Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
PHẦN II. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS

PHẦN II. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS

Tải bản đầy đủ - 0trang

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 tồn 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 u cầu về

một giải pháp tự động hố 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 tn theo các chuẩn giao tiếp

cơng 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 khơng 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 tốn 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), đơi 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 cơng 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 thơng 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 tồn, khởi động lại khi xảy ra sự cố cũng như các chế độ bảo

trì, chẩn đốn 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 đơi 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 q trình, còn SCADA hướng tới thu

thập dữ liệu. DCS tập trung vào q trình kiểm sốt 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 thơng 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 khơng 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 sốt

tồn bộ hoạt động của nhà áy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số

khi chất lượng của sản phẩm thay đơi 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 cơng 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, ngồi 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 thơng qua gói phần mềm OPC Data Access 2.0 và 1.0A.



-



OPC Alarm and Event Server: Có nhiệm vụ tạo ra luồng thơng 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.

Q trình truyền thơng 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. Ngồi 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 tốn

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 mơ 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 thơng 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 cơng nghiệp hoặc PC



thơng thường thơng 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 thơng 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 tồn 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.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

PHẦN II. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×