệu
ban đầu
Quá trình sản xuất
Dự kiến về kế
hoạch sản
xuất
Hiệu lực pháp lí của
q trình tính tốn
Yếu
tố tác
động
Cơ cấu
so sánh
Trạng thái
sản xuất
Kết quả
tính tốn
Xử lý dữ liệu
bằng máy tính
Tính tốn lại với dữ liệu mới
Hình 1.3.Quá trình xử lý tin trong hệ TĐH-QTCN
Trong qúa trình đưa ra quyết định sản xuất, các dữ liệu về q trình sản xuất
được máy tính xử lý và đưa ra kết quả tính tốn đó là lời giải của các bài toán
điều khiển. Khi được con người chấp nhận, các kết quả tính tốn đó sẽ được gắn
hiệu lực pháp lý. Kết quả tính tốn này cùng với dữ liệu ban đầu (đã được con
10
người đưa vào - có hiệu lực pháp lý) để lập ra kế hoạch sản xuất. Quyết định
điều khiển sẽ tác động và quá trình sản xuất.
Nhìn trên hình H1.6 chúng ta thấy trong hệ ĐK TĐH QTCN thông tin dưới
dạng dữ liệu được trao đổi giữa nhiều bộ phận và thường xuyên có sự trao đổi
giữa người và máy và ngược lại. Vì vậy hệ con đảm bảo thơng tin phải đảm bảo
cho q trình trao đổi thơng tin đó được nhất quán thuận tiện.
*)Cấu tạo của đảm bảo thông tin
Trong hệ ĐK TĐH QTCN con người căn cứ vào thông tin thu nhận được
(đã qua máy xử lý) để quyết định các giải pháp điều khiển. Như vậy, độ chính
xác của các q trình phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác của thơng tin. Có
nghĩa là các thơng tin có phản ánh đúng các thơng số trạng thái của các đối
tượng bị điều khiển hay không.
Hiểu theo nghĩa rộng đảm bảo thông tin là phản ánh quá trình sản xuất là
hệ thống các mơ hình thơng tin để mơ tả một cách hình thức mơ hình sản xuất
nói trên.
Hiểu theo nghĩa hẹp đảm bảo thơng tin bao gồm các phần sau đây.
Hệ thống phân loại, đánh dấu, đặt tên các phần tử, các đối tượng bị điều
khiển;
Hệ thống các định mức các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật;
Tổ chức lưu trữ, xử lý, hiệu chỉnh thông tin.
Như vậy đảm bảo thông tin là bước đầu tiên trong q trình xử lý thơng
tin trong hệ ĐK TĐH QTCN.
*)Mơ hình thơng tin.
Mơ hình thơng tin là q trình mơ tả hình thức q trình tổ chức và xử lý
thông tin. Ở mức độ đơn giản nhất mơ hình quản lý thơng tin là các bảng thống
kê, các bản ghi chép chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các định mức vật tư, lao đơng…
Mơ hình thơng tin ma trận là một ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật và các quan hệ giữa chúng. Dạng mơ hình này được sử dụng rộng rãi trong
cơng nghiệp. u cầu đối với mơ hình thơng tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho
sử dụng, có tính thống nhất và chuẩn hóa để có thể dùng cho các phương tiện
tính tốn khác nhau.
* )Đánh dấu, phân loại, đặt tên các thiết bị được điều khiển.
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của đảm bảo thông tin là xây dựng
một hệ thống nhất cách đánh dấu, phân loại, đặt tên các phần tử, thiết bị máy
móc, cùng sản phẩm quan hệ giữa chúng. Hệ thống đánh dấu phân loại này phải
thuận tiện cho việc dùng máy tính để xử lý thông tin - tức là các thông tin phải
11
được mã hoá. Việc đánh dấu, phân loại, đặt tên phải phù hợp với các tiêu chuẩn
quốc gia và quốc tế như: tiêu chuẩn Việt Nam, IEC, ISO 9000.
*) Hệ thống các định mức - các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Sản xuất bất kỳ sản phẩm nào cũng phải qua nhiều nguyên công, công
đoạn, ứng với mỗi nguyên cơng tiêu phí một lượng ngun liệu, nhiên liệu, nhân
cơng nhất định. Vì vậy, những định mức kinh tế - kỹ thuật phải xây dựng đầy đủ
chi tiết cho từng bộ phận, từng máy đến cả dây chuyền công nghệ.
*) Xây dựng ngân hàng dữ liệu.
Ngân hàng dữ liệu của hệ ĐK - TĐH - QTCN là nơi tập trung (trong máy
tính) tồn bộ dữ liệu dùng trong hệ. Vì vậy cần phải tổ chức sao cho lưu trữ, sử
dụng và cập nhật thông tin được thuận tiện khoa học. Về lưu trữ dữ liệu cần giải
quyết các vấn đề sau đây:
- Tập trung hoá dữ liệu;
- Tối thiểu hoá độ dư của dữ liệu;
- Mô tả dữ liệu bằng ngơn ngữ chung khơng phụ thuộc vào ngơn ngữ lập
trình;
- Sử dụng mơ tả dữ liệu có cấu trúc.
Về sử dụng dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây:
- Có khả năng lấy ra bất kỳ một nhóm dữ liệu nào khơng phục thuộc vào
nơi có dữ liệu đó;
- Có khả năng đổi mới, cập nhật các dữ liệu;
- Sử dụng các phương pháp tìm kiếm dữ liệu tối ưu;
- Có khả năng bảo vệ chính xác, ngun vẹn và bí mật của dữ liệu.
Chú ý rằng”dữ liệu’’ở đây hiểu theo nghĩa rộng nó có thể là các số liệu nhưng
có thể là chương trình tính tốn, bản thiết kế hoặc quy trình cơng nghệ ….
Một trong những vấn đề quan trọng của việc xây dựng ngân hàng dữ liệu
là tồn bộ thơng tin vào ra . Hiện nay phương pháp đưa thơng tin vào cịn chậm
so với tốc độ xử lý máy tính và chưa thuận tiện cho việc trao đổi trực tiếp giữa
người với máy. Việc đưa thơng tin ra màn hình, máy in,…có nhiều tiến bộ nên
việc lấy thơng tin ra màn hình càng dể dàng hơn.
*) Ví dụ về dịng thơng tin chính trong sản xuất – phân xưởng – nhà máy.
Xây dựng việc mơ tả dịng thơng tin sẽ đảm bảo giải quyết được nhiệm vụ
thiết kế toàn hệ. Trên cơ sở sơ đồ ta xác định được số liệu:
- Tập hợp các số liệu cần thiết cho điều khiển QTCN
- Có thể lập tần suất truyền các số liệu riêng rẽ.
- Lập được luật xử lý thông tin và quyết định
12
- Tối ưu hố dịng thơng tin trong tồn hệ.
- Xác định thông tin vào ra.
- Xác định được thông tin quan trọng nhất trên quan điểm điều khiển
QTCN.
Trưởng ca sản xuất
Điều phối
Phụ trách cơng nghệ
Nhân viên vận hành
Tính giá
Kiểm tra
trạng thái
Điều khiển
tối ưu
Chọn và gia công và sơ bộ thơng tin
Bộ điều chỉnh
Cơ cấu chấp
hành
Bộ biến đổi
Phịng thí
nghiệm
Ngun liệu và
bán thành phẩm
QTCN
Các q trình
bổ trợ
Hình 1.4. Dịng thơng tin trong một QTCN
-Trong sơ đồ đường kết nối mang mũi tên chỉ các dong thông tin cần truyền dẫn
trong quá trình sản xuất.
13
b) Đảm bảo toán học
*) Cấu trúc của đảm bảo toán học.
Đảm bảo toán học của hệ TĐH QTCN là xác định phương pháp thực hiện
điều khiển QTCN theo các tiêu chuẩn xác định và thực hiện hóa chuwowg trình
của chúng. Đame bảo tốn học có thể chia ra gồm những thành phần sau:
- Các mơ hình tốn (cịn gọi là đảm bảo mơ hình) dùng để mơ hình hố các
đối tượng bị điều khiển, các q trình cơng nghệ để giải bài toán điều khiển.
- Các thuật toán – Algoritm (cịn gọi là đảm bảo thuật tốn) là phương pháp
giải bài toán điều khiển. Các thuật toán thường phụ thuộc vào mơ hình tốn đã
chọn. Chọn thuật tốn đúng sẽ ảnh hưởng đến tốc độ tính tốn và độ chính xác
lời giải.
- Các chương trình (cịn gọi là đảm bảo chương trình ) dùng để xử lý tính
tốn các dữ liệu ứng với mơ hình thuật tốn đã chọn. Như vậy mơ hình thuật
tốn dùng để xây dựng hệ thống, cịn chương trình tính tốn được dùng để vận
hành hệ thống. Ngày nay, có nhiều ngơn ngữ dùng để lập trình, việc chọn ngơn
ngữ nào và kỹ thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tính và kết quả
tính.
*) Mơ hình tốn học.
Xây dựng mơ hình tốn học là một trong những giai đoạn quan trọng nhất
của việc xây dựng hệ thống điều khiển. Thông thường công việc này do các
chuyên gia am hiểu về q trình cơng nghệ và nắm vững tốn học đảm nhiệm.
Hiện nay người ta sử dụng nhiều mơ hình tốn học, thường dùng các loại
mơ hình sau:
- Mơ hình quy hoạch ( tuyến tính, khơng tuyến tính)
- Mơ hình mơ phỏng (mơ hình trạng thái, mơ hình phục vụ đám đơng ).
- Mơ hình trị chơi.
- Mơ hình quy hoạch thực nghiệm..
Sau đây chúng ta điểm qua một vài mô hình.
+ Mơ hình quy hoạch.
Dùng để giải bài tốn đánh giá chất lượng, giải bài tốn tối ưu. Loại mơ
hình này được xây dựng trên các dữ liệu biết trước như định mức, chỉ tiêu kinh
tế kỹ thuật …Trong thực tế rất nhiều thông số không thể xác định bằng một giá
trị cụ thể mà chỉ có thể sự xuất hiện của nó. Trong trường hợp này người ta phải
xây dựng mơ hình xác suất.
14
+ Mơ hình mơ phỏng.
Ngày nay nhờ có kỹ thuật máy tính phát triển người ta có thể thực hiện một
số lượng lớn các phép tính và lưu trữ nhiều dữ liệu, đồng thời người ta có thể
thực hiện phương pháp mơ phỏng cho các q trình phức tạp để kiểm nghiệm
chứng minh hệ thống.
Trong mô phỏng người ta mô phỏng dáng điệu của các yếu tố, bộ phận của
hệ thống cũng như mô tả các quan hệ giữa chúng và giữa hệ thống với môi
trường xung quanh. Thông thường trong hệ thống có nhiều yếu tố ngẫu nhiên tác
động, vì vậy mà mơ hình nghiên cứu sẽ là mơ hình nghiên cứu ngẫu nhiên.
Phương pháp mơ phỏng sẽ phát huy ưu việt của nó khi mơ phỏng các hệ
thống ngẫu nhiên.
Để làm ví dụ hãy ngiên cứu mơ hình phục vụ đám đông của hệ ĐK TĐH
QTCN. Như ta đã biết, hệ ĐK TĐH QTCN có các terminal các trung tâm tính
tốn các thiết bị này được coi là các điểm phục vụ (server). Các thông tin đi vào
hệ: từ đồng hồ đo, sensor, hoặc từ các terminal lên trung tâm tính tốn được gọi
là các khách hàng (customer) hoặc là các yêu cầu. Thời điểm khách hàng xuất
hiện, độ lớn của khách hàng mang tính ngẫu nhiên. dịng khách hàng là 1 dòng
ngẫu nhiên, nếu dòng này là 1 dịng tối giản thì khoảng cách giữa khách hàng sẽ
có phân bố mũ:
A(t) = 1 - e t
Trong đó : = 1/m cường độ dòng khách hàng, 1/giờ
m - số khách hàng trung bình trong 1 giờ
Do các khách hàng (thơng tin) mang tính ngẫu nhiên nên địi hỏi thời gian
phục vụ khách hàng T (thời gian xử lý thơng tin) cũng mang tính ngẫu nhiên.
Nếu dịng khách hàng tối giản thì dịng phục vụ cũng là tối giản.
Thơng thường cường độ dịng khách hàng lớn hơn khả năng phục vụ nên
khách hàng phải xếp hàng. Tuỳ thuộc u cầu cơng nghệ mà có các luật xếp
hàng và phục vụ khác nhau như:
- Đến trước phục vụ trước (FIFO - first in first out)
- Đến sau phục vu trước (LIFO - last in first out)
Như vậy trong trường hợp đơn giản nhất là hệ ĐK TĐH QTCN được mơ
phỏng bằng hai hệ con:
- Dịng khách hàng
- Dịng phục vụ
Phương pháp mô phỏng như sau: Mô phỏng hoạt động theo dõi thời gian của
hai dòng khách hàng và phục vụ nói trên, cho hai dịng đó “xếp chồng” lên nhau
15
ta được mơ hình của hệ. Mỗi một thay đổi của khách hàng hoặc của quá trình
phục vụ đều làm hệ thay đổi trạng thái.
Các bài tốn có thể giải bằng mô phỏng là:
- Xác định số điểm phục vụ để đảm bảo xử lý hết khách hàng lúc xác định
số lượng và dung lượng các terminal.
- Xác định số khách hàng có trong hàng đợi và thời gian chờ đợi dữ liệu
này sẽ để xác định số terminal và bộ nhớ lưu trữ số liệu.
- Xác định số khách hàng phải bỏ đi do thời gian chờ đợi quá một giá trị
cho trước, dữ liệu này dùng để xác định tổn thất thông tin trong hệ điều khiển.
- Xác định thời gian phục vụ, thời gian chờ đợi xếp hàng trung bình, dữ liệu
này dùng để đánh giá độ nhạy của hệ thống điều khiển.
+ Mơ hình trị chơi
Khi trong hệ có nhiều lực lượng tham gia có quyền lợi đối nghịch nhau thì
người ta dùng mơ hình trị chơi. ví dụ giải bài tốn tối ưu giữa đầu tư để đổi mới
công nghệ hạ giá thành sản phẩm và tăng lợi nhuận.
*) Thuật tốn (Algolithur, thuật giải)
Mơ hình toán học tuy rất quan trọng nhưng mới chỉ là cấu trúc hình thức của
việc xử lý thơng tin chứ chưa phải là q trình xử lý theo khơng gian và thời
gian. Giải quyết vấn đề này là nhiệm vụ của thuật tốn, có nghĩa là trên cơ sở
mơ hình toán học đã chọn phải xây dựng các thủ tục, các phương pháp giải để
cho kết quả chính xác thời gian tính tốn ngắn ít tốn bộ nhớ… thuật tốn là một
ngành chuyên sâu và có tác dụng rất lớn trong việc giải các bài toán điều khiển.
Bảo đảm algoritm có ý nghĩa quan trọng, xác định chất lượng của toàn hệ
thống - đây là phần quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống khi hiện thực việc
bảo đảm algoritm phải trên cơ sở
- Lý thuyết điều khiển tự động
- Điều khiển logic điều khiển hệ thao tác
- Phân tích thao tác và hệ thống các algoritm điều khiển sử dụng trong hệ
thống - TDH - QTCN có tính chất cơ bản sau:
1 - Ghép nối chặt chẽ giữa algoritm điều khiển với quá trình được điều khiển
2 - Giữ cho chương trình làm việc (tức luật điều khiển được hiện thực hoá,
được ghi trong bộ nhớ) theo thời gian thực.
3 - Tổng số việc giải quyết các thao tác logic trong algoritm thường cao hơn
thông số việc giải quyết các thao tác số học.
4 - Các algoritm điều khiển được chia theo cách hiện thực chức năng trong
các chế độ hoạt động khác nhau.
16
5 - Algoritm HT - TDH - QTCN yêu cầu sử dụng hệ thống thao tác theo thời
gian thực.
Algoritm đk HT - TDH - QTCN có thể được chia như sau:
1 - Algoritm để chọn và xử lý tin
2 - Algoritm điều khiển
3 - Algoritm điều khiển khi sự cố
4 - Algoritm để phân tích tình trạng hệ thống
5 - Algoritm để tiếp cận của con người thao tác với quy trình và hệ điều
khiển
6 - Algoritm để tín hiệu hố, điểu khiển và thơng báo diễn biến q trình cn
7 - Algoritm bổ trợ -Algoritm điều khiển quá trình cơng nghệ:
Việc điều khiển được đặc trưng bằng 1 nhóm các hoạt động mà trên cơ sở
đó sử lý thơng tin về đối tượng và về lân cận của nó để giữ cho hoạt động của
đối tượng được điều khiển trong 1 miền tối ưu nào đó.
- Trong mỗi hoạt động điều khiển cần thơng tin cơ bản:
+ Đặc tính thơng tin của q trình
+ Cố gắng nâng cao chất lượng khơng ngừng của q trình được đk
+ Tồn tại phản hồi
- Q trình cơng nghệ như một đối tượng điều khiển:
+ Điều khiển QTCN - có thể thực hiện ở mức điều khiển riêng rẽ từng
thao tác, từng phần hoặc cả quá trình.
+ Các phần riêng rẽ ghép với nhau tạo nên cấu trúc của QTCN
- Đặc tính cơ bản của đk - QTCN:
+ Điều khiển quá trình trong thời gian thực
+Khả năng có tính chất ngun lý là có phản hồi
- Q trình cn có thể chia làm 2 nhóm
+ QTCN trên cơ sở 1 số tổ hợp riêng rẽ mà chúng không ảnh hưởng lẫn
nhau trong chế độ động và tĩnh - tức các giá trị đại lượng được điều chỉnh thay
đổi theo các giá trị đặt vào trên quan hệ cách ly lẫn nhau
+ QTCN trên cơ sở 1 số tổ hợp riêng rẽ, nhưng các đại lượng trạng thái,
các đại lượng ra ảnh hưởng lẫn nhau trong chế độ động và tĩnh
Khi nói về ĐK - QTCN cần quan tâm đến điều khiển trong:
+ Chế độ động
+ Xác lập
+ Chế độ sự cố
17
+ Quá trình kiểm tra, quá trình làm mới hệ thống
+ Chất lượng q trình sản xuất
- Bài tốn chính điều khiển ở chế độ động và bảo đảm ổn định tổ hợp và từng hệ
trong chế độ vận hành - nhiễu.
- Bài tốn chính điều khiển chế độ xác lập bảo đảm tính hiệu quả cao nhất của
(Ksx) vận hành của QTCN.
- Bài tốn chính sự cố: Bảo đảm khả nặng vận hành hệ khi bị nhiễm, sự cố - bảo
đảm phục hồi hệ thống sau sự cố.
- Bài tốn chính khám loại trừ nhiễu nhanh nhất
- Bài tốn chính chất lượng trên cơ sở thơng tin về hệ thống trạng thái hệ thống
để bảo đảm điều khiển các phần riêng rẽ sao cho hệ thống giữa và nâng cao
được chất lượng yêu cầu như sản phẩm.
*) Mục đích điêù khiển QTCN
Mục đích-tính hiệu quả
Max của ĐK
Hàm F-ĐK-QTCN
Mục đích
cực tiểu năng lượng
Điều kiện thực hiện F
1-ĐK chế độ động
F1
2-ĐK chế độ XL
F2
3-ĐK chế độ sự cố
F3
4-ĐK chế độ chất lượng
F4
Hàm1
Tối ưu hố
chế độ động
ĐK thực hiện F1
1-Đk đóng QTCN
2-Đk mở QTCN
3-Đk tối ưu chế độ động
18
- Bài toán tối ưu dạng đơn giản: Giả sử hệ thống đk biểu diễn ở dạng không gian
trạng thái vectơr x - bậc n. Tiêu chuẩn đánh giá hệ là vectơr bậc k:
J t x J1 x , J 2 x ,...., J k x
Trong không gian R n cần xác định x sao cho có lời giải tối ưu cho vectơr
j(x) thoả mãn:
Ji x* Ji x khi i=1, 2,... , k
*) Điều khiển q trình q độ.
u cầu đầu tiên là khơng thể thiếu được là phải đảm bảo ổn định từng
thiết bị và hệ thống. Tiêu chuẩn chất lượng có thể chia làm 3 nhóm cơ bản:
- Các yêu cầu trực tiếp về diễn biễn của quá trình quá độ
- Các tiêu chuẩn tính phân của chất lượng điều khiển
- Các yêu cầu gián tiếp của quá trình quá độ.
y(t)
∆max
∆y
Yyc
t
Hình 1.5. Đặc tính quá độ đầu ra của hệ
Trực tiếp: Được đánh giá căn cứ theo các tiêu chuẩn điều chỉnh – Mạch kín
+ Thời gian điều chỉnh
+ Lượng quá điều chỉnh %
+ Yêu cầu để đặc tính quá độ đạt mong muốn
+ u cầu đặc tính q độ khơng có dao động
Gián tiếp:
Yêu cầu mức độ ổn định của mạch cần điều chỉnh, nó được đánh giá thơng qua
các nội dung sau.
- Đảm bảo biên độ, pha của mạch điều chỉnh.
- Yêu cầu phần bố cực không của mạch điều chỉnh.
- Tích phân:
19
+ Cực tiểu thời gian quá độ khi hệ thống chuyển từ điểm làm việc này sang
điểm khác.
T
J(u) =min dt =min [t - to];u v: véc tơ điều khiển u U
to
+ Cực tiểu sử dụng nhiên liệu (nếu u là nhiên liệu)
T
J(u) =min
Ci. u dt ; Ci>0; i= 1. 2………n
to
+ Cực tiểu về năng lượng điều khiển:
T
J(u) =min ( X TQX+ UTRU) dt
to
Q, R là các ma trận dương định nghĩa, đối xứng.
Hàm mô tả yêu cầu về chất lượng hệ thống ở quá trình quá độ
T
J(u) =min X TQXdt
Q là ma trận dương.
to
Điều khiển ở chế độ xác lập QTCN:
Các tiêu chuẩn hướng về:
- Bảo đảm chất lượng yêu cầu của các sản phẩm.
- Bảo đảm tính chất hiểu quả về xã hội trong sản xuất.
Ví dụ: Tiêu chuẩn MAX về lợi nhuận khi giữ 1 mức độ về số lượng và chất
lượng sản phẩm.
- Bảo đảm MIN về tiêu hao năng lượng vật liệu.
- Điều khiển hệ giao thông, thương mại…
Các luật điều khiển cơ bản:
Để thực hiện được các nhiệm vụ đặt ra trong tự động hóa q trình cần tạo
ra một tổ hợp thiết bị để giải quyết các vấn đề về điều khiển LOGIC và điều
chỉnh tự động.
- Điều khiển logic nhằm giải quyết bài toán liên động, bảo vệ trên cơ sở phân
tích logic hoạt động của công nghệ và các điều kiện liên quan. Xây dựng bằng
logic cứng hoặc logic mềm (chương trình hóa, PLC, …)
- Điều chỉnh tự động nhằm giải quyết bài toán tối ưu. Tuy nhiên vấn đề tối ưu
trong điều khiển quá trình là vấn đề phức tạp, nhất là hệ thống lớn, nhiều thông
số, … Các luật liên quan đang và sẽ áp dụng nhiều gồm:
+ Luật P, PI, PID kiểu liên tục hoặc số.
20
+ Luật tối ưu, gần tối ưu.
+ Luật thích nghi theo mơ hình mẫu – Luật điều khiển bền vững.
+ Luật thích nghi theo nguyên lý tự chỉnh – Luật đánh giá (nhận dạng) hệ thống.
+ Luật điều khiển mờ.
+ Mơ phỏng hệ thống…
Ngồi ra cịn có các luật điều khiển đặc biệt – riêng biệt theo tổ chức, Tùy
theo u cầu cơng nghệ và tính chất của cơng nghệ cũng như ưu thế của các luật
điều chỉnh mà người thiết kế có thể lựa chọn luật điều chỉnh thích hợp cho cơng
nghệ đó.
Việc chương trình hóa các luật điều khiển nêu trên là xu thế hiện nay, nhờ
vậy đã dần dần áp dụng được các luật điều khiển phức tạp vào các hệ thống thực
nhằm đưa đến tối ưu hóa được các q trình cơng nghệ phức tạp, các q trình
có nhiều thơng số biến thiên, nhiễu loạn.
*) Chương trình tính tốn
Chương trình tính tốn là một tập chương trình dùng để tính trên máy
tính. Chương trình này thể hiện mơ hình tốn học và thuật tốn đã chọn.Chương
trình tính tốn phụ thuộc vào ngơn nhữ lập trình và loại máy tính thơng thường
cần có các bộ chun sâu về lập trình đảm nhiệm việc này.
Các ngơn ngữ lập trình hiện nay thường gặp là PASCAL, C . Để giảm
nhẹ việc lập trình này người ta xây dựng các loại ngơn ngữ chun dùng. Ví dụ
để mơ phỏng GPSS, SIMSCRRIPT, SIM … Về thực chất các ngơn ngữ này là
tập hợp của nhiều chương trình con, người sử dụng chỉ cần khai báo những
thông số cần thiết, cịn thuật tốn biểu diễn kết quả dưới dạng bảng số, đồ hoạ
… do các chương trình con đảm nhận. Tuỳ thuộc đặc điểm công nghệ và yêu
cầu của bài toán đặt ra mà người điều khiển xây dựng những chương trình thích
hợp. Tập các chương trình tính tốn là phần mềm chính của hệ ĐKTD QTCN
c) Đảm bảo kỹ thuật
Đảm bảo kỹ thuật là toàn bộ thiết bị kỹ thuật của ĐK TĐH QTCN hay
còn gọi là phần cứng của hệ. Như vậy đảm bảo kỹ thuật chiếm vốn đầu tư và
công sức rất lớn trong việc xây dựng và vận hành hệ thống. Đảm bảo kỹ thuật
còn bao gồm các thiết bị kỹ thuật dùng để chọn lọc, truyền đạt, xử lý, cất giữ và
phản ánh thông tin trong hệ điều khiển
Đảm bảo kỹ thuật bao gồm:
-
Các terminal
21
-
Các hệ thống truyền tin
-
Các trung tâm tính tốn
*) Terminal
Termianal là thiết bị đầu cuối của hệ ĐK TĐH QTCN là nơi tiếp xúc giữa
hệ điều khiển với QTCN. Terminal làm nhiệm vụ thu nhận các thông tin về
QTCN sơ bộ xử lý chúng và truyền lên cấp trên, đồng thời nó cũng thu nhận các
thơng tin điều khiển. Con người có thể trao đổi thơng tin với các terminal qua
các thiết bị vào ra.
Ngày nay nhờ kỹ thuật vi tính phát triển, người ta có thể đặt tại terminal các
máy tính tốc độ xử lý tin nhanh, dung lượng bộ nhớ lớn, do đó ngay tại terminal
cũng có thể giải được các bài tốn điều khiển, do đó có thể giảm bớt lượng
thông tin phải truyền về trung tâm và có thể thực hiện được nguyên tắc điều
khiển phân tán.
Tuỳ theo công dụng mà terminal được chế tạo thành nhiều loại khác nhau,
ví dụ:
- Termianal để thu thập thơng tin về QTCN, thiết bị chính của termianal là
các bộ ghi số liệu:
- Terminal in
- Terminal có màn hình dùng để đưa thơng tin ra trên màn hình để người
vận hành quan sát
- Terminal xử lý thông tin từ xa
Ngày nay do kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý phát triển, các thiết bị tính tốn và
xủ lý tin được chế tạo gọn nhẹ, do đó người ra có xu hướng chế tạo các terminal
vạn năng.
*) Hệ thống truyền tin
Vấn đề quan trọng của hệ thống truyền tin là đảm bảo độ chính xác và tốc
độ truyền tin. Đối với những hệ điều khiển trong quá trình (online) thì việc
truyền tin, xử lý tin phải được thực hiện kịp với q trình biểu diễn cơng nghệ.
Những hệ truyền tin như vậy gọi là hệ làm việc trong thời gian thực. Ngày nay
người ta thường dùng tốc độ truyền tin từ 4800bit/s trở lên. Là một trong những
vấn đề quan trọng nhất của hệ truyền tin.
*) Hệ thống thiết bị tính tốn
Hệ thống thiết bị tính tốn bao gồm các bộ phận sau đây:
- Bộ xử lý trung tâm
22
- Thiết bị nhớ trong nhớ ngoài
- Thiết bị vào ra
- Kênh liên lạc
Thiết bị tính tốn là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ ĐK
TĐH QTCN. Ngày nay đã xuất hiện máy tính thế hệ cao, các máy tính gọn nhẹ,
tốc độ xử lý cao, bộ nhớ lớn, giao tiếp vào ra thuận tiện. Tất cả những điều đó đã
làm thay đổi một cách cơ bản bộ mặt của các hệ ĐK TĐH QTCN, tạo nên khả
năng ứng dụng rộng rãi các hệ ĐK TĐH QTCN vào nhiều lĩnh vực kinh tế - xã
hội khác nhau
1.3.2. Cấu trúc phân cấp
1) Cấu trúc phân cấp kiểu song song.
T
T
TG
T
Trung tâm
tính tốn
Trung tâm
Điều khiển
T
TG
T
T
TG
T
T
T
Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc phân cấp của hệ ĐK TDH QTCN
Cấp thấp nhất của hệ thống là các thiêt bị đầu cuối terminal (T). Terminal là
nơi tiếp xúc giữa hệ điều khiển với QTCN. Terminal thu nhận các thông tin từ
các sensor, các thiết bị đo lường, lưu trữ và bộ xử lí thơng tin đó rồi truyền lên
các trạm trung gian TG.
Trạm trung gian có các máy tính hoặc mạng máy tính. Ở trạm trung gian
thơng tin được xử lí tiếp để đưa ra các quyết định điều khiển để truyền xuống
terminal rồi tác động đến QTCN.
23
Thơng tin được xử lí ở trạm trung gian, được truyền lên trung tâm điều
khiển. nhờ có trung tâm tính tốn mà trung tâm điều khiển có thể xử lí được
khối lượng thơng tin lớn và giải các bài tốn phức tạp của q trình cơng nghệ.
Các trạm trung gian là các trạm điều khiển được đặt tại các phân xưởng lớn
để nhận thông tin từ các terminal chuyển tới. Trung tâm điều khiển được đặt tại
nơi làm việc của ban giám đốc để điều khiển toàn bộ nhà máy.
2) Cấu trúc phân cấp kiểu hình tia.
Ngày nay nhờ kỹ thuật vi tính phát triển vì vậy ngay ở các terminal người ta
cũng có thể đặt các máy vi tính dung lượng và tốc độ lớn có khả năng xử lí
nhiều tình huống và giải quyết được nhiều bài tốn điều khiển. Trong trường
hợp này các trạm trung gian không cần nữa, các terminal trực tiếp nối với trung
tâm điều khiển, xem hình 1.7. Chúng ta có cấu trúc hình tia, so với cấu trúc song
song (hình 1.6) thì sơ đồ cấu trúc hình tia thì đơn giản hơn. Tuy vậy cấu trúc
hình tia có nhược điểm là các terminal khơng trực tiếp trao đổi thơng tin với
nhau được.
T
T
T
TTTT
TTĐK
T
T
T
Hình 1.7. Sơ đồ cấu trúc hình tia
3) Cấu trúc phân cấp kiểu bus.
Kỹ thuật truyền tin giữa các máy tính bằng các bus cho phép chúng ta xây
dựng dạng sơ đồ điều khiển kiểu bus (truyền tin hai chiều ) như trên hình 1.8
trong sơ đồ này các bộ phận trong hệ thống như terminal và trung tâm điều
khiển (TTĐK) có thể trực tiếp trao đổi thông tin với nhau, do có tính linh hoạt
cao, đưa lại hiệu quả lớn, Tùy tình hình cụ thể của QTCN mà người ta chọn sơ
đồ cấu trúc thích hợp, tuy nhiên do nhiều ưu điểm nên sơ đồ cấu trúc kiểu bus
được sử dụng rộng rãi nhất.
24
