Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG II:CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG II:CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

Tải bản đầy đủ

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Hệ ĐK TĐH QTCN có thể được phân thành các hệ con chức năng và hệ con
đảm bảo như Hình 1-4
• Các hệ con chức năng
Số lượng và nhiệm vụ của các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ thể. Ví
dụ nếu QTCN là một nhà máy thì các hệ con chức năng có thể được phân ra như
Hình 1-4. Nếu QTCN là một cơ sở đào tạo thì các hệ con chức năng có thể là :
phòng đào tạo, phòng quản lý sinh viên, phòng tài vụ, phòng tổ chức. v.v.

• 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 TĐH QTCN nào cũng phải có để đảm
bảo cho hệ hoạt động bình thường .
18
TĐH Quá Trình Công Nghệ

18

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Có ba hệ con đảm bảo là : đảm bảo thông tin, đảm bảo toán học và đảm bảo kỹ
thuật. Có thể coi đảm bảo thông tin và toán học là phần mềm của hệ và đảm bảo
kỹ thuật của phần cứng của hệ. Các hệ con đảm bảo này sẽ được trình bày kỹ ở
các phần sau.
II.CÁC HỆ CHỨC NĂNG
1. hệ điều khiển tự động

-Đối với hệ tự động ở đây con người sẽ là controller thiết lập các thông số điều
khiển , quản lý dữ liệu và theo dõi quá trình hoạt động của các công nghệ tụ
động để đảm bảo một hệ thống tự động ổn định và tối ưu nhất .
2.hệ tự động hóa
Đối với nghành công nghiệp nói chung và công nghiệp nước ngọt nói
riêng việc đưa các hệ tự động hóa vào trong sản xuất là yếu tố bắt buộc, vì trong
công nghiệp có nhiều công đoạn mà con người không thể tham ra , hơn vậy việc
tự động hóa còn giúp tăng năng suất lao động và độ chính xác cao.

19
TĐH Quá Trình Công Nghệ

19

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Đối với quá trình sản xuất đồ uống có ga(CO2) nói chung và sản xuất coca cola
nói riêng đều cần các hệ, dây truyền tự động hóa trong sản xuất ( phối trộn
nguyên liệu, bão hòa CO2 , triết dót đóng trai, dán bao bì…)
-Công nghệ bão hòa CO2 có thể dùng Các sợi màng Liqui-Cel rỗng bên trong và
các module màng được thiết kế với diện tích bề mặt lớn. Các màng Liqui-Cel
kiểm soát khí chính xác như thêm vào hoặc loại bỏ. Các module màng rất tiện
nhỏ gọn nhưng hiệu quả để thêm Carbonat (CO2) vào đồ uống hoặc chất lỏng.
Việc bổ sung các khí carbon dioxide (CO2) để một đồ uống là để cho đồ uống
không bị Oxy hóa và không làm mất đi hương vị đặc trưng. Thêm CO2 cũng có
thể ngăn ngừa sự hư hỏng và làm giảm vi khuẩn trong chất lỏng.

20
TĐH Quá Trình Công Nghệ

20

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Với dây truyền tự động hóa này con người chỉ cần thiết lập tỉ lệ phối trộn CO2
vào đồ uống mà vẫn đảm bảo công nghệ.
- Hệ tự động hóa chiết rót , đóng trai sản phẩm như máy chiết rót 3 trong 1 IOS
baric, máy chèn nhãn và hệ thống đóng gói ...
Dây truyền được thiết kế hoàn toàn tự động , hệ tự động hóa phải đảm bảo tính
ổn định. v.v...

Dây truyền sản xuất , đóng trai nước ngọt có gas

21
TĐH Quá Trình Công Nghệ

21

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

III. CÁC HỆ ĐẢM BẢO
1. Đảm bảo thông tin
a.sơ đồ cấu trúc quá trình sử lý thông tin trong hệ TĐHQTCN
Như trên đã nói về thực chất hệ ĐK TĐH QTCN là hệ tự động hoá quá trình
xử lý tin trong hệ điều khiển. Quá trình xử lý tin được trình bày trên Hình 2-1.

Các dữ liệu về trạng thái sản xuất được máy tính xử lý và đưa ra các kết quả
tính toán dưới dạng lời giải của cá bài toán điều khiển. Khi được con người
chấp nhận, các kết quả tính toán đó sẽ được gán hiệu lực pháp lý. Kết quả tính
toán này cùng với dữ liệu ban đầu (đã được con người đưa vào - có hiệu lực
pháp lý) để lập ra kế hoạch sản xuất. Quyết định điều khiển sẽ tác động vào quá
trình sản xuất.
Nhìn trên Hình 2-1 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 thông tin phải đảm bảo cho
quá trình trao đổi thông tin đó được nhất quán và thuận tiện.
b.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
22
TĐH Quá Trình Công Nghệ

22

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

xác của các quyết định phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác của thông tin. Có
nghĩa là các thông tin có phản ánh đúng các thông số trạng thái của các đối
tượng bị điều khiển hay không.
Hiểu theo nghĩa rộng đảm bảo thông tin là hệ thống phản ánh quá trình sản xuất,
là hệ thống các mô hình thông tin dùng để mô tả một cách hình thức quá trình
sản xuất nói trên.
Hiểu theo nghĩa hẹp đảm bảo thông 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 kế kỹ thuật.
-Tổ chức lưu giữ, gia công, xử lý, hiệu chỉnh thông tin.
Như vậy đảm bảo thông tin là bước đầu tiên của quá trình xử lý thông tin trong
hệ ĐK TĐH QTCN.
c.Mô hình thông tin
Mô hình thông tin là sự mô tả hình thức quá trình tổ chức và xử lý thông tin.
Ở mức độ đơn giản mô hình thông tin là các bảng thống kê, các ghi chép về các
chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật, các định mức vật tư, lao động .v.v.
Mô hình thông tin dạng ma trận là một ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật và quan hệ giữa chúng nên loại mô hình này được dùng rộng rãi.
Yêu cầu đối với mô hình thông tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho sử dụng, có
tính thống nhất và tiêu chuẩn hoá để có thể dùng cho các phương tiện tính toán
khác nhau.
d.Đánh dấu phân loại , đặt tên các đối tượng được điều khiển
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của đảm bảo thông tin là xây dựng
một hệ thống các cách đánh dấu, phân loại, đặt tên các phần tử, thiết bị máy
móc, các

sản phẩm cùng các 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 các
thông tin phải được mã hoá.
Việc đánh dấu, phân loại, đặt tên phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia và
quốc tế như: Tiêu chuẩn Việt nam, IEC, ISO 9000.
23
TĐH Quá Trình Công Nghệ

23

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

e. hệ thống định mức-các chỉ tiêu kinh tế- kĩ thuật
Sản xuất bất kỳ sản phẩm nào cũng phải qua nhiều nguyên công, nhiều công
đoạn. Ứng với mỗi nguyên công cần tiêu phí một lượng nguyên liệu, nhiên liệu,
nhân công nhất định. Vì vậy, những định mức kinh tế- kỹ thuật phải được xây
dựng đầy đủ chi tiết cho từng bộ phận, từng máy đến cả dây chuyền công nghệ.
f.xây dựng ngân hàng dữ liệu
Ngân hàng dữ liệu của hệ ĐK TĐH QTCN là nơi tập trung (trong máy tính) toàn
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:
oTập trung hoá các dữ liệu
oTối thiểu hoá độ dư của dữ liệu
oMô tả dữ liệu bằng ngôn ngữ chung không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập
trình
oSử dụng các mô tả dữ liệu có cấu trúc
-Về sử dụng dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây:
oCó khả năng lấy ra bất kỳ một nhóm dữ liệu nào không phụ thuộc vào nơi
ghi các dữ liệu đó
oCó khả năng đổi mới, cập nhật các dữ liệu
oSử dụng các phương pháp tìm kiếm dữ liệu tối ưu
oCó khả năng bảo vệ tính chính xác, nguyên vẹn, bí mật của dữ liệu
Chú ý rằng “dữ liệu” ở đây hiểu theo nghĩa rộng, nó có thể là các số liệu nhưng
cũng có thể là các chương trình tính toán, bản thiết kế hoặc quy trình công
nghệ .v.v.
Một trong những vấn đề quan trọng của việc xây dựng ngân hàng dữ liệu là tổ
chức vào ra thông tin. Hiện nay phương pháp đưa thông tin vào còn khá chậm so
với tốc độ xử lý của máy tính và chưa thuận tiện cho việc trao đổi trực tiếp giữa
người với máy. Việc đưa thông tin ra (màn hình, máy in, đĩa mềm, …) có nhiều
tiến bộ nên việc lấy thông tin ra ngày càng dễ dàng hơn.
24
TĐH Quá Trình Công Nghệ

24

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

2.Đảm bảo toán học
a. Cấu trúc của đảm bảo toán học
Đảm bảo toán học bao gồm những thành phần sau:
-

Các mô hình toán (còn gọi là đảm bảo mô hình) dùng để mô hình các đối
tượng được điều khiển, các quá trình công nghệ để giải các bài toán điều khiển.

-

Các thuật toán (còn gọi là đảm bảo thuật toán) là các phương pháp giải
các bài toán điều khiển. Các thuật toán thường phụ thuộc vào mô hình toán đã
chọn. Chọn thuật toán đúng sẽ ảnh hưởng tới tốc độ tính toán và độ chính xác
của lời giải.

-

Các chương trình (còn gọi là đảm bảo chương trình) dùng để xử lý, tính
toán các dữ liệu ứng với mô hình và thuật toán đã chọn. Như vậy mô hình toán
học và thuật toán dùng để xây dựng hệ thống, còn chương trình tính toán dùng
để vận hành hệ thống.
Ngày nay có nhiều ngôn ngữ dùng để lập trình. Việc chọn ngôn ngữ nào và kỹ
thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tính và kết quả tính.
b.Mô hình toán học
Xây dựng mô hình toán học là một trong những giai đoạn quan trọng nhất
của việc xây dựng hệ thống điều khiển. Thông thường công việc này phải do các
chuyên gia am hiểu về quá trình công nghệ và nắm vững về toán học đảm
nhiệm.
Hiện nay người ta xử dụng nhiều loại mô hình toán học, thường dùng các loại
mô hình sau đây:

-

Mô hình quy hoạch (tuyến tính, không tuyến tính)

-

Mô hình mô phỏng (mô hình trạng thái, mô hình phục vụ đám đông)

-

Mô hình trò chơi

-

Mô hình quy hoạch thực nghiệm
Sau đây chúng ta điểm qua một vài loại mô hình.

-

Mô hình quy hoach

25
TĐH Quá Trình Công Nghệ

25

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Dùng để giải các bài toán đánh giá chất lượng, giải các bài toán tối ưu. Loại mô
hình này được xây dựng trên các dữ liệu đã biết trước như các định mức, các chỉ
tiêu kinh tế, kỹ thuật .v.v. Trong thực tế, rất nhiều thông số không thể xác định
bằng một giá trị cụ thể mà chỉ có thể biết xác suất xuất hiện của nó. Trong
trường hợp này người ta phải xây dựng mô hình xác suất.
-

Mô hình mô 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, nhờ vậy người ta có thể thực
hiện phương pháp mô phỏng (Simulation).
Trong mô hình mô phỏng người ta mô phỏng hành động 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 có nhiều yếu tố ngẫu
nhiên tác động, vì vậy mô hình nghiên cứu sẽ là mô hình ngẫu nhiên.
Phương pháp mô phỏng sẽ phát huy ưu việt của nó khi mô phỏng các hệ ngẫu
nhiên.
Để làm ví dụ ta hãy nghiên cứu mô hình phục vụ đám đông (server Queueing
System) của hệ ĐK TĐH QTCN.
Như ta đã biết, hệ ĐK TĐH QTCN có các terminal các trung tâm tính toán, các
thiết bị này được coi là điểm phục vụ (servers). Các thông tin đi vào hệ : từ đồng
hồ đo, sensor, hoặc là từ các terminals lên trung tâm tính toán được gọi là khách
hàng (customer) hoặc là các yêu cầu. Thời điểm khách hàng xuất hiện, độ lớn
của khách hàng mang tính ngẫu nhiên. Dòng khách hàng là một dòng ngẫu
nhiên, nếu dòng này là một dòng dừng, không hậu quả và đơn trị thì nó là một
dòng tối giản. Trong trường hợp này khoảng cách giữa các sự kiện – khách hàng
- sẽ tuân theo luật phân bố mũ.
Do các khách hàng (thông tin) mang tính ngẫu nhiên nên thời gian phục vụ
khách hàng (thời gian xử lý thông tin) cũng mang tính ngẫu nhiên. Nếu dòng
khách hàng là tối giản thì dòng phục vụ cũng là tối giản.
26
TĐH Quá Trình Công Nghệ

26

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Thông thường cường độ dòng khách hàng lớn hơn khả năng phục vụ nên khách
hàng phải sắp hàng (queue). Tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà có các luật sắp
hàng và phục vụ khác nhau như:
-

Đến trước phục vụ trước(FIFO- First In First Out)

-

Đến sau phục vụ trước (LIFO- Last In First Out)
Như vậy trong trường hợp đơn giản nhất là hệ ĐK TĐH QTCN được mô phỏng
bằng hai hệ con: dòng khách hàng và dòng phục vụ
Phương pháp mô phỏng như sau: mô phỏng hoạt động theo thời gian của hai
dòng khách hàng và phục vụ nói trên, cho hai dòng đó “xếp chồng” lên nhau ta
được mô 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 toán có thể được giải bằng mô phỏng là:
Xác định số điểm phục vụ để đảm bảo xử lý hết khách hàng, tức

o

xác định số lượng và dung lượng của các terminal.
Xác định số khách hàng có trong hàng đợi và thời gian chờ đợi, dữ

o

liệu này để xác định số Terminal và bộ nhớ để lưu giữ số liệu.
Xác định số khách hàng phải bỏ đi do thời gian chờ đợi quá một

o

giá trị cho trước, dữ liệu này dùng để xác định tổn thất thông tin trong hệ điều
khiển.
o

Xác định thời gian phục vụ , thời gian chờ đợi sắp hàng trung bình,
dữ liệu này để đánh giá độ nhạy của hệ thống điều khiển.

-

Mô hình trò chơi
Khi trong hệ có nhiều lực lượng tham gia có quyền lợi đối nghịch nhau thì người
ta dùng mô hình trò chơi. Ví dụ giải bài toán tối ưu giữa đầu tư đổi mới công
nghệ để hạ giá thành sản phẩm và tăng lợi nhuận.
c.Thuật toán (Algorithm, thuật giải)
Mô hình toán học tuy rất quan trọng nhưng chỉ mới là cấu trúc hình thức
của việc xử lý thông tin chứ chưa phải là quá trình xử lý theo không gian và thời
gian. Giải quyết vấn đề này là nhiệm vụ của đảm bảo thuật toán, có nghĩa là trên
27
TĐH Quá Trình Công Nghệ

27

Lớp Điện 2-k8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

cơ sở mô hình toán học đã chọn phải xây dựng các thủ tục, các phương pháp giải
để cho kết quả chính xác thời gian tính toán ngắn, ít tốn bộ nhớ .v.v. Thuật toán
là một ngành chuyên sâu và có tác dụng rất lớn trong việc giải các bài toán điều
khiển.
d.Chương trình tính toán
Chương trình tính toán là một tập chương trình dùng để tính trên máy tính.
Chương trình này thể hiện mô hình toán học và thuật toán đã chọn.
Chương trình tính toán phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình và loại máy tính.
Thông thường cần có các cán bộ chuyên sâu về lập trình đảm nhiệm việc này.
Các ngôn ngữ lập trình hiện nay thường gặp là PASCAL, C++. Để giảm nhẹ
việc lập trình ngày nay người ta xây dựng các loại ngôn ngữ chuyên dùng. Ví dụ
như mô phỏng có GPSS (The General Purpose Simulation System),
SIMSCRIPT, SIM++.v.v. Về thực chất các ngôn ngữ loại này là tập hợp của
nhiều chương trình con, người sử dụng chỉ cần khai báo những thông số cần
thiết, còn thuật toán, biểu diễn kết quả dưới dạng bảng số, đồ hoạ .v.v. đều 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 tính thích hợp.
Tập các chương trình tính toán là phần mềm chính của hệ ĐK TĐH QTCN.
3.Đảm bảo kỹ thuật
a.cấu trúc của đảm bảo kĩ thuật
Đảm bảo kỹ thuật là toàn bộ thiết bị kỹ thuật của hệ 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.
Đảm bảo kỹ thuật 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.
-

Các terminals

-

Các hệ thống truyền tin (dữ liệu)

-

Các trung tâm tính toán.
28
TĐH Quá Trình Công Nghệ

28

Lớp Điện 2-k8