Tài liệu Công nghệ Bus pptx

iệc chấp nhận công
nghệ bus số như
Foundation fieldbus,
Profibus-DP hay DeviceNet là
một bước chuyển hướng đáng
kể xa rời công nghệ truyền
thống về đo lường và điều
khiển trong nhà máy điện.
Kinh nghiệm áp dụng bus số
trong một số ngành công
nghiệp, trong đó có các nhà
máy điện, cho thấy công nghệ
này có tính năng tốt, có thể
giảm chi phí đầu tư ban đầu,
giúp công trình khởi động
nhanh hơn, và có thể tiết kiệm
chi phí vận hành và bảo
dưỡng một khi nhà máy bắt
đầu hoạt động. Những vấn đề
lớn nhất liên quan tới việc đưa
công nghệ bus số vào nhà máy
điện mới là: quyết định lắp đặt
công nghệ số vào những hệ
thống nào và xác định phương
cách thực hiện.
V
Theo truyền thống, cho đến
nay các hệ thống điều khiển
phân tán (DCS) vẫn được bảo
hộ quyền sở hữu trí tuệ, và
chu kỳ đổi mới từ 15 đến 20

năm. Với việc chấp nhận kiểu
công nghệ máy tính cá nhân,
chu kỳ đổi mới đã giảm xuống
còn 3 đến 5 năm. Sự phát triển
trong các công nghệ nối
mạng, bus trường và điều
khiển cũng tuân theo định luật
Moore của thế giới máy tính,
theo đó với cùng một mức chi
phí có thể thực hiện được
nhiều hơn.
Có thể đưa ra vô vàn ví dụ
trong lĩnh vực đo mà ở đó các
cảm biến chỉ cung cấp các giá
trị của một quá trình duy nhất
và được nối tới hệ thống điều
khiển thông qua một bộ dây
dẫn duy nhất. Các thiết bị tiên
tiến ngày nay có thể thực hiện
việc chẩn đoán liên tục và
cung cấp nhiều thông tin hơn
chứ không phải là giá trị của
một quá trình duy nhất. Hơn
nữa, nhiều thiết bị loại này có
khả năng sử dụng và trao đổi
dữ liệu và đem lại khả năng
6 Khoa học công nghệ điện, số 4 tháng 8 - 2008
Công nghệ Bus
Nhà máy nhiệt điện than mới
Ảnh (ST): Hải Yến

thi hành điều khiển bằng cách
dùng công nghệ bus số như
Foundation fieldbus.
Thiết bị thông minh đã có
từ hơn 15 năm nay, dùng giao
thức HART. Giao thức này xếp
chồng một tín hiệu số bên trên
một tín hiệu chuẩn 4 - 20 mA.
Nhiều công ty điện lực đã chọn
loại thiết bị này vì chúng có
sức cạnh tranh về chi phí so
với các thiết bị truyền thống
và có thể thay thế trực tiếp
cho các thiết bị hiện có (một
đổi một), không cần phải đi
dây lại.
Trong một số trường hợp,
các tiêu chuẩn bus số như
Foundation fieldbus, Profibus
DP và DeviceNet (ở đó tất cả
truyền thông đều là dạng số)
còn có thêm chức năng so với
các thiết bị đo thông minh
nguyên bản. Các giao diện bus
trường trực tiếp trong các hệ
thống điều khiển cho phép
người dùng truy cập nhiều dữ
liệu phong phú. Các gói phần
mềm quản lý tài sản sử dụng
các dữ liệu này để cung cấp

thông tin chẩn đoán chi tiết và
các chức năng phân tích bảo
trì dự phòng. Độ chính xác
điều khiển cũng được cải
thiện vì không cần biến đổi
các tín hiệu thành tín hiệu
analog (4 - 20 mA) để truyền
đến môđun vào/ra của DCS
sau đó biến đổi trở lại thành
tín hiệu số để sử dụng trong
sơ đồ điều khiển.
Ngoài việc cung cấp các
giá trị nhận biết ban đầu, thiết
bị đo thông minh và các bộ tác
động còn là nguồn phong phú
các dữ liệu khác, về bản thân
thiết bị cũng như về quy trình.
Hệ thống điều
khiển thay đổi
Trong hệ thống điều khiển,
mặc dầu các công nghệ bus số
như Foundation và DeviceNet
thay đổi một vài tính năng,
nhưng nhiều tính năng vẫn giữ
nguyên. Các công nghệ bus số
không thay đổi thiết kế điều
khiển cơ sở, đồ hoạ, cơ sở dữ
liệu và cấu trúc chính của hệ
thống điều khiển. Các công
nghệ này cũng không thay đổi

đáng kể nguyên lý tư liệu thiết
kế. Giao diện với người dùng
phục vụ cho công tác thiết kế
kỹ thuật, kinh doanh, bảo
dưỡng, thực thi, lưu trữ quá
khứ và các chức năng khác
của hệ thống đều không thay
đổi. Điều này cũng đúng với
quy trình thiết kế kỹ thuật được
sử dụng để cách ly các tín hiệu
vào ra (I/O), phần điều khiển
và các quy trình.
Tuy nhiên công nghệ bus
số lại làm thay đổi cấu trúc kết
nối với cổng I/O. Thay vì phải
có dây dẫn riêng từ mỗi thiết
bị tại hiện trường tới cổng I/O
của hệ thống DCS, kiến trúc
bus cho phép dùng một cáp
duy nhất để đấu nối nhiều
thiết bị số. Giao diện I/O được
thể hiện bởi các thiết bị thì
được chuyển sang một mođun
bus trường số (hình 1).
Sự tương đồng đơn giản
nhất, đó là kênh I/O truyền
thống được đặt trong thiết bị
và bus I/O được dùng để đọc
các kênh giờ đây là cáp bus
trường thay vì một bảng nối

đa năng. Cáp này có nhiều
điểm dữ liệu, làm giảm đáng
kể số đầu dây và máng cáp
trong nhà máy. Tư liệu và chi
phí bảo dưỡng cũng giảm.
Không gian mođun I/O cần
thiết trong bộ điều khiển cho
một hoặc nhiều mođun giao
diện bus số được giảm đáng
kể so với không gian cần thiết
cho các mođun I/O và đầu dây
7 Khoa học công nghệ điện, số 4 tháng 8 - 2008
Công nghệ Bus
Hình 1. So sánh giữa hệ thống đi dây truyền thống và hệ
thống đi dây bus trường
Hệ thống đi dây I/O truyền thống
Bộ điều khiển
và cổng vào/ra
Hộp đầu nối
Trước
Hệ thống đi dây bus trường
I/O khác
Bộ điều khiển
Bus trường H1
Các phân đoạn khác
Profibus DP hoặc DeviceNet
Hộp đầu nối
Sau
Hộp đầu nối
truyền thống. Foundation fieldbus

sử dụng dây đôi xoắn bọc kim
(shielded twisted pair - STP)
mang dòng điện và dữ liệu
trên cùng cặp dây điện trong
khi DeviceNet sử dụng bốn
dây dẫn mang dữ liệu và dòng
điện riêng biệt. Điều này có
thể yêu cầu thêm không gian
dành cho nguồn cấp điện của
thiết bị bus trường, mođun
phân phối và thiết bị chỉnh
sửa dòng điện.
Thiết kế DCS theo công
nghệ bus số và sử dụng cấu
hình tích hợp và phần mềm
quản lý tài sản là điều rất quan
trọng. Việc thiết kế cần hỗ trợ
HART truyền thống, I/O
analog, I/O rời rạc và I/O mục
đích đặc biệt được yêu cầu do
yêu cầu về tốc độ, độ phân
giải theo thời gian và/hoặc về
an toàn. Ngoài ra, nó cần hỗ
trợ nhiều các kiểu bus trường
đa năng. Cụ thể như bus
trường Foundation, được sử
dụng chủ yếu trong điều khiển
analog, và DeviceNet hay
Profibus DP, được sử dụng
nhiều hơn cho các ứng dụng

điều khiển rời rạc. Trong một
vài trường hợp, tính năng của
các thiết bị yêu cầu sẽ quyết
định việc sử dụng các kiểu
bus số đa năng.
Thùc hiÖn t¹i nhµ
m¸y ®iÖn x©y míi
Xây dựng nhà máy nhiệt
điện than mới là một trong
những cơ hội hiệu quả nhất về
chi phí cho việc thực hiện
công nghệ bus số và trí tuệ tự
động hoá. Ví dụ, nhà máy
nhiệt điện than dưới tới hạn
xây dựng mới ở Midwest (dự
kiến bắt đầu vận hành thương
mại vào năm 2009) đang lắp
đặt hệ thống điều khiển
Ovation Expert của Emerson
Process Management cho tất
cả các chức năng điều khiển
nhà máy quan trọng. Hệ thống
Ovation được tạo giao diện
với hệ thống điều khiển tuabin
bằng một giao diện OPC và
với một hệ thống điều khiển
FGD PLC bằng giao thức
Allen-Bradley Ethernet. Công
nghệ bus số được kết hợp vào
càng nhiều lĩnh vực càng tốt.

Foundation fieldbus và
Profibus được sử dụng rộng
rãi khắp nơi.
Ngoài các nhà máy nhiệt
điện than, các nhà máy điện
tuabin khí và chu trình hỗn
hợp cũng có thể áp dụng tốt
công nghệ bus số. Nhà máy
chu trình hỗn hợp Port
Westward mới xây, công suất
407 MW, của Portland
General Electric, được đưa
vào vận hành thương mại mới
đây ở chế độ điều độ kinh tế,
là một ví dụ. Nhà máy cũng
sử dụng rộng rãi hệ thống điều
khiển Ovation với công nghệ
bus cho lò sinh hơi thu hồi nhiệt
(HRSG), phần còn lại của nhà
máy (balance of plant - BOP) và
các hệ thống điện phụ. Công tác
điều khiển tuabin khí và tuabin
hơi được tạo giao diện dùng
Modbus/TCP.
Mỗi van quan trọng trong
các nhà máy mới xây này đều
là một thiết bị bus trường
Foundation (Bảng 1). Các
thiết bị này được áp dụng cho
hầu hết các chức năng điều

khiển quan trọng, bao gồm
nước cấp, mức nước trong bao
hơi, van phun, tuabin đường
tắt và hầu hết thiết bị đo
analog. Các cặp nhiệt ngẫu
8 Khoa học công nghệ điện, số 4 tháng 8 - 2008
8
Công nghệ Bus số
Bảng 1. Các thiết bị bus trường Foundation được sử dụng
tại nhà máy điện Port Westward
Hãng sản xuất Loại thiết bị Kiểu thiết bị/Mô tả
Số
lượng
Rosemount Thiết bị cảm biến Các máy phát 3051 và
3095MV
118
Endress &
Hauser
Thiết bị cảm biến Máy phát vị trí rađa
FMR 240
2
Rosemount Thiết bị cảm biến Máy phát 848T 8 x T/C 28
Magnetrol Thiết bị cảm biến Máy phát vị trí rađa
Eclipse 705-52
3
Fisher Cơ cấu định vị
van
DVC 6000F, 6010F và
6020 F
9

Masoneilan Van với cơ cấu
định vị
Sipart PS2
14
Copes Vulcan Van với cơ cấu
định vị
Sipart PS2
13
được sử dụng trong cả hai nhà
máy và được đặt hoặc là trên
các mođun TC I/O truyền
thống hoặc các mođun bus
trường Foundation. Profibus-
DP được sử dụng cho tất cả
các van đóng mở bằng động
cơ cũng như cơ cấu đóng cắt
và thiết bị ở tủ điều khiển
động cơ (motor control center
- MCC) (Bảng 2).
Các hãng bán sản phẩm
như Rockwell và Siemens hỗ
trợ sẵn DeviceNet và
Profibus-DP, trong khi các
hãng khác thực hiện giao diện
truyền thông nguyên bản riêng
của họ, các hãng này cung cấp
các bộ adapter để chuyển sang
công nghệ bus số yêu cầu.
Cách tiếp cận tốt hơn sẽ là sử
dụng các giao diện có sẵn của

họ nếu giao diện được hỗ trợ
bởi hệ thống điều khiển,
không nên đòi hỏi một dạng
bus duy nhất.
Thử nghiệm
nghiệm thu tại
nhà máy
Trước đây không lâu, các
thử nghiệm nghiệm thu tại nhà
máy (factory acceptance -
FAT) các sơ đồ điều khiển
DCS được thực hiện theo cách
mô phỏng các thiết bị trong
nhà máy bằng cách nối cứng
các nguồn cung cấp 4-20mA,
các thiết bị đo, bóng đèn và
chuyển mạch tới các đầu I/O
của hệ DCS. Thử nghiệm
nghiệm thu tại nhà máy được
thực hiện theo cách này vì
không thể có tất cả các thiết bị
hiện trường (đặc biệt các thiết
bị lớn, ví dụ như các tủ điều
khiển động cơ) sẵn sàng cho
thử nghiệm. Gần đây, phương
thức được chấp nhận chung là
đưa vào các tín hiệu mô phỏng
phần mềm ở cấp bus I/O thay
vì ở phía tín hiệu tại hiện
trường. Điều này một phần

cũng là do người ta đã quen
thuộc với công nghệ mô
phỏng phần mềm. Thực
nghiệm tại hiện trường còn
yêu cầu lắp đặt hệ DCS thực
tế trong nhà máy để kết nối,
thử nghiệm riêng lẻ, kiểm
chuẩn và đưa thiết bị vào vận
hành. Cách thực hiện đơn giản
này giờ đây đã được hiểu rõ
và chấp nhận. Tuy nhiên, để
xác nhận khả năng kết nối
giữa hệ thống điều khiển và
các thiết bị theo từng kênh
một, quy trình đòi hỏi nhiều
thời gian và nhân lực.
Do cách sử dụng các bus
và việc tích hợp các bus trong
các dãy và hàng thiết bị, trong
thực tế không thể có sẵn tất cả
các thiết bị thông minh để có
thể thử nghiệm DCS trong nhà
máy. Tuy nhiên, có một quy
trình đã đem lại kết quả trong
một số dự án, đó là thử
nghiệm trên một thiết bị điển
hình cho mỗi dạng thiết bị
trong nhà máy. Điều này cho
phép nhà thiết kế kiểm chứng
ý tưởng thiết kế, cho phép nhà

cung cấp hệ thống điều khiển
khẳng định sự hoạt động với
logic điều khiển và khiến chủ
đầu tư yên tâm rằng cách liên
kết này nếu dùng các bộ
truyền lực tốt là có thể sử dụng
trong toàn bộ dây chuyền, từ
giao diện người máy (HMI)
thông qua giao diện bus tới các
thiết bị điển hình.
Nhà chế tạo thiết bị gốc
(original equipment manufacturer
- OEM) có thể lựa chọn các
thiết bị với các tính năng khác
nhau từ nhiều hãng bán thiết
9 Khoa học công nghệ điện, số 4 tháng 8 - 2008
Công nghệ Bus
Bảng 2. Các thiết bị bus trường được sử dụng tại nhà máy
điện Port Westward
Hãng sản xuất Loại thiết bị Kiểu thiết bị/Mô tả
Auma MOV
Aumamatic AM 01.1 MOV
với Variomatic VM
Limitorque MOV
Accutronix MX (FCD
LMA1M 1336-00)
GE Multilin
MCC/Thiết bị
đóng cắt
P485 Modbus tới giao diện

Profibus
Nối với thiết bị đóng cắt
Multilin
469 rơle quản lý động cơ
Scheneider
Square D
MCC/Thiết bị
đóng cắt
Momentum I/O
(170DNT11000)
VersaMax
MCC/Thiết bị
đóng cắt
Thiết bị I/O của thiết bị giao
diện giao diện mạng
*Tổng cộng khoảng 100 thiết bị
bị (vendor); vì vậy đối với
những thiết bị này, tốt nhất
phải được chứng nhận bởi các
cơ sở bus số tương ứng, mà
chức năng của họ là đảm bảo
khả năng tương tác. Tuy nhiên,
vẫn cần phải thử nghiệm hệ
thống trọn gói hoàn chỉnh của
hãng bán thiết bị, ví dụ như tủ
điều khiển động cơ (MCC)
hoặc dẫy thiết bị đóng cắt, bằng
cách sử dụng máy chủ bus số và
gói PC cấu hình được kết nối
thông qua đường cáp chính

trong thực tế và đường cáp rẽ
nhánh tới thiết bị như đã được
cấu hình cho nhà máy. Điều này
đảm bảo hệ thống được cung
cấp có khả năng giao diện,
truyền thông, theo dõi và điều
khiển quy trình trong khoảng
thời gian đáp ứng yêu cầu.
Không một thử nghiệm nào
trong số các thử nghiệm trên,
nếu tiến hành riêng lẻ, có thể
chứng tỏ cả chuỗi truyền
thông là hoàn chỉnh. Tuy
nhiên, khi kết hợp với nhau,
các thử nghiệm này đảm bảo
các bộ phận quan trọng có thể
truyền thông thành công và
đem lại lợi ích là quá trình
đưa bus số vào vận hành tại
hiện trường được thực hiện
nhanh chóng và dễ dàng.
Nhiều người trong ngành hy
vọng rằng một khi nhân viên
ngành điện trở nên quen thuộc
với bus số, các thử nghiệm
nghiệm thu tại nhà máy (FAT)
sẽ qui về việc mô phỏng phần
mềm các tín hiệu sẵn có kết
hợp với các thử nghiệm về
khả năng kết nối các thiết bị

tiêu chuẩn của hãng bán DCS,
thông qua giao diện bus số.
Phần mềm quản lý
tài sản
Ưu điểm lớn nhất của phần
mềm quản lý tài sản là nó cho
phép thực hiện tại một vị trí
duy nhất công việc cấu hình,
quản lý kiểm chuẩn, chẩn
đoán thiết bị và lưu trữ tư liệu
về thiết bị thông minh trong nhà
máy. Quy trình thử nghiệm bàn
giao (commissioning) cho phép
thực hiện với cấu hình thông
qua giao diện màn hình đồ
hoạ với thiết bị. Nhân viên tại
hiện trường chỉ cần kiểm tra
để thấy rằng thiết bị quy trình
chính xác đang được đọc hay
thao tác và rằng hành trình của
van và cơ cấu phản hồi được
điều chỉnh đúng trên các cơ cấu
tác động. Tư liệu kiểm chuẩn
và mạch kiểm toán các lần hiệu
chỉnh, trong đó ghi rõ các công
việc đã được thực hiện và do ai,
đều được lưu lại làm tài liệu để
sau này tham khảo.
Để thực hiện đầy đủ các
năng lực của các thiết bị thông

minh, một hệ thống DCS sử
dụng bus trường Foundation
cần được cung cấp cùng với
phần mềm quản lý và chẩn
đoán. Vì vậy, kèm theo hệ
thống Ovation DCS của
Emerson cần phải có gói hệ
thống quản lý tài sản (AMS
Suite). Bất kỳ công cụ phần
mềm quản lý tài sản nào cũng
cần bao gồm phần hỗ trợ cho
số lượng tối thiểu các thẻ ghi
thiết bị (device tag). Số lượng
được đóng gói các thẻ ghi
thiết bị cần được hiệu chỉnh
để bao gồm những thiết bị
quan trọng nhất và then chốt
nhất. Với bất kỳ phần mềm
quản lý nào, điều quan trọng
là phải biết có bao nhiêu thẻ
ghi đã được cung cấp và xác
định xem số lượng này đã đủ
cho dự án chưa.
Trên thị trường cũng có
bán các gói bổ sung tuỳ chọn
cho phép mở rộng và tăng
cường năng lực chẩn đoán và
phân tích thiết bị của mỗi nhà
sản xuất. Các gói này nên
được xem xem lại và qui định

để đưa vào gói phần mềm
quản lý và chẩn đoán tài sản.
Giá trị thực của phần mềm
quản lý tài sản chính là khả
năng vận hành giảm bớt bảo
dưỡng. Các thiết bị bus trường
Foundation có ba mức báo
động chẩn đoán nội bộ: đã
hỏng, tư vấn và thông tin. Mỗi
loại báo động có thể có nhiều
hạng mục đóng góp. Các báo
động này cần được tích hợp
vào hệ thống điều khiển, có bộ
phận tách lọc dựa trên mức độ
quan trọng của thiết bị, để tiên
đoán các vấn đề của thiết bị và
các sự cố. Ngoài ra, nhân viên
bảo dưỡng có thể truy cập đầy
đủ và chi tiết dữ liệu chẩn
đoán dự phòng để quan sát,
lập kế hoạch và sắp xếp mọi
công việc sửa chữa hoặc phụ
tùng thay thế cần thiết để loại
bỏ báo động. Thay đổi qui
trình bảo dưỡng có nghĩa là
nhân viên, với các phụ tùng
thay thế và công việc sửa chữa
đã được nhận diện từ trước, sẽ
chỉ sửa chữa những thiết bị
cần dịch vụ, do đó giảm thiểu

thời gian sửa chữa.
10 Khoa học công nghệ điện, số 4 tháng 8 -
2008
10
Công nghệ Bus số
(Còn tiếp)
Chu Hải Yến dịch
Theo PE, số tháng 10/2007
11 Khoa học công nghệ điện, số 4 tháng 8 -
2008
Công nghệ Bus