Đề tài Nghiên cứu hệ điều khiển CENTUM CS3000 và ứng dụng trong công đoạn trộn bột nhà máy xeo Công ty giấy Bãi Bằng

Nghiên cứu hệ điều khiển CENTUM CS3000 và ứng dụng trong công đoạn trộn bột nhà máy xeo Công ty giấy Bãi Bằng lời nói đầu Ngày nay trên thế giới, sự phát triển không ngừng của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hoá và những thành tựu trong kỹ thuật vi mạch, công nghệ thông tin đã cho phép các chuyên gia tích hợp hệ thống có các giải pháp kỹ thuật linh hoạt, tối ưu, an toàn và hoàn toàn tự động hoá. Người sử dụng có khả năng điều hành, quan sát và quản lý toàn bộ dây chuyền sản xuất trong nhà máy bằng các thiết bị gọn nhẹ, làm việc thông minh và có độ tin cậy cao. Mét trong các giải pháp kỹ thuật hiện đại nhất để tích hợp hệ thống là tích hợp các mạng công nghiệp (Industrial Network). Mạng công nghiệp của các hãng tự động hoá hàng đầu trên thế giới đều được tích hợp theo chuẩn ISO. Điều đó có nghĩa là các thiết bị trong mạng không chỉ riêng của một hãng chế tạo mà còn là thiết bị của hãng khác có thể tích hợp thành một mạng hoàn chỉnh. Do vậy sẽ đạt được một kết quả tốt nhất về kỹ thuật và kinh tế. Việc trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hoá với các thiết bị phân tán được thông qua các mạng thông tin công nghiệp chuẩn. Với ứng dụng của mạng thông tin trong nhiều lĩnh vực của các nghành công nghiệp khác nhau đã chứng minh công nghệ này đạt được độ tin cậy cao. Mạng công nghiệp trong những năm gần đây đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không, dầu khí, điện năng, chế biến thực phẩm, công nghiệp sản xuất xi măng, công nghiệp giấy, công nghiệp khai thác mỏ ... Những hãng công nghiệp chế tạo thiết bị tự động hoá, mà giải pháp kỹ thuật của họ được định hướng như trên là ABB, Honeywell, Siemens và Yokogawa. Ở Việt Nam mạng công nghiệp cũng được sử dụng trong nhiều nhà máy nh­: Phả Lại, Lâm Thao, Bãi Bằng ,…...Do đó, để có được các định hướng theo hướng phát triển mới, trong đề tài tốt nghiệp của mình em tập chung nghiên cứu ứng dụng Centum CS3000. Trong phạm vi của đề tài, chúng em đã thực hiện những nội dung sau: Phần 1: Nghiên cứu hệ thống điều khiển phân tán CENTUM CS3000: Đề cập đến các vấn đề cơ bản của mạng truyền thông và thông tin công nghiệp, đưa ra mô hình phân cấp, các thiết bị phần cứng, chức năng liên kết mạng trong hệ thống, đồng thời còn đưa ra quá trình tạo một dự án mới. Phần 2: Phần xây dựng hệ thống điều khiển CENTUM CS3000 cho công đoạn trộn bột cho nhà máy xeo, nhà máy giấy Bãi Bằng: Đưa ra được thực trạng của nhà máy và quá trình xây dựng hệ điều khiển cho công đoạn này, bao gồm cả chọn thiết bị phần cứng và các điểm đo lường điều khiển PHẦN 1 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CENTUM CS3000 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN. Hệ thống Truyền thông thông tin công nghiệp thực chất là một quá trình trao đổi thông tin giữa hai thiết bị với nhau theo kiểu truyền thông được quy định trước, được gọi là các đối tác truyền thông. Đối tác này có thể điều khiển hoặc quan sát các trạng thái của đối tác kia có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Đối tác truyền thông thực chất là các thiết bị có khả năng tham gia vào quá trình truyền thông. Các đối tác truyền thông có thể cùng nằm trong một thiết bị, ví dụ nh­ các CPU, các module,... là các thiết bị có khả năng tham gia vào quá trình truyền thông. Trạm là thiết bị (nh­ các hệ thống tự động hoá, thiết bị lập trình, panel điều hành OP, các thiết bị ngoại vi khác) được ghép nối vào một hay nhiều mạng con (Subnetwork ). Mạng con (Subnetwork ) là sự liên kết thống nhất của các phần tử vật lý tham gia vào quá trình truyền thông trong mạng, cũng như của phương pháp truyền thông chung để đảm bảo sự trao đổi dữ liệu trong mạng được thực hiện. Các thành viên trong mạng Subnetwork không nối với nhau theo kiểu truyền thông qua lại, mà có một cấu trúc vật lý chung của một mạng Subnetwork ( MPI, PROFIBUS, ModBus, DeviceNet, ControlNet, Industrial Ethernet ) cấu trúc này được gọi là môi trường truyền thông (Tranfer medium). Mạng (Network) là sự liên kết thông nhất của một hay nhiều mạng con kiểu khác nhau, nó liên kết tất cả các trạm để có thể truyền thông với nhau. Subnetwork Subnetwork Hình 1.1 Mạng truyền thông Nối là tổ chức logic giữa hai đối tác truyền thông trong mạng để thực hiện một dịch vụ truyền thông nhất định nào đó. Nối liên kết trực tiếp với dịch vụ truyền thông. Mỗi một nối có có hai điểm kết thúc, hai điểm này có chứa đựng thông tin về địa chỉ của đối tác truyền thông về cấu trúc đường truyền. Những hàm truyền thông được sử dụng cho điểm cuối cục bộ để chỉ đường nối. Những hàm truyền thông được thiết lập sẵn ở các phần mềm chuyên dụng để đáp ứng các đòi hỏi của dịch vụ truyền thông. Các hàm truyền thông thực hiện việc truyền dữ liệu giữa các đối tác truyền thông, có thể điều khiển các đối tác truyền thông ( ví dụ nh­ ngừng truyền thông ) hoặc giám sát các trạng thái tức thời. Dịch vụ truyền thông và phần mềm chuyên dụng mô tả các hàm truyền thông với các tiêu chuẩn định trước, nh­ trao đổi dữ liệu, điều khiển thiết bị, giám sát các thiết bị và cài đặt chương trình. Một phần mềm chuyên dụng không cần phải thoả mãn tất cả các nhiệm vụ mà dịch vụ truyền thông yêu cầu. Dịch vụ truyền thông có thể chấp nhận các phần mềm truyền thông chuyên dụng khác nhau. Trong khi thực hiện truyền thông, một việc không thể thiếu được là khai báo giao thức truyền thông ( Protocol). Protocol thực chất là sự thoả thuận xác định một quy tắc trao đổi dữ liệu nhất định giữa các đối tác truyền thông để xác định dịch vụ truyền thông được sử dụng. Trong giao thức truyền thông cấu trúc truyền dữ liệu được định nghĩa: đường truyền vật lý, kiểu lắp đặt các đường nối, bảo vệ dữ liệu và tốc độ truyền. Đường truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu điện tử giữa các trạm. Các tín hiệu điện tử đó biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng xung nhị phân. Khi lựa chọn đường truyền vật lý cần chú ý tới các đặc trưng cơ bản của chúng là dải thông (dải thông của đường truyền chính là phương truyền - được tính bằng số lượng bit được truyền đi trong một giây. Thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác là baud. Baud biểu thị số lượng thay đổi tín hiệu trong một giây. Độ suy giảm là độ đo sự suy yếu của tín hiệu trên đường truyền. Nó cũng phụ thuộc vào độ dài của cáp. Nhiễu điện từ (EMI- Electromagnetic Interference ) gây ra bởi nhiễu điện từ bên ngoài làm ảnh hưởng Mật độ dữ liệu là độ lớn của phạm vi lưu trữ dữ liệu không thay đổi với quá trình. Phạm vi lưu trữ dữ liệu mà lớn hơn mật độ dữ liệu có thể làm sai dữ liệu tổng thể. Điều đó có nghĩa phạm vi lưu giữ số liệu mà lớn hơn mật độ dữ liệu thì có thể xẩy ra tại một thời điểm nào đó mật độ dữ liệu bao gồm cả khối dữ liệu cũ và khối dữ liệu mới. II. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP 1. Khái niệm hệ thống thông tin công nghiệp Hệ thống thông tin công nghiệp là một khái niệm mới trong kỹ thuật thông tin hiện đại. Nó làm nhiệm vụ thu nhận, biến đổi thông tin trong quá trình đo lường điều khiển và đang là xu hướng của nền công nghiệp tự động hoá các quá trình. Hệ thống bao gồm các quá trình: Thu thập thông tin từ đối tượng Gia công, xử lý thông tin Truyền thông tin trên kênh liên lạc Lưu giữ thông tin Tìm kiếm thông tin để chọn ra những thông tin khác nhau…. Từ đó ta có thể đưa ra định nghĩa về một hệ thống thông tin công nghiệp nh­ sau : Một hệ thống tự động đo, điều khiểu và gia công thông tin theo mét Algorithm nào đấy, được kết nối trong hệ thống mạng thực hiện việc truyền tin giữa các đối tác truyền thông trong hệ thống đó theo mét giao thức công nghiệp thì được gọi là hệ thống thông tin công nghiệp Sơ đồ khối của hệ thống: §èi t­îng nghiªn cøu Bé ®iÒu khiÓn Ng­êi thao t¸c ThiÕt bÞ gia c«ng th«ng tin BiÕn truyÒn vµ l­u gi÷ HiÓn thÞ ThiÕt bÞ thu nhËn th«ng tin Đối tượng nghiên cứu: Là các quá trình công nghệ Thiết bị thu nhận thông tin: Quá trình đo và biến đổi thành tín hiệu chuẩn như các sensor, các tranmiter... Thiết bị gia công: Chíp vi xử lý hoặc máy tính PC Biến truyền và thiết bị lưu giữ : Thông tin được truyền trên các đường dây nhờ các thủ tục giao thức mạng Thiết bị thể hiện: Thông tin được thể hiện theo nhiều cách + Các thiết bị cũ nh­: - Dụng cô kim chỉ - Dụng cụ tự ghi - Dụng cụ số + Các thiết bị hiện đại: Màn hình giám sát, Các hiển thị số... - Bộ điều khiển: Bộ điều khiển dùng cho các hệ thống nhỏ là các Microcontroller, còn các hệ thống lớn là các CPU làm việc nh­ một máy tính công nghiệp 2. Nhiệm vụ của hệ thống thông tin công nghiệp : Hệ thống thông tin công nghiệp thực hiện các nhiệm vụ sau : 2.1. Đo lường: Sử dụng phương pháp thực nghiệm để nhận được ước lượng về số lượng của đối tượng thông qua việc so sánh với mẫu . Đây là quá trình quan trọng nhất bởi từ kết quả này sẽ phục vụ cho các bước tiếp theo trong hệ thống 2.2. Kiểm tra: Là so sánh trạng thái của đại lượng kiểm tra với mẫu và đưa ra tín hiệu để đánh giá . 2.3. Nhận dạng: Xác định xem có sự tương ứng giữa đại lượng cần kiểm tra với mẫu hay không 2.4 . Điều khiển: Từ các kết quả đo nhận được chúng sẽ được tính toán theo các luật điều khiển để đưa tín hiệu ra điều khiển đối tượng 2.5 . Chuẩn đoán: Để giúp cho hệ thống làm việc hiệu quả cần thiết phải chuẩn đoán tình trạng thiết bị. Một hệ thống chuyên kiểm tra tình trạng hoạt động của thiết bị thì được gọi là hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật . 2.6 . Tính toán: Đây là quá trình tính toán theo các Algorithm từ các đại lượng đầu vào để đưa ra quyết định. 2.7. Truyền thông: Đây là quá trình rất quan trọng trong hệ thống thông tin công nghiệp bởi ngày nay khi các đối tác tham gia truyền thông là rất lớn thì vấn đề truyền thông tin đảm bảo không lỗi và hiệu quả là vấn đề đặt lên hàng đầu . 3. Các loại hệ thống thông tin công nghiệp . 3.1. Phân loại hệ thống theo sơ đồ cấu trúc. 3.1.1. Hệ thống với cấu trúc song song. ®èi t­îng s C§CH C§CH C§CH MUX Xö lý th«ng tin ®o HiÓn thÞ - Đặc điểm : Các kênh làm việc độc lập với nhau. Ưu điểm : Độ tin cậy cao, tốc độ truyền thông tin cao, nếu hỏng một kênh các kênh kia vẫn hoạt động. - Nhược điểm tốn kém dây dẫn, hệ thống rất phức tạp và chỉ kinh tế trong phạm vi một nhà máy. ®èi t­îng s §o l­êng §o l­êng §o l­êng MUX C§CH H Xö lý th«ng tin ®o HiÓn thÞ 3.1.2. Hệ thống với cấu trúc nối tiếp. - Đặc điểm: Hệ thống biến tín hiệu song song thành nối tiếp, mỗi tín hiệu chiếm một khoảng thời gian do người thiết kế quyết định và phụ thuộc vào sai số, tốc độ của hệ thống yêu cầu Ưu điểm : tiết kiệm dây dẫn dẫn đến giá thành rẻ Nhược điểm: Độ tin cậy thấp 3.1.3. Hệ thống với cấu trúc song song nối tiếp. §èi t­îng §L §L §L §L §L §L MUX MUX C§CH C§CH MUX Xö lý th«ng tin ®o HiÓn thÞ Ưu điểm : Độ tin cậy tăng số kênh tăng Nhược điểm : Phức tạp , thường được sử dụng trong các hệ thống lớn 3.1.4. Hệ thống kiểm tra tự động . Đại lượng đo được so sánh với mẫu cho toàn hệ thống, sau đó được đưa về để xử lý kết quả đo phân tích và điều khiển 3. 2. Phân loại theo môi trường truyền đẫn. Hệ thống hữu tuyến: Là hệ thống sử dụng các đường truyền thông tin thông thường nh­ cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục...Tốc độ truyền có thể lên tới hàng Mb/s - Hệ thống truyền vô tuyến: Là hệ thống sử dụng sóng vô tuyến truyền đi trong không gian, đường truyền này rất thích hợp với những khu vực địa hình phức tạp mà ở đó khả năng thực hiện một đường truyền hữu tuyến là không hiện thực. Tốc độ truyền có thể lên đến hàng Gb/s Hệ thống cáp quang: Đây là môi trường truyền dẫn đặc biệt, tín hiệu truyền trên đường truyền là tín hiệu quang sử dụng các bước sóng trong vùng hồng ngoại. Cáp quang có rất nhiều ưu điểm nh­: khả năng chống nhiễu điện từ cao, tính bảo mật, tốc độ truyền... 3. 3. Phân loại theo mục đích . Hệ thống đo lường: Đó là các hệ thống có nhiệm vụ đo lường các đại lượng vật lý, thông tin ra bằng số hoặc mang tính chất số lượng Hệ thống kiểm tra tự động và điều khiển: Để thực hiện việc kiểm tra (hay điều khiển ) cần thiết phải có giá trị đặt và so sánh đại lượng kiểm tra với chúng Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật: Trên cơ sở của kết quả đo so sánh với mẫu để đưa ra các cảnh báo về tình trạng thiết bị Hệ thống nhận dạng : Là hệ thống nhận biết thông tin đo có giống mẫu không 3. 4. Phân loại hệ thống theo khoảng cách. Hệ thống gần: Là hệ thống hoạt động trong phạm vi nhà máy bán kính 2 Km. Nó thường sử dụng các chuẩn thông tin nh­ RS422, RS485.... Hệ thống xa: Là hệ thống hoạt động với bán kính lớn hơn 2 Km. Người ta thường sử dụng các phương pháp điều chế tín hiệu nh­ điều chế tần số, điều chế pha... 3. 5. Phân loại theo quy mô hiện đại hoá 3.5.1. Hệ thống tập trung quy mô nhỏ: Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được minh hoạ nh­ hình bên. Một máy tính duy nhất để điều khiển các quá trình con. Các bộ cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp điểm - điểm với các máy tính điều khiển trung tâm qua các cổng vào ra của nó. Đặc điểm chung nhất của hệ thống này là toàn bộ quá trình xử lý tập chung ở một thiết bị điều khiển duy nhất Ưu điểm của hệ thống này là thích hợp với các loại máy móc và thiết bị và các điểm đo Ýt bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành một lần cho máy tính điều khiển. Tuy nhiên cấu trúc này cũng có hạn chế nh­: Viếc nối dây phức tạp, giá thành cao, việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn. Độ tin cậy của hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào một máy tính điều khiển duy nhất. Nếu muốn nâng cao độ tin cậy của hệ thống phải dùng thêm một máy tính dự phòng cho máy tính điều khiển dẫn đến giá thành cao Điển hình cho các hệ thống có cấu trúc tập trung là các hệ thống: CAMAC : Computer Application for Measurement and Control. SCADA : Supervisory Control and Data Acquisition. Cấu trúc của một hệ thống điều khiển tập trung : M¸y tÝnh ®iÒu khiÓn trung t©m C¬ cÊu chÊp hµnh C¬ cÊu chÊp hµnh C¬ cÊu chÊp hµnh C¶m biÕn C¶m biÕn Qu¸ tr×nh con 2 Qu¸ tr×nh con 1 Qu¸ tr×nh con n C¶m biÕn 3.5.2. Hệ thống có cấu trúc phân tán : Để khắc phục sự phụ thuộc vào một máy tính điều khiển và tăng tính linh hoạt ổn định của hệ thống, trong cấu trúc phân tán mỗi quá trình con ( hay một nhóm quá trình con ) được điều khiển, giám sát bởi một máy tính riêng Đặc điểm của hệ thống có cấu trúc phân tán là việc phân bố chức năng theo chiều rộng và theo chiều sâu, kết hợp với việc sử dụng mạng truyền thông thay cho phương pháp dùng dây nối và bảng điện cổ điển. Bên cạnh việc sử dụng các cụm vào ra tại chỗ và các thiết bị chấp hành thông minh, người ta còn đưa ra các loại máy tính chấp hành nhỏ (ví dụ như các bộ điều khiển chuyên dụng, các loại vi điều khiển...) xuống các vị trí liền kề với các quá trình kỹ thuật. Sơ đồ chung của hệ thống có cấu trúc phân tán nh­ dưới. Trong cấu trúc này, trung tâm điều khiển bao gồm các trạm kỹ thuật (ES – Engineering Station), trạm thao tác vận hành OS (Operation Station) và trạm phục vụ SS (Server Station) là các máy tính công nghiệp kết hợp với trung tâm điều hành sản xuất. Tại cấp điều khiển và giám sát bao gồm các thiết bị điều khiển tại chỗ nh­ các bộ vi điều khiển, các module vào ra tại chỗ, các thiết bị cảm ứng và cơ cấu chấp hành được nối lên trung tâm. Nhìn chung, hệ thống cấu trúc điều khiển phân tán ra đời khắc phục được tính năng thời gian thực, tiết kiệm dây dẫn, độ ổn định cao, linh hoạt và phạm vi quản lý rộng. Hệ thống này được giới thiệu chi tiết ở phần sau. Tr¹m thao t¸c OS M¸y tÝnh ®iÒu khiÓn Tr¹m kü thuËt ES Tr¹m phôc vô SS M¸y tÝnh ®iÒu khiÓn M¸y tÝnh ®iÒu khiÓn Bé ®iÒu khiÓn Qu¸ tr×nh I/O Qu¸ tr×nh I/O A S A S Cấu trúc hệ thống phân tán 3.5.3.Hệ thống tích hợp. Ngoài nhiệm vụ đo lường và điều khiển ra, hệ còn có chức năng quản lý kỹ thuật và kinh tế CHƯƠNG 2 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN DCS I. MỘT SỐ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG MẠNG. 1. Cấu trúc mạng và giao thức công nghiệp. 1.1 Cấu trúc mạng (topology). Topology là cấu trúc liên kết mạng, là tổng hợp của các mối liên kết, ở đây liên kết được hiểu là mối liên hệ vật lý hoặc logic giữa các đối tác truyền thông. Liên kết vật lý các đối tác là các trạm truyền thông được liên kết qua môi trường vật lý. Liên kết logic thì các đối tác là các trạm truyền thông không nhất thiết phải là phần cứng mà có thể là chương trình hệ thống, ứng dụng trên một trạm nên quan hệ có tính logic. Với một đối tác vật lý ứng dụng thường có nhiều đối mối liên kết logic được xây dụng trên cơ sở một mối liên kết vật lý. * Các kiểu liên kết logic : + liên kết điểm - điểm : chỉ có 2 đối tác tham gia, về vật lý thì 2 trạm này được nối chung 1 đường dây. + liên kết điểm - nhiều điểm : nhiều trạm nối chung với 1 trạm chủ. Các đối tác sẽ nối chung 1 đường dây. + liên kết nhiều điểm – nhiều điểm : nhiều đối tác tham gia và thông tin được trao đổi theo nhiều hướng. Chúng đều nối trên 1 đường dây. Đây là đặc trưng của mạng truyền thông trong điều khiển phân tán. Topology được hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng và cũng là sắp xếp logic của các nút mạng. *Một số kiểu topology: - Topology hình sao Cấu trúc hình sao là một cấu trúc mà có một trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả các nút khác, nút này sẽ điều khiển sự truyền thông toàn mạng. Các thành viên khác được kết nối với nhau qua trạm trung tâm. Kiểu liên kết vật lý ở đây là điểm - điểm nhưng về mặt liên kết logic thì có thể là điểm – nhiều điểm. Cấu trúc này có nhược điểm là tốn dây dẫn, nếu có sự cố ở trung tâm sẽ làm tê liệt toàn bộ các mạng truyền thông trong mạng vì vậy trạm trung tâm thường phải có độ tin cậy rất cao Cấu trúc này thường được áp dụng trong các phạm vi nhỏ thường được dùng để mở rộng cấu trúc khác D B C A - Topology vòng lặp: Trong cấu trúc này các đối tác được nối thành vòng kín. Thông tin truyền theo 1 chiều, ưu điểm là tín hiệu được truyền đi xa và ngăn khả năng xảy ra xung đột. Có hai loại mạng vòng là mạch vòng có điều khiển trung tâm và loại mạch vòng không có điều khiển trung tâm. Với mạch vòng có điều khiển trung tâm một trạm chủ sẽ đảm nhận việc truy cập đường truyền. Với mạch vòng không có điều khiển trung tâm, các trạm đều bình đẳng như nhau trong quyền nhận và phát tín hiệu. Nh­ vậy, việc kiểm soát đường truyền do các trạm tự phân chia CÊu tróc trunk – line/drop line CÊu tróc daisy chain - Topology bus: Trong cấu trúc này các đối tác truyền thông được nối trên cùng một dây dẫn chung. Với cấu trúc daisy chain các đối tác truyền thông được nối trực tiếp vào đường truyền. Cấu trúc trunk- line/ drop-line thì có các dây nối từ các thiết bị tới đường bus chung. Cấu trúc này có ưu điểm là đơn giản và tiết kiệm dây dẫn do dùng chung một đường dẫn duy nhất, bên cạnh đó còn có ưu điểm là tính đơn giản, dễ thực hiện. Vì vậy mà cấu trúc này rất phổ biến trong mạng công nghiệp. Tuy nhiên việc dùng chung một đường dẫn đòi hỏi việc phân chia thời gian sử dụng thích hợp để tránh xung đột tín hiệu gọi là phương pháp truy cập đường truyền. Tuy nhiên một nhược điểm dễ thấy là tất cả các trạm có khả năng phát và luôn lắng nghe đường dẫn để phát hiện ra một thông tin có phải gửi cho mình hay không nên phải thiết kế sao cho đủ tải và số trạm tối đa. Đây chính là lý do phải hạn chế số trạm trong một đoạn, khi cần mở rộng mạng thì phải lắp thêm bộ lặp. Một số ví dụ mạng công nghiệp tiêu biểu sử dụng cấu trúc bus là PROFIBUS, CAN , FOUNDATION FielBus, Ethernet.... Topology cây Bé nèi vßng Bé lÆp Bé nèi sao Bé nèi Cấu trúc cây. Là cấu trúc tổng hợp của nhiều liên kết với các cấu trúc trên. Đây là cấu trúc thường gặp. Một mạng có cấu trúc cây chính là sự liên kết của nhiều mạng con có cấu trúc đường thẳng, mạch vòng hoặc hình sao. Đặc trưng của cấu trúc này là sự phân cấp đường dẫn. Để chia từ đường trục ra tới các nhánh có thể dùng các bộ nối tích cực hay các bộ lặp để mở rộng phạm vi của mạng. Trong trường hợp các mạng con này hoàn toàn khác nhau thì phải dùng tới các bộ liên kết mạng nh­ Bridge, Router và Gateway. Một số ví dụ các hệ thống cho phép xây dựng cấu trúc cây cho mạng đồng nhất là Foundation Fieldbus, LonWorks, DeviceNets và AS-I. 1.2 Giao thức công nghiệp. a. Khái niệm: Để trao đổi thông tin trên mạng, các đối tác truyền thông phải tuân theo các thủ tục chung để phục vụ cho việc giao tiếp gọi là giao thức. Giao thức chính là cơ sở cho việc thực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền thông. Mét giao thức sẽ bao gồm những quy định: Định thời: Quy định về các thủ tục giao tiếp, chế độ truyền dẫn, tốc độ truyền. Ngữ nghĩa: Quy định về nội dung của từng phần trong mét khung truyền. Cú pháp: Quy định về cấu trúc Frame. Quá trình xử lý các giao thức có thể là mã hoá tín hiệu hoặc giải mã. Xử lý giao thức là quá trình thực hiện 1 quá trình truyền thông dựa trên cơ sở giao thức đã định. Giao thức chia làm 2 loại : Cấp cao: gồm người sử dụng và thực hiện bằng phần mềm. Ví dụ nh­ FTP (File Tranfer Protocol) dùng trao đổi dữ liệu và truyền xa, HTTP (Hyper Text Tranfer Protocol) để trao đổi dữ liệu truyền xa, MMS (Manuafactory Message Specification) dùng cho giải pháp về đo lường, điều khiển. Cấp thấp: thực hiện nhờ phần cứng. Ví dụ TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) dùng cho mạng Internet, HDLC (High-lever Data Link Control) dùng cho giao diện vật lý của bus trường. Đây là giao thức sử dụng rộng rãi trong hệ thống bus trường. b. Các giao thức công nghiệp hiện đang sử dụng. * Yêu cầu: Dễ dàng cho các hệ thống xử lý: chọn giao thức đơn giản, ví dụ nh­ ASCII. Tính bảo toàn dữ liệu cao: chọn phương thức kiểm tra lỗi hiệu quả, ví dụ CRC. Chuẩn hoá các giao thức: cần phải có giao thức truyền thông công nghiệp chung do yêu cầu trao đổi thông tin từ các thiết bị khác nhau, ví dụ Modbus. Tốc độ truy cập cao: yêu cầu cập nhật đồng thời các thông số từ các thiết bị trường là đồng thời. b.1. Giao thức ASCII: Đây là giao thức đơn giản nhưng nhược điểm là chậm và khó sử dụng đối với các hệ thống lớn, nhiều nút mạng. Giao thức ASCII chỉ sử dụng trong hệ thống không đòi hỏi tốc độ trao đổi thông tin nhanh với 1 trạm chủ và nhiều trạm tớ. ASCII cho Transmitter sè: Các Transmitter số có thể coi là các thiết bị đo thông minh, chúng được tích hợp các cổng ghép nối truyền thông nh­ RS232, RS485 … S > DAC µP CT DAC I/O Hình : Cấu trúc Transmitter Các chuẩn này được sử dụng trong việc truyền số liệu giữa trạm chủ-tớ. Sơ đồ ghép nối được mô tả nh­ hình dưới: Master Slave Slave Bus hÖ thèng +Phần cứng truyền thông: Được ghép theo chuẩn RS232, chế độ truyền đơn công. Trạm chủ sẽ gửi thông báo cho các trạm tớ, trong thông báo có mang địa chỉ trạm nhận. Trạm nào mang địa chỉ này sẽ được nhận và hồi đáp tới trạm chủ. Master Slave1 TxD Slave2 TxD TxD TxD Slave n RxD RxD RxD • Ghép nối phần cứng theo chuẩn RS485: chế độ truyền bán song công. Master Slave1 Slave2 Trạm chủ phát thông báo để các trạm tớ cùng nghe, nếu trạm tớ they địa chỉ đó là của mình thì tiếp nhận và gửi lại cho trạm chủ. Cấu tróc giao thức ASCII : Phương thức hoạt động của giao thức ASCII là cơ chế hỏi / đáp. Chúng được áp dụng truyền thông giữa các trạm chủ (PC/PLC) với các transmitter. Trạm chủ luôn phát tín hiệu 1 cách tuần tự. Độ dài cực đại của mỗi mã trả lời là 20 kí tự. Phương pháp kiểm soát lỗi tổng để kiểm tra giá trị các số HEX trong bản tin. Các thiết bị nối mạng sẽ kiểm tra Bus liên tục để phát hiện ra đầu khung truyền (bắt đầu) thời gian nghỉ đến 1s nhưng nếu quá thì sẽ lỗi. b.2. Giao thức Modbus. Là giao thức được phát triển bởi Modicol. Thực chất là 1 chuẩn giao thức mà dịch vụ thuộc tầng ứng dụng. Vì vậy, nó được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp: TCP/IP, MAP (Manuafacturing Message Protocol). Modbus định nghĩa là một tập hợp rộng lớn các dịch vụ trao đổi dữ liệu quá trình - điều khiển. Modbus thực hiện việc trao đổi giao tiếp giữa bộ điều khiển và thiết bị truyền thông qua cơ chế hỏi đáp. Modbus sử dụng trên các đường truyền RS232 ghép nối với các thiết bị đầu cuối DTE và DCE. Cách thức giao tiếp phụ thuộc vào hệ thống cấp thấp, chia làm 2 loại: + Modbus chuẩn: sử dụng giao diện RS232, các bộ điều khiển có các cổng giao tiếp này có thể được nối mạng với nhau trực tiếp hay qua moderm. Chóng giao tiếp theo cơ chế chủ / tớ, ở đó trạm chủ chủ động gửi yêu cầu cho trạm tớ. + Modbus Plus: là giao thức cho lớp ứng dụng, các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ chế riêng. Ví dụ trong giao tiếp điểm-điểm, các bộ điều khiển có thể thay nhau đóng vai trò chủ / tớ. Cơ chế hỏi / đáp: - Thông báo hỏi tới các trạm tớ gồm: + Địa chỉ trạm nhận: 0-247, trong đó 0 là gửi đồng loạt. + Mã hàm: gọi chỉ thị hoạt động trạm tớ cần thực hiện yêu cầu. + Dữ liệu: chứa thông tin bổ xung mà trạm tớ cần thực hiện cho việc trạm gọi. + Thông tin kiểm tra lỗi: giúp trạm tớ kiểm tra sự toàn vẹn của nội dung thông tin. Chu trình hỏi / đáp: Yêu cầu từ trạm chủ địa chỉ địa chỉ mã hàm mã hàm dữ liệu dữ liệu kiểm tra lỗi kiểm tra lỗi trả lời từ trạm tớ Trả lời từ trạm tớ: + Địa chỉ: trạm nhận là trạm chủ. + Mã hàm: trả lời trạng thái của mình. + Chế độ truyền: có thể sử dụng ASCII hay RTU. Chế độ truyền : Đối với các thiết bị ghép nối qua mạng Modbus chuẩn, có thể sử dụng một trong hai chế độ truyền là: RTU và ASCII - Chế độ truyền ASCII: Mỗi byte trong bản tin được gửi 2 kí tự ASCII, ưu điểm là cho phép khoảng trống tối đa giữa 2 kí tự tới 1s mà không gây lỗi. - Chế độ truyền RTU: Trong chế độ RTU (Remote Terminal Units) mỗi byte trong thông báo được gửi thành một kí tự 8 bit, ưu điểm là hiệu suất cao nhưng nhược điểm là mỗi thông báo phải truyền thành dãy liên tục. - Định dạng khung truyền: Các thông báo trong Modbus có nhiều thành phần và chiều dài khác nhau. Khi chế độ truyền được chọn, sẽ có khung ứng dụng được truyền đi. Các kí tự sẽ được truyền đi liên tục ở RTU và gián đoạn ở ASCII. Mục đích chính của việc định dạng khung truyền chính là để đánh dấu điểm khởi đầu và điểm kết thúc của thông báo đồng thời bổ xung thông tin kiểm tra lỗi. b.3. Giao thức HDLC (High-level Data Link Control) Là giao thức chuẩn cho lớp liên kết dữ liệu. Nó được ứng dụng trong việc truyền số liệu điểm- điểm và nhiều điểm, quản lý liên kết và sửa lỗi, cho phép có sự thay đổi các kiểu liên kết. Đây là giao thức hướng bit, các phần tử được xây dựng từ cấu trúc nhị phân và khi nhận dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit. Cấu tróc khung truyền HDLC: Header Traile Flag Address Control Information FCS Flag 8 bit 8 bit 8-16 bit unlimited 16-32 bit 8 bit Sử dụng truyền đồng bộ, các khung truyền cùng một dạng. Phần địa chỉ và điều khiển được hiểu là phần đầu của khung truyền, còn các bit kiểm tra lỗi FCS hay là Traile. + Flag: dùng để nhận biết đầu và cuối khung truyền với dãy bit: 01111110. Dãy này không thể xuất hiện trong các phần thông tin khác nhau nhờ phương pháp bit Stuffing thực hiện ở trạm gửi, tức là cứ sau 1 dãy bít có 5 bit liền nhau có giá trị 1 thì liền sau đó 1 bit 0 được thêm vào. Tại bên nhận, nếu được 5 bit 1 liền trước bit 0 thì bit 0 được tách ra, còn trong tín hiệu là bit 1 thì số liệu nhận sẽ không bị lỗi, kết thúc khung truyền. + Address: chứa địa chỉ bên gửi và nhận. + Control: định danh cho các khung truyền khác nhau: Loại U (unnumbered): có chức năng thiết lập liên kết dữ liệu theo các phương pháp hoạt động khác nhau và để giải phóng liên kết khi cần, đây là loại khung điều khiển. Loại I (information): chứa thông tin người dùng và chức năng kiểm soát lỗi thông tin. Loại S (supervisory): là khung điều khiển có chức năng kiểm soát thông tin dữ liệu khi truyền. + Information: không có chiều dài xác định, phụ thuộc vào thông tin truyền. + FCS (Frame Check Sequence): gồm các bit kiểm tra lỗi, ghi các mã kiểm soát lỗi cho nội dung khung, bao gồm phần nằm giữa 2 Flag. b.4.Giao thức HART (Highway Addressable Remote Transducer). Đây là giao thức cho các thiết bị đo thông minh, được thiết kế cho các vùng dữ liệu được đo truyền từ các thiết bị đo, cảm biến và các cơ cấu chấp hành với kỹ thuật truyền tin số. Các thành phần này được kết nối tới các PLC và máy tính. Có 2 phương pháp chính cho truyền tin của các thiết bị đo thông minh : HART. FieldBus. HART cho truyền số liệu lai là 2 loại tín hiệu Analog và Digital trong khi FieldBus chỉ dùng cho dạng tín hiệu Digital. HART sử dụng kỹ thuật FSK (Frequency Shif Keying) dựa trên tiêu chuẩn truyền thông Bell 202. Hai tần số là 1200 và 2200 Hz được dùng tương ứng cho logic 1 và 0. Dạng tín hiệu trung bình hình Sin với tần số 1200 và 2200 Hz ứng với các tín hiệu Alanog 4-20 mA không được chấp nhận, do đó mà dạng tín hiệu Analog này không thường được sử dụng. Giao thức HART có thể dùng để: Liên kết điểm - điểm với các tín hiệu tương tự sử dụng dòng 4-20 mA. Liên kết với thiết bị trường trong chế độ nhiều trạm chủ. Chế độ điểm- điểm với duy nhất một thiết bị trường ở trường hợp đặc biệt. Thiết bị thông minh đặt tín hiệu ra Analog tới dòng không đổi là 4 mA và truyền đi theo dạng số. HART có 2 cách định dạng truyền số liệu theo dạng số: Chế độ thăm dò/đáp ứng. Chế độ gián đoạn. Trong chế độ thăm dò/đáp ứng thì trạm chủ thăm dò các thiết bị thông minh trên đường truyền và yêu cầu trao đổi thông tin. Trong chế độ gián đoạn thì các thiết bị trường tiếp tục truyền dữ liệu quá trình mà không cần gửi các thông báo đáp ứng. Mặc dù chế độ này thực hiện nhanh nhưng nó không được sử dụng trong mạng nhiều trạm chủ. Những lợi Ých khi so sánh HART với các giao thức khác: Cho phép truyền số liệu theo dạng tương tự và số đồng thời. Cho phép một số thiết bị tương tự truyền trên đường truyền cao. Cho phép nhiều trạm chủ điều khiển các thiết bị thông minh tương đương. Cho phép truyền khoảng cách xa số liệu trên đường điện thoại. Cho phép 2 kiểu truyền dữ liệu đan xen nhau. Cho phép sự mềm dẻo của các dạng thông báo của các đặc trưng mới. Cho phép tới hơn 256 quá trình trong thiết bị trường thông minh. Truy cập Bus. Hai phương pháp truy cập Bus có thể được áp dụng độc lập hay hỗn hợp là Token Passing và Master Slave. Nếu áp dụng độc lập, Token Passing thích hợp với các mạng FMS dùng ghép nối thiết bị điều khiển và máy tính giám sát đẳng quyền trong khi đó Master Slave thích hợp với việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị điều khiển với các thiết bị hiện trường cấp dưới sử dụng Profibus DP hay Profibus PA. Khi sử dụng kết hợp, nhiều trạm tích cực có thể giữ token, một trạm tích cực nhận được token sẽ đóng vai trò là chủ để kiểm soát việc giao tiếp với các trạm tớ mà nó quản lý hoặc có thể tự do giao tiếp với các trạm tích cực khác trong mạng. Chính vì nhiều trạm tích cực đóng vai trò là chủ nên mạng kết hợp còn được gọi là mạng nhiều chủ. Thời gian vòng tối đa để một trạm tích cực lại nhận được token có thể chỉnh bằng tham sè. Khoảng thời gian này chính là cơ sở cho việc tính toán chu kì thời gian của cả hệ thống. c. Các phương pháp truy cập đường truyền. Trong hệ thống mạng công nghiệp thì các hệ thống có cấu trúc dạng Bus đóng vai trò quan trọng bởi: Chi phí Ýt cho dây dẫn. Dễ thực hiện lắp đặt. Linh hoạt và thích hợp cho truyền dẫn. Có nhiều phương pháp truy cập Bus khác nhau và mỗi phương pháp có ảnh hưởng khác nhau tới các tính năng kỹ thuật của hệ thống. Ta phải quan tâm tới 3 khía cạnh: độ tin cậy, tính năng thời gian thực và hiệu suất sử dụng đường truyền. Ta sẽ xét tới một số phương pháp truy cập bus. c.1.Phương pháp truy cập Master/Slave. Theo phương pháp này, một trạm chủ (Master) có trách nhiệm chủ động phân chia thời gian và quyền truy cập bus cho các trạm tớ (Slave). Các trạm tớ đóng vai trò bị động, chỉ có quyền truy cập bus và gửi tín hiệu đi khi có yêu cầu. Trạm chủ có thể dùng phương pháp hỏi tuần tự (polling) theo chu kì để kiểm tra, kiểm soát toàn bộ hoạt động giao tiếp của hệ thống. Nhờ vậy các trạm tớ có thể gửi dữ liệu thu thập được từ quá trình kỹ thuật tới các trạm chủ cũng như nhận các thông tin điều khiển. Master Slave Slave Slave Phương pháp Master/Slave Trình tự giao tiếp của các trạm có thể do người sử dụng quy ước bằng các công cụ lập trình tạo lập cấu hình. Phương pháp này có ưu điểm là việc kết nối các trạm tớ đơn giản, đỡ tốn kém và toàn bộ mọi chức năng tính toán đều trên trạm chủ. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là hiệu suất trao đổi thông tin giữa các trạm tớ bị giảm đi do dữ liệu phải đi qua khâu trung gian là trạm chủ, dẫn đến giảm hiệu suất sử dụng đường truyền. Hạn chế nữa là độ tin cậy của hệ thống truyền thông phụ thuộc hoàn toàn vào một trạm chủ duy nhất, nếu xảy ra sự cố trên trạm chủ thì toàn bộ hệ thống ngừng làm việc. Chính vì 2 lý do trên mà phương pháp này chỉ sử dụng trong các hệ thống bus cấp thấp, tức bus trường hay bus thiết bị khi việc trao đổi thông tin hầu như chỉ diễn ra giữa các trạm chủ và các trạm tớ là các thiết bị trường hay modul vào ra phân tán. c.2.Phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access). Trong phương pháp này, mỗi trạm được phân chia thời gian truy cập bus nhất định, các trạm có thể thay nhau lần lượt gửi thông tin trong khoảng thời gian cho phép gọi là lát thời gian (time slice) theo một tuần tự quy định sẵn. Việc phân chia này được thực hiện trước khi hệ thống đi vào hoạt động. Khác với phương pháp Master/Slave, ở đây có thể có hay không có trạm chủ, nếu có trạm chủ thì vai trò của nó chỉ hạn chế ở mức độ kiểm soát việc tuân thủ đảm bảo giữ đúng lát thời gian của các trạm khác. Mỗi trạm đều có khả năng đảm nhiệm vai trò chủ động trong giao tiếp với các trạm khác. c.3.Phương pháp Token Passing. Token là bức điện ngắn không mang dữ liệu. Mỗi trạm được quyền truy nhập bus và gửi thông tin đi chỉ trong thời gian nó được giữ token. Sau khi không có nhu cầu gửi thông tin, trạm đang giữ token sẽ phải gửi tiếp tới một trạm khác theo mét chu trình nhất định. Nếu trình tự này đúng với trình tự vật lý sắp xếp trong mạng thì gọi là Token Ring, còn nếu trình tự chỉ có tính chất logic thì gọi là Token Bus. Một trạm đang giữ token không những được quyền gửi thông tin đi mà còn có thể đóng vai trò kiểm soát sự hoạt động của các trạm khác. Các trạm không có token cũng có khả năng tham gia kiểm soát . token Tr¹m 1 Tr¹m 4 Tr¹m 2 Tr¹m 3 Tr¹m 1 Tr¹m 3 Tr¹m 5 Tr¹m 2 Tr¹m 4 token Phương pháp Token Passing Để kiểm soát mạng, các hoạt động sau được thực hiện: Giám sát token: Nếu do một lỗi nào đó token bị mất hay thừa thì cần phải thông báo xoá token cũ và tạo ra token mới. Khởi tạo token: Sau khi khởi động một trạm có trách nhiệm tạo 1 token mới. Tách trạm ra khỏi mạch vòng logic: Một trạm có sự cố phải được phát hiện và tách ra khỏi vòng logic. Bổ xung trạm mới: Một trạm mới cần được kết nối mạng, một trạm cũ được thay thế hay đưa trở lại sau khi sửa chữa phải được bổ xung vào mạch vòng logic để có thể nhận được token. c.4.Phương pháp CSMA/CD (Carrier Sense Multiple with Collision Detection). Theo phương pháp CSMS/CD, mỗi trạm đều có quyền truy cập bus mà không cần một sự kiểm soát nào. Phương pháp này thực hiện nh­ sau; Mỗi trạm đều phải tự lắng nghe đường dẫn, nếu đường dẫn rỗi thì mới được phát thông tin. Do việc lan truyền tín hiệu cần một thời gian nào đó nên vẫn có khả năng xảy ra trường hợp hai hay nhiều trạm cùng phát tín hiệu trên đường truyền, do đó trong khi phát thì mỗi trạm vẫn phải tự lắng nghe xem tín hiệu nhận được có xung đột hay không. Trong trường hợp có xung đột, các trạm cần huỷ bỏ bức điện của mình và chờ gửi lại. Ưu điểm : đơn giản, linh hoạt và việc ghép thêm hay huỷ bỏ các trạm không ảnh hưởng gì đến hoạt động của mạng. Nhược điểm : tính bất định của thời gian phản ứng. Do tính bình đẳng của các trạm là như nhau nên có thể một trạm phải chờ một thời gian dài, do đó hiệu suất sử dụng đường truyền thấp. c.5.Phương pháp CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Tương tự nh­ CSMA/CD, mỗi trạm đều phải lắng nghe đường dẫn và sau khi gửi thông tin. Tuy nhiên một phương pháp mã hoá bit thích hợp được sử dụng ở đây để trong trường hợp xảy ra xung đột, tín hiệu này sẽ lấn át tín hiệu kia. II. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DCS : Hệ thống DCS ( Distributed Control System ) là hệ thống điều khiển kết hợp nhiều thành phần khác nhau. Hệ thống bao gồm các module phân tán với các chức năng điều khiển phân tán được liên kết với nhau theo một hệ thống mạng tuân theo các giao thức truyền thông công nghiệp . Hệ thống bao gồm các Module phân tán có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo lường, đưa ra các quyết định điều khiển đối tượng theo các luật đã định sẵn đồng thời nhận các yêu cầu từ cấp điều khiển giám sát để thực hiện các yêu cầu như gửi số liệu quá trình để lưu trữ lên trên, điều khiển trực tiếp đối tượng khi cần , thực hiện các chức năng phân tán trên các phân đoạn phân tán ( chẳng hạn như phân tán về mặt địa lý, về mặt điều khiển . . . ), các máy tính điều khiển ( như các bộ controller , IP,. . .), . . . Trạm điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển theo quá trình ( ra nhiệm vụ cho các phần điều khiển riêng biệt, sau đó chỉ giám sát quá trình đó, hoặc trực tiếp điều khiển một thiết bị hoặc một quá trình nào đó. Cấu trúc này ra đời đã khắc phục được tính năng thời gian thực, tiết kiệm dây dẫn và tính ổn định bền vững của hệ thống tốt hơn, linh hoạt, phạm vi hoạt động của hệ thống này cũng vì thế được mở rộng . Mặt khác với cấu trúc mở khiến cho khả năng giao tiếp của hệ thống được mở rộng đáp ứng các đòi hỏi của quá trình công nghệ . Một trong những minh chứng là công nghệ bus trường sử dụng kỹ thuật truyền thông số, đã làm cho giá thành đi dây giảm, độ tin cậy cao và khả năng chống nhiễu rất tốt. 1. Phân loại các hệ thống DCS Các hệ DCS truyền thống: Các hệ này sử dụng các bộ điều khiển quá trình đặc chủng theo kiến trúc riêng của các nhà sản xuất cùng với các trạm điều khiển của riêng hãng. Các hệ DCS trên nền PLC: Các PLC giữ vai trò nh­ một máy tính và được kết nối với máy tính. Về cơ bản các PLC cũng có các thành phần giống nh­ các máy tính thông thường, đó là bộ vi xử lý, các bộ nhớ làm việc và bộ nhớ chương trình, giao diện vào ra và bộ cung cấp nguồn. Tuy nhiên, một điểm khác cơ bản là các thành phần giao diện người máy như màn hình, bàn phím và chuột không được trang bị, việc lập trình phải được thực hiện thông qua máy tính gián tiếp riêng biệt ghép nối với CPU thông qua giao diện thiết bị lập trình. Các hệ DCS trên nền PC: Sử dụng máy tính cá nhân PC trực tiếp làm thiết bị điều khiển. Thế mạnh của hệ này là có tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, Và đặc biệt là rất hiệu quả về mặt kinh tế kỹ thuật. Trạm điều khiển là một máy tính cá nhân công nghiệp được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực và được cài đặt các card giao diện bus trường, bus hệ thống 2. Tổ chức của một hệ điều khiển phân tán. Trước hết để có một cái nhìn tổng quát về một hệ thống điều khiển phân tán , ta hãy tìm hiểu về mô hình phân cấp của nó : Hình 2.1. Mô hình phân cấp hệ điều khiển 2.1. Cấp chấp hành . Có chức năng chính là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế đa số các thiết bị cảm biến (sensor), các cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động được chính xác nhanh nhạy. Các thiết bị thông minh cũng có thể nhận việc xử lý thô trước khi đưa lên cấp điều khiển 2.2. Cấp điều khiển . Có nhiệm vụ nhận thông tin từ cảm biến, xử lý thông tin theo một thuật toán nhất định và truyền xuống cơ cấu chấp hành, đồng thời cũng nhận thông tin từ cơ cấu chấp hành gửi lên để đưa lên cấp trên nó. Cấp điều khiển bao gồm các thiết bị nh­ : trạm điều khiển hiện trường FCS ( Field Control System ), các hệ thống PLC ( Programmable Logic Controller ) . . . 2.3. Cấp điều khiển giám sát . Có chức năng giám sát, vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được thực hiện ở cấp dưới thì nhiệm vụ của cấp này là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý sự cố . . . Trong cấp này gồm có: Trạm giao diện người - máy HIS ( Human Inteface Station ) : Đó là các máy tính cá nhân có cài đặt phần mềm điều khiển, có khả năng hiển thị các thông tin của hệ thống DCS và các hệ thống phụ khác . Trạm thiết kế kỹ thuật EWS ( Engineering Work Station ) : Thực hiện các chức năng thiết kế, định nghĩa cấu hình mọi thiết bị kết nối trong hệ thống, phân vùng quản lý hệ thống, giải quyết các công việc về kỹ thuật, mở rộng hệ thống. Máy tính thực hiện chức năng của EWS cũng giống nh­ của HIS . 2.4. Cấp quản lý . Bao gồm các mạng máy tính được nối mạng với nhau và có chức năng nh­ : Giám sát, theo dõi, đánh giá quá trình sản xuất, vận hành. Lập kế hoạch sản xuất. 3. Cấu trúc của hệ thống điều khiển phân tán . Trong đa số các ứng dụng có quy mô vừa và lớn, sự phân tán thể hiện được sự vượt trội, khắc phục được sự phụ thuộc vào một máy tính trung tâm trong cấu trúc tập trung và tăng tính linh hoạt của hệ thống. Hơn thế nữa, hiệu năng, độ tin cậy và khả năng đáp ứng thời gian thực của hệ thống cũng được nâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống cấp dưới.  Sơ đồ cấu trúc chung của hệ điều khiển phân tán được thể hiện trên hình sau: Hình 2.2. Cấu trúc hệ điều khiển phân tán Hệ thống bao gồm các Module phân tán có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo lường, sử dụng các hệ thống Bus trường với kỹ thuật truyền tin số để truyền số liệu lên cấp điều khiển giám sát, đưa ra các quyết định về điều khiển đối tượng theo các luật đã định sẵn đồng thời nhận các yêu cầu từ cấp điều khiển giám sát để thực hiện. Cấu trúc của hệ điều khiển phân tán sẽ nói kỹ hơn trong phần cấu trúc mạng của hệ CENTUM CS3000. 4. Chức năng của hệ thống điều khiển phân tán. 4.1.Chức năng đo lường điều khiển . Đây là một chức năng rất quan trọng của hệ thống, nó cho phép thực hiện việc đo lường các quá trình nhằm thu được số liệu cần lưu giữ, đưa ra các cảnh báo quá trình, đưa vào tính toán để điều khiển đối tượng. Có nhiều phương thức để điều khiển: Điều khiển dùng các bộ điều khiển nh­ PID, các bộ hiển thị . . . Điều khiển theo trình tự: điều khiển theo mét chu trình đã định sẵn hoặc điều khiển có điều kiện. 4.2.Chức năng hiển thị. Có thể hiển thị thông tin dưới dạng sau: ¨ Hiển thị trên các Faceplate. Hệ thống cho phép tổ hợp vài khối hoặc vài biến để tạo thành một Faceplate. Trên mỗi Faceplate có thể có nhiều nút bấm, các đèn báo, các thông tin về giá trị của biến, chỉ thị ¨ Hiển thị tổng thể. Cho phép người sử dụng có thể quan sát được quá trình làm việc hoặc một công đoạn nào đó của nhà máy. Người vận hành có thể gọi bất kỳ của một công đoạn nào của quá trình để thể hiển thị qua màn hình. ¨ Hiển thị theo nhóm Cho phép có thể hiển thị vài trang nào đó do quyết định của người vận hành . ¨ Hiển thị từng điểm Hiển thị từng điểm được ứng dụng cho tất cả các nhãn kèm các thông tin liên quan như thông số hoạt động, điều chỉnh hiển thị song song với kiểu hiển thị faceplate và hiển thị theo nhóm ¨ Hiển thị dưới dạng đồ hoạ Cho phép người vận hành có thể chọn một điểm nào đó trên màn hình để xem xét, thao tác trên đó . ¨ Hiển thị báo động Cho phép dùng đèn nhấp nháy hoặc thay đổi màu. Mỗi báo động có kèm theo thơi gian xảy ra, trạng thái của báo động. ¨ Hiển thị hướng dẫn vận hành Trợ giúp người vận hành trong việc vận hành quá trình sản xuất. ¨ Các hiển thị khác: cửa sổ trợ giúp, hiển thị thiết bị. . . 4.3. Chức năng kiểm tra tự động . Hệ thống có chức năng kiểm tra trực tuyến các đặc tính nh­: Bộ xử lý của module dự phòng sẽ hoạt động tính toán song song và đồng bộ để chuyển mạch từ bộ xử lý chính sang ngắt dự phòng không gây ra ngắt tín hiệu và không gây mất dữ liệu đang có trong máy tính Bé vi xử lý sẽ sử dụng mã sửa lỗi trong bộ nhớ chính để giảm sai lệch do bộ nhớ trong gây ra. Báo cho người vận hành tại trạm vận hành biết khi có sự cố. 4.4. Chức năng lưu giữ số liệu Các số liệu có thể được lưu giữ dưới bảng cơ sở dữ liệu hoặc theo kiểu đồ thị ( trend ) cho phép người vận hành có thể truy cập bất kỳ điểm nào của trend đó để tham khảo các thông số quá trình tại thời điểm trước đấy. 4.5. Chức năng bảo vệ Chức năng này cho phép việc kiểm soát hệ thống được chặt chẽ, chống truy nhập trái phép các chương trình thiết kế và vận hành toàn bộ quá trình sản xuất . 5. Một số hệ điều khiển phân tán trên thị trường Hãng Sản xuất Hệ thống Yokogawa Yokogawa CS1000/CS3000 Honeywell Honeywell TDC3000 Emerson Fisher Provor ABB Fischer and Porter System 6, IndustrialIT Siemens Siemens PCS7 CHƯƠNG 3 HỆ ĐIỀU KHIỂN DCS CENTUM CS3000 I. TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ DCS CỦA YOKOGAWA. 1. Tổng quan chung. CENTUM CS 3000 và DARWIN là nhãn hiệu đăng kí sản phẩm của công ty điện tử YOKOGAWA – Nhật bản. Công ty này còn hỗ trợ lập dự án, tư vấn các giải pháp tối ưu và lựa chọn phương án tối ưu cho người sử dụng. YOKOGAWA thực hiện hỗ trợ các giải pháp như : Các thiết bị kĩ thuật thông tin và hệ thống điều khiển, cung cấp các sản phẩm hệ thống thiết bị mô phỏng, các thiết bị thường hiện đại với công nghệ mới nhất, các sản phẩm công nghệ phần mềm …. Và với khả năng đa dịch vụ: từ lập dự án, thiết kế, cài đặt, vận hành chạy thử đến bảo dưỡng. Hệ điều khiển DCS của YOKOGAWA bao gồm hai hệ : CS1000 và CS3000. Hệ thống centum CS1000 là hệ điều khiển phân tán dùng cho các hệ điều khiển nhỏ còn hệ điều khiển Centum CS3000 của YOKOGAWA là hệ điều khiển phân tán phù hợp với các ứng dụng điều khiển quá trình vừa và lớn, centum CS300 có tính năng linh hoạt và tin cậy cao. CENTUM CS 3000 là hệ thống điều khiển các thiết bị tích hợp, được sử dụng để điều khiển và quản lý các thiết bị trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau như: lọc và tinh chế dầu mỏ, công nghiệp hoá dầu, công nghiệp hoá học, công nghiệp dược phẩm, thực phẩm, giấy và nghiền giấy, thép và các vật liệu không có sắt, xi măng, năng lượng, gas, nước và nước thải …… CENTUM CS 3000 là hệ thống điều khiển với các sản phẩm ứng dụng những công nghệ mới nhất, với nhiều tính năng, mềm dẻo và độ tin cậy dựa trên hệ thống bus điều khiển V-net. * Một số đặc điểm và tính năng cơ bản của hệ thống : - Các thành phần của hệ DCS có sự tham gia của máy tính + Giao diện người –máy (HIS) thiết kế dựa trên một máy tính thông dụng + Dựa trên cơ sở windows NT làm hệ điều hành cho HIS (đây là hệ thống mở , với sự hỗ trợ của hệ điều hành ta có thể thực hiện di chuyển dữ liệu giữa các quá trình và các ứng dụng chạy trên nền NT sử dụng giao tiếp OPC và hoặc DDE) + Môi trường vận hành hoạt động thân thiện người dùng kết hợp các vận hành cơ bản của windows với các chức năng vận hành và giám sát đặc biệt của hệ DCS + Có thể sử dụng máy tính thông thường làm cơ sở cho các trạm HIS và hoặc các trạm giao diện kiểu console thông thường. - Khả năng mạnh của các chức năng điều khiển giám sát + Có thể tới 2500 cửa sổ tạo ra bởi người dùng cho công việc vận hành và giám sát quá trình . + Thời gian update 1 sec + Trên các cửa sổ đồ hoạ, ta có thể chạy chương trình Visual Basic và hiển thị sự vận động của quá trình. + Sử dụng các phím vận hành thực hiện các chức năng nh­ những phím tắt gọi chương trình + Cho phép vận hành và giám sát trên phạm vi rộng nh­ các hệ DCS thông thường. - Với hai kiểu trạm điều khiển . + Theo tiêu chuẩn “pair and spare” ( kép và dự phòng; CPU kép trên CPU card, tại một thời điểm có một CPU card active mét standby) với dự phòng CPU , V-net bus, và card nguồn. + Dạng chuẩn (có hỗ trợ vào ra từ xa) và dạng compact: Với khả năng tới 256 trạm vận hành trên mỗi hệ thống, đây cũng có thể nói là con sè lý tưởng cho các dự án từ vừa đến lớn. - Các modul vào ra tích hợp. + Trong hệ thống sử dụng cùng một loại modul vào ra. Tín hiệu từ cặp nhiệt điện và RTD có thể nối trực tiếp đến các đầu vào tín hiệu. - Các chức năng điều khiển và truyền thông mạnh + Với các chức năng đã được kiểm định , bao gồm mọi thứ từ bộ điều khiển PID đến điều khiển tuần tự đến điều khiển phân đoạn. + Cho phép tạo các khối chức năng giám sát dựa trên các các khối cơ bản một cách dễ dàng. +Giao tiếp kết hợp cho phép hỗ trợ và tương tác với các hệ thống đơn lẻ nh­ PLC và hệ thống đo mức chứa… - Hiệu quả kĩ thuật. + Các chức năng tương tác với hệ thống, thiết kế với số đầu vào cần thiết tối thiểu + Các dữ liệu kĩ thuật có thể được đặt tên và lưu lại dưới các file dữ liệu + Một bộ phận của cÊu hình hay định nghĩa cho một đơn vị nào đó trong hệ thống có thể được lưu lại và đưa ra tái sử dụng. + Các dữ liệu kĩ thuật có thể được export ra các dữ liệu chương trình ứng dụng khác chạy trên máy tính PC và ngược lại các dữ liệu đó có thể được import ngược trở lại như những dữ liệu thông tin kĩ thuật. - Chức năng kiểm tra ảo không cần có phần cứng tham gia. + Có thể kiểm tra các chức năng trên phần mềm mô phỏng mà không cần có yếu tố phần cứng. Trên đó bạn cũng có thể thực hiện các công việc thiết kế, gỡ rối chương trình , chỉ cần trên máy tính PC thông thường và phần mềm hỗ trợ của hệ thống CENTUM CS 3000 . - Đóng gói điều khiển phân đoạn điều khiển mẻ. + Có thể đóng gói quá trình điều khiển phân đoạn và quản lí dựa trên tiêu chuẩn ISA S88.1 - Tính tương tác giữa CENTUM CS và các sản phẩm tích hợp mXL. + Với bộ chuyển đổi bus bạn có thể thực hiện kết nối tới CENTUM CS , CENTUM CS 1000 , CENTUM- XL , CENTUM-V, và mXL . CENTUM CS có thể được nối trên cùng một bus. + Trong môi trường công nghiệp, một hệ thống điều khiển quá trình cần phải đồng bộ với các hệ thống phụ như (Fatory Automation), hệ thống PLC. Với CS3000 cho phép thiết lập được hệ thống tối ưu, hệ thống mở, ở đó có sự tích hợp của CS3000 với nhiều hệ thống phụ khác. Chẳng hạn với hệ thống có sự tích hợp giữa DCS với PLC cung cấp một môi trường hoạt động rất thân thiết với người sử dụng. - So sánh với CS1000 : CS1000 CS3000 Số nhãn giám sát tối đa 8000tag 100000tag Số trạm tối đa 24 256 Số vùng tối đa 1 16 Số trạm tối đa cho một vùng 8HIS,16FCS 64(tất cả),16HIS 2. Cài đặt Centum CS3000 Yêu cầu cấu hình Đối với ổ cứng: thì yêu cầu phải có Ýt nhất 2 GB trống cho mỗi PC Máy PC có bộ nhớ ảo khoảng 400 MB trở lên Card màn hình : từ 8 MB lên Hệ điều hành : Dùng Window NT , Windows 2000 hoặc Window XP with SP1 ( với phiên bản R3) Cách cài đặt. Trước khi cài đặt phải chuẩn bị : đĩa CD ROM drive( hai đĩa CD ) , đĩa mềm 3,5 inch, phần mềm Service pack 1 Các bước cài đặt : 1. Cài đặt hệ điều hành window (nếu đã cài rồi thì bỏ qua) 2. Cài đặt Service back . Bước này không yêu cầu cho loại HIS console 3. Setup window : Để thiết lập mạng , bộ nhớ ảo và các công việc về sắp xếp bộ nhớ . 4. Cài đặt lại Service pack 5. Cài đặt phần mềm CS3000 và phần mềm hướng dẫn sử dông cho người vận hành 6. Thiết lập window : Mạng, tên người sử dụng và các thông tin cần thiết để cài đặt CS3000. Các bước cài đặt centum CS3000: 1. Coppy các file trong thư mục..”keycode”.. vào đĩa mềm Sau đó cứ để nguyên đĩa đó . 2. Chạy đĩa CD- ROM có phần mềm CS3000 ( Chạy file setup.exe) 3. Nhấn next 3 lần để xác nhận phần mềm, đích cài và đăng ký tên, bản quyền người sử dụng 4. Một hội thoại để vào ID hiện ra , gõ vào :0cs1k0304724 5. Một thông báo “ Insert next . . . “hãy nhấn NO 6. Thông báo tiếp theo chỉ ra các phần mềm sẽ được cài đặt, nhấn Next 7. Một thông báo hiện ra hãy nhấn NO. Chương trình bắt đầu cài 8. Một thông báo sẽ xuất hiện: Insert next CD- ROM, đưa đĩa thứ hai vào để tiếp tục cài 9. Một thông báo hiện ra, hãy nhấn NO 10. Nhấn next hai lần để chấp nhận cấc yêu cầu cài đặt. 11. Hiện ra thông báo khởi động lại máy, nhấn OK. Thiết lập hệ thống sau khi cài đặt CS 3000. * Công việc 1: Cài đặt bộ Network Drives * Công việc 2: Đặt lại tên vùng kết nối * Công việc 3: Đặt địa chỉ cho mạng Mạng Ethernet: IP address 172.16.1.24 Mạng control bus: IP address 172.17.1.24 * Công việc 4: Adapters và Bindings * Công việc 5: Thay đổi tên máy * Công việc 6: Thiết lập bộ Driver II. GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG: Hệ thống CS3000 bao gồm: HIS (Human Interface Station) dùng để điều khiển các chức năng vận hành và giám sát, FCS (Field Control Station) thực hiện chức năng điều khiển, và mạng điều khiển (V net) kết nối giữa các trạm trên. Các chức năng khởi tạo, định nghĩa của hệ thống làm việc trong HIS và các máy tính PC sử dụng cho mục đích chung. Hình 3.1 – Cấu hình cơ bản hệ thống CS3000 1.HIS – Human Interface Station: Trạm giao diện người máy. HIS là thiết bị được sử dụng chủ yếu trong vận hành và giám sát hệ thống. HIS thu thập các thông tin nh­ thông số công nghệ, giá trị đặt, giá trị đo, tham số điều khiển và các cảch báo, báo động từ FCS để đánh giá tình trạng hoạt động của nhà máy và hệ thống điều khiển. Các thông tin này được thể hiện dưới dạng dễ hiểu, dễ đọc trên màn hình như biểu đồ, đồ thị , văn bản, biểu mẫu trang đồ hoạ. Từ đó nó cung cấp một môi trường vận hành Ýt lỗi do nhầm lẫn nhất Có hai loại HIS: Console Type HIS và Desktop Type HIS, cả hai loại này đều là các máy tính PC công dụng chung. * Kiểu trạm máy tính thông dụng Desktop Type HIS. Trạm loại này dùng máy tính đa dụng tương thích với IBM PC/AT hoặc máy tính đa dụng tương tính với PC/AT, máy tính của YOKOGAWA. Đặc tính kỹ thuật của máy tính cho HIS nh­ sau: CPU : Pentium 166MHz hoặc mạnh hơn. Bộ nhí trong : 64 MB trở lên Đĩa cứng : 2GB hoặc hơn (Đĩa phải trống 500MB hoặc lớn hơn) CARD màn hình :1024*768 hoặc hơn, 256 màu Bộ nhí card màn hình : 2MB hoặc hơn Màn hình : 17 inch hoặc hơn Cổng nối tiếp : Một cổng RS 232C hoặc nhiều hơn ( kiểu 9chân) Cổng song song : Một cổng hoặc nhiều hơn Rãnh mở rộng : PCI, ISA ( Một rãnh PCI cho CARD mạng V/VL mét cho CARD mạng Ethernet ) Nguồn cấp : 220 - 240 VA Phần mềm cơ bản : Windows NT phiên bản 4.0 kèm Service Pack 3.0. với phiên bản CS3000 R3 thì có thể chạy trên Windows 2000 hoặc có thể chạy trên Windows XP Service Pack 1.0 * Kiểu trạm máy tính chuyên dụng Console Type HIS Cấu tạo của Console Type HIS bao gồm một bàn giao tiếp và một máy tính PC. Đây là loại HIS có sử dụng công nghệ PC mới nhất để thực hiện các chức năng vận hành của hệ DCS Hình dưới đây thể hiện hai loại màn hình LCD 15” và 18” của Console Type HIS: Hình 3.2 - Màn hình LCD Console Type HIS Trên màn hình kiểu này bao gồm : - Màn hình LCD -Panel cảm giác -Bàn phím chức năng -Ngăn kéo -Bàn phím kỹ thuật -Máy tính PC công dụng chung -Con chuột 2. Trạm điều khiển hiện trường: Field Control Station. Trạm điều khiển hiện trường FCS thực hiện chức năng điều khiển nhà máy. Phần cứng chung được sử dụng cho các trạm điều khiển khu vực trong các hệ thống CENTUM CS 1000 và CENTUM CS 3000 là PFCS và PFCD (gọi chung là PFCS). Phần cứng chỉ được sử dụng trong hệ thống CENTUM CS3000 cho các trạm điều khiển khu vực là các khối điều khiển AFS10S, AFS10D, AFS20S và AFS20D (gọi chung là LFCS). Trong cấu hình chuẩn của PFCS, các thành phần chính của nó gồm 2 khối Nest vào/ra (I/O module Nest) chứa các mô đun vào/ra để chuyển các tín hiệu đi và về từ thiết bị. Bằng việc thêm 1 rack mở rộng vào/ra, một PFCS có thể có tới 5 nest mô đun vào/ra. LFCS bao gồm các Node, I/O Nest và mạng tín hiệu RIO bus. PFCS Trạm điều khiển đơn. PFCD Trạm điều khiển kép. AFS10S Trạm điều khiển đơn kiểu rack treo. AFS10D Trạm điều khiển kép kiểu rack treo. AFS20S Trạm điều khiển đơn kiểu tủ. AFS20D Trạm điều khiển kép kiểu tủ. Tất cả các kiểu trạm điều khiển khu vực này gọi tổng quát là FCS. Với centum CS3000, FCS có những loại sau: • Standard FCS ( LFCS và KFCS) FCS sử dụng RIO Bus để kết nối giữa khối điều khiển FCS với các module vào ra và các module khác KFCS sử dụng ESB bus và ER bus để kết nối giữa khối điều khiển FCS với các module vào ra và các module khác LFCS phù hợp với điều khiển sử dụng số lượng lớn dữ liệu vào ra trong khi đó KFCS phù hợp với ứng dụng điều khiển cần tốc độ cao. • Compact type FCS ( SFCS hay PFCS) FCS này thường được đặt gần thiết bị hoặc quá trình mà nó điều khiển, thường sử dụng cho việc kết nối với hệ thống phụ. - Đối với KFCS: FCU (Field control unit ) và các node được nối với nhau bằng bus ESB (Extended Serial Backboard ) hoặc bus ER (Enhanced Remote) - Đối với LFCS: FCU và các node được nối với nhau qua RIO bus. - Đối với SFCS : Không có node , FCU và I/O unit được nối trên cùng một backplate. Sau đây sẽ giới thiệu cụ thể hơn về các FCS đã nêu ở trên . 2.1 Standard FCS cho FIO (KFCS) Standard FCS cho FIO (KFCS) gồm có một FCU, ESB bus, EB bus và các node unit - FCU (Field Control Unit) bao gồm card và unit, nó thực hiện việc tính toán điều khiển cho FCS. Với FCU kép , Card của bộ xử lý gồm hai chiếc, các thiết bị: nguồn, card giao tiếp với ESB bus và đều được dự phòng kép. - ESB bus và ER bus ESB bus (Extended Serial Backboard Bus) là bus truyền thông sử dụng để kết nối các local node, được cài trên cùng cabinet với FCU. Bus này được dự phòng kép. Khoảng cách lớn nhất có thể truyền là 10 m ER bus ( Enhanced )là bus truyền thông dùng để kết nối các node ở xa với FCU. Việc kết nối này thực hiện bằng các module giao tiếp với ER bus ( được cài đặt trên cùng cabinet với FCU hoặc một vị trí xa cabinet này). Khoảng cách lớn nhất có thể truyền là 185 m ( sử dụng cáp đồng trục 10 base2 ) hoặc 500 m (với cáp 10base5) và có thể đạt tới 2 km khi có sử dụng các bộ lặp quang - Node unit (NU) trên KFCS Node unit (NU) trên KFCS là đơn vị xử lý tín hiệu làm nhiệm vụ chuyển đổi và truyền tín hiệu vào ra số hoặc tương tự nhận được từ các thiết bị hiện trường. Trên NU có các ESB bus node unit cài đặt ở trạm FCS và ER bus node unit cài đặt trên cabinet. Để kết nối, node unit có một module ghép nối ESB hoặc module ghép nối ER và các module vào ra. Hình sau đây mô tả cấu tạo và cách kết nối của node với FCU Hình 3.3 Kết nối của node với FCU 2.2 Standard FCS cho RIO (LFCS) Đối với Standard FCS cho RIO (LFCS), FCU nối tới các node bởi RIO bus. Ta có thể chọn dự phòng cho FCU của CPU và RIO bus. Có thể đặt ở cabinet hoặc đặt ở trên rack ( rack mounting). CPU dự phòng : Đơn hoặc đôi ( kiểu dự phòng kép ). Kiểu lắp đặt : Trên cabinet hoặc rack RIO bus : Đơn hoặc dự phòng đôi • Field control Unit (FCU) cho RIO FCU cho RIO gồm có processor, các card và các unit. Với FCU kép, card xử lý (processor card ), nguồn cấp ( power unit ) và card ghép nối RIO (RIO unit interface card ) đều được dự phòng kép . • RIO bus RIO bus ( Remote I/O bus ) nối FCU tới các I/O node và có thể được dự phòng kép. I/O node không nhất thiết phải ở trên FCU cabinet, chúng có thể được đặt ở xa. Nếu ta dùng cáp xoắn đôi bọc kim thì có thể đặt cách xa 750 m, và nếu sử dụng bộ lặp cùng với sợi quang thì khoảng cách có thể lên đến 20 km. • Node Node bao gồm các unit làm nhiệm vụ kết nối giữa các tín hiệu số và tín hiệu tương tự , các khối giao diện node được truyền thông bằng RIO bus với các FCU. -Khối giao diện Node : Node interface unit (NIU) Khối giao diện Node bao gồm card truyền thông RIO bus và card nguồn, cả hai đều được dự phòng. - Khối I/O bao gồm các I/O module Nest mà nó chứa các module vào ra và được kết nối với bộ xử lý. Hình 3.4. Kết nối node với cấp trường 2.3 Compact FCS (SFCS) Với loại SFCS này thì có nguồn cấp và CPU được dự phòng kép. Trên FCS này gồm có: Bộ xử lý ( processor unit), bộ nối bus điều khiển ( control bus coupler units ), nguồn pin (battery units) , đầu ra công tắc(contact output unit), board nguồn cấp, các module vào ra, rack mở rộng Hình dưới đây là của một compack FCS với các rack mở rộng Hình 3.5. Cấu hình của một Compack FCS 2.4 Cấu hình vào ra :(I/O Module Nests and I/O Modules,Các kiểu Nest module vào/ra) Cấu hình các thiết bị vào/ra: Hình 3.6 Cấu hình các thiết bị vào ra 2.4.1 Nest. Các kiểu Nest: Có 9 kiểu Nest mô đun vào/ra nh­ trong bảng sau: (*2) *2: AMN51 PFCS Bảng 3.7 – Các loại Nest mô đun vào/ra - Nest AMN11 cho các mô đun vào/ra tương tự Nest vào/ra tương tự là nơi để lắp đặt các mô đun vào/ra tương tự. Một Nest mô đun vào/ra tương tự có thể chứa được 16 mô đun vào/ra. - Nest AMN12 cho các module vào ra tương tự với tốc độ cao Các mô đun vào/ra có thể lắp vào Nest vào/ra tương tự nh­ trong bảng sau: Bảng 3.8 – Các module lắp trong Nest AMN11 - Nest AMN31 cho các module khối đầu cuối ( terminal) chứa các module I/O đa nhiệm và module I/O số, có thể có 2 module được đặt trong nest này. Các module vào ra có thể lắp vào nest này: Bảng 3.9 Các module vào ra lắp trên nest AMN31 - Nest AMN32 cho các module vào/ra số (kiểu đầu nối - Connector) Module đa nhiệm đầu vào áp (kiểu đầu nối) và các mô đun vào/ra số (kiểu đầu nối) có thể được lắp đặt trong Nest AMN32, có thể nắp tới 4 module vào ra trên nest này Bảng 3.10. Các module trên AMN32 - Nest AMN33 cho các mô đun thông tin Các mô đun thông tin được lắp đặt trong Nest thông tin AMN33. Có thể lắp tới 2 mô đun trong 1 Nest. Bảng 3.11. Các module trên AMN33 - Nest AMN34 cho các module I/O vào ra Analog điều khiển nhiều điểm, có hai module lớn nhất có thể lắp trên nest này - Nest AMN51 cho Card thông tin Các Card thông tin được lắp đặt trong Nest thông tin AMN51. Có thể lắp tới 2 Card trong 1 Nest. Nest thông tin AMN51 chỉ được lắp đặt trong PFCS. Bảng 3.12. Các module trên AMN51 2.4.2 Các module vào ra I/O Module I/O có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu vào ra số hoặc tương tự từ thiết bị hiện trường tới trạm điều khiển FCS hay đưa ra lệnh điều khiển từ FCS tới các thiết bị hiện trường Có 7 loại I/O module sau: • Analog I/O modules • Multipoint Control Analog I/O Module • Relay I/O Module • Multiplexer Module • Digital I/O Module • Communication Module • Communication Card - Các loại module Analog I/O Bảng 3.13. Các module Analog I/O + AAM10: Module dùng cho việc chuyển đổi tín hiệu chuẩn với dải đo 1 – 5 V và 4 – 20 mA + AAM11/AAM11B: Tương tự nh­ AAM10 nhưng nó có thể mở rộng dải đo của tín hiệu + AAM21/AAM21J: Chuyển đầu vào tín hiệu từ bộ mV, cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở hoặc các tấm nhiệt + AAM50: Chuyển đổi và đưa ra giá trị dòng từ 4 – 20 mA + AAM51: Chuyển đổi và đưa ra giá trị dòng từ 4 – 20 mA hoặc 0 – 10 V Cả hai loại trên đều được dự phòng kép +APM11: Module đầu vào xung, nó nhận và tính toán các xung công tắc, xung dòng và xung áp từ hiện trường. Nó cũng đưa ra sự chuyển đổi tín hiệu đầu vào để cách ly với điện trở xung, và những đầu ra này coi nh­ các đầu ra phô. - Module Relay I/O gồm các khối đầu cuối và các card. Đầu vào là dạng tín hiệu 24VDC, 16 đầu ra được cách ly với thiết bị trường - Module multiplexer: Bao gồm các cặp đầu nối hoặc bộ kết nối và các card chuyển đổi vào, nó có thể kết nối được với 16 điểm tín hiệu ra 4 – 20 mA Bảng 3.14 Các module multiplexer - Module I/O digital: Bao gồm các card, các bộ đầu cuối và các bộ công tắc, có thể kết nối 16 hoặc 32 đầu vào ra Các loại module digital I/O Bảng 3.15. Các module digital I/O - Module truyền thông: Dùng để kết nối các hệ thống phụ ( chẳng hạn như hệ thống PLC) với các trạm FCS bởi mạch truyền thông nối tiếp và cũng để kết nối với hệ điều khiển giám sát. Module truyền thông fielbus dùng để kết nối các thiết bị hiện trường với các giao diện bus trường Các loại module truyền thông: - Model ACM11: Module truyền thông RS232 - Model ACM12: Module truyền thông RS422/ RS485. - Model ACF11: Module truyền thông bus trường - Card truyền thông: PFCS, SFCS: Được sử dụng để tăng khả năng truyền thông giữa FCS với các hệ thống phụ cho bởi việc truyền thông nối tiếp Các loại model cho card truyền thông: ACM21: Card truyền thông RS232 ACM22: Card truyền thông RS422/RS485 ACM71: Module truyền thông Ethernet - Multipoint Control Analog I/O Module: Module điều khiển vào ra tương tự đa kênh với 8 tín hiệu analog 1 – 5 VDC thành các tín hiệu số cho đầu vào và cũng có thể là 8 tín hiệu số thành tín hiệu 4 – 20 mADC dạng tương tự cho đáp ứng đầu ra 2.4.3 Kết hợp các Nest vào/ra và các mô đun vào/ra Các nest vào ra khác nhau và các module vào ra khác nhau có thể được kết hợp với nhau theo bảng sau đây: Bảng 3.16. Các cách kết hợp nest và module (*1) Bảng 3.17 Các cách kết hợp nest và module (*2) 3. Máy tính kỹ thuật ( Engineering PC ) : Đây là máy PC được sử dụng để thực hiện quản lý việc xây dựng và duy trì hệ thống CS3000. Nó có thể là cùng loại với HIS . Các chức năng vận hành giám sát trên cùng một PC, ta có thể sử dụng các chức năng test- chức năng cung cấp một trường kỹ thuật có hiệu năng và dễ sử dụng . Phần cứng: yêu cầu tương tự trên Phần mềm: Có cài đặt gói phần mềm CENTUM CS3000 và các phần mềm tiện Ých khác Những công việc liên quan đến cấu hình, phát triển, thực hiện bảo dưỡng.. hệ thống được thực hiện nhờ chức năng của trạm kĩ thuật, đặc điểm : Thực hiện trên một máy tính thông thường, với hệ điều hành WindowsNT. Trên đây thực hiện cài đặt phần mềm phát triển hệ thống, cho phép người xây dựng có thể tạo mới các dự án, đối tượng, hoặc thao tác trên các đối tượng đã có dưới nhiều hình thức khác nhau. Thậm chí còn có thể thực hiện việc mô phỏng, kiểm tra các chức năng trên phần mềm mà không cần phải có thiết bị thực. Có thể chuyển đổi giữa các cửa sổ vận hành/giám sát một cách dễ dàng. Sử dụng khả năng chia sẽ dữ liệu do windows hỗ trợ, một số người có thể cùng tham gia xây dựng một cơ sở dữ liệu trên mạng, các dữ liệu cũng có thể được tạo ra một cách riêng biệt từ các máy tính khác nhau và sau đó có thể hoà trộn lại thành hệ thống hoàn chỉnh. Một số ứng dụng chạy trên windows ví dụ nh­ MS Excel cũng có thể trao đổi dữ liệu với các công cụ phát triển này.(có thể thực hiện cắt dán trực tiếp hoặc Import hay Export..) Khả năng kiểm tra bằng mô phỏng qua phần mềm với độ chính xác cao. Một Dữ liệu kĩ thuật có thể được tái sử dụng ở một trạm khác hoặc ở một đối tượng khác. + Môi trường làm việc của trạm kỹ thuật : một HIS có thể trở thành một trạm kĩ thuật. Chức năng này có thể thực hiện trên các máy PC riêng biệt.Các chức năng trên trạm này cũng được giao diện bằng các cửa sổ.(Có thể lấy một vài ví dụ minh họa quá trình thao tác tạo subject mới , download , …) 4. Các phần cứng khác 4.1 Bus Converter Bus Converter cho phép kết nối giữa 2 bus điều khiển. Chẳng hạn nh­ giữa 2 bus V net hoặc giữa V net và RL bus. Nó quản lý dòng dữ liệu giữa chúng, có nghĩa là danh sách nhãn nằm trong Bus Converter đó. Trong một nhà máy, mạng V net có thể chia làm 2 hoặc nhiều vùng vì các lý do khác nhau: 1/ Số nhãn hoặc số trạm trong hệ thống vượt quá khả năng của DCS, vì vậy nó cần phải được chia làm nhiều vùng. 2/ Yêu cầu phải cách ly giữa các khu vực riêng rẽ của nhà máy. 3/ Hai khu vực giống hệt nhau của nhà máy có các nhãn (tagnames) giống nhau có thể được tách riêng ra. Bus Converter cung cấp sự kết nối giữa 2 vùng và cho phép dữ liệu truyền giữa 2 hệ thống trong phạm vi quản lý. Nh­ vậy dữ liệu trong vùng này có thể được giám sát bởi 1 HIS trong vùng khác. PFCS PFCS PFCS PFCS Hình 3.18. – Cấu hình hệ thống sử dụng Bus Converter Bus Converter có thể truyền 1000 nhãn/giây. 4.2. Bộ lặp quang (Optical Bus Repeater) Bộ lặp quang được thiết kế để mở rộng bus truyền thông (V net và RIO bus) của CS 3000. Việc sử dụng các bộ lặp quang có thể truyền tín hiệu qua cáp quang với khoảng cách lớn. Nó không bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ bên ngoài và những sai lệch về điện thế với đất, nó phù hợp cho việc truyền tin ngoài trời. Có 4 loại bộ lặp tín hiệu tuỳ theo khoảng cách truyền và cấu hình: YNT511S Bộ lặp quang cấu hình đơn (max: 4 km). YNT511D Bộ lặp quang cấu hình dự phòng kép ( max: 4 Km) YNT521S Bộ lặp quang cấu hình đơn (max: 15 km) YNT521D Bộ lặp quang cấu hình dự phòng kép (max: 15 km) YNT511D-V Bộ lặp quang cho V net YNT511D-R Bộ lặp quang cho RIO bus) Hình dưới đây mô tả một hệ thống sử dụng bộ lặp bus quang Hình 3.19 Hệ thống với bộ lặp quang 4.3 Cổng truyền thông : Communication Gateway Unit(CGW) CGW làm nhiệm vụ kết nối máy tính giám sát với hệ thống Vnet (tương ứng với CS1000 thì CGW kết nối máy tính giám sát với mạng VL net). Module cổng truyền thông cho CS 3000 là ACG10S-E2, module này có tính chất dự phòng kép. 5. Tính chất dự phòng và độ tin cậy của các trạm FCS 5.1 Tính dự phòng và độ tin cậy của trạm LFCS Với các LFCS, tất cả các thiết bị đều có thể hoạt động ở chế độ dự phòng kép.Việc chuyển đổi giữa hai trạng thái : hoạt động và dừng của 2 card CPU không cần bất cứ sự gián đoạn nào trong điều khiển. CPU Có 2 CPU trong mỗi card CPU. Mỗi CPU thực hiện cùng một qúa trình tính toán và kết quả sẽ được so sánh với nhau qua bé so sánh. Nếu kết quả tính toán giống nhau thì bản mạch sẽ hoạt động bình thường, kết quả tính toán được gửi tới bộ nhớ và card giao diện bus. Bộ nhớ chính sử dụng mã đúng sai ECC để thay đổi nhanh chóng các bit bị sai trong quá trình truyền dữ liệu. Nếu kết quả tính toán không giống nhau, bé so sẽ coi nh­ card CPU này bị bất thường và chuyển sang card CPU dự phòng. Bộ định thời Watch Dog được sử dụng khi phát hiện thấy bất thường trong card CPU hiện hành thì sẽ chuyển trạng thái cho 2 card CPU. Bộ dự phòng sẽ thực hiện cùng một quá trình tính toán tương tự như trong bộ hiện hành, và khi được chuyển sang trạng thái làm việc thì kết quả tính sẽ được truyền tới bộ nhớ và card giao diện bus mà không có sự gián đoạn trong điều khiển. Nếu một lỗi trong CPU bất thường được phát hiện thì bộ tự chuẩn đoán sẽ được tiến hành kiểm tra phần cứng CPU. Nếu không có lỗi phần cứng thì lỗi này sẽ được coi là lỗi tức thời và card CPU sẽ được chuyển từ trạng thái bất thường sang dự phòng. Vnet và giao diện Vnet phải hoạt động ở chế độ dự phòng kép. Các bus Remote IO. Các card giao diện bus RIO dự phòng (RB301) có thể đặt trong FCU và được sử dụng liên tục. Nếu một sự bất thường được phát hiện trên một đường bus thì đường thứ hai sẽ được sử dụng. Bus bất thường sẽ được kiểm tra định kỳ để xem xét khả năng đưa nó về trạng thái bình thường. Các nút mạng. Trong các nút, card giao tiếp nút NIC và nguồn cung cấp nút NPS, bus module I/O từ NIU tới từng module I/O cũng có thể làm việc ở chế độ dự phòng. 5.2 Dự phòng và độ tin cậy của trạm SFCS. Tương tù LFCS thì các bộ phận của SFCS cũng có thể hoạt động ở chế độ dự phòng kép và các card CPU cũng có thể chuyển nhanh chóng từ trạng thái hoạt động sang dừng mà không gặp sự gián đoạn trong điều khiển. Cần chú ý trong SFCS, mỗi card CPU chỉ có một CPU và không có bộ so sánh. Các card CPU thực hiện tính toán đồng bộ và mã đúng sai của bộ nhớ chính được dùng để sửa các bit sai. Khi truy cập vào bộ nhớ CPU không có hiệu lực thì các dữ liệu này sẽ không được sử dụng và CPU tương ứng sẽ dừng hoạt động. Nếu các lỗi xảy ra trong CPU hiện hành thì sẽ chuyển nhanh sang trạng thái dừng bằng bộ định thời Watch Dog. Mỗi CPU thực hiện vào/ra qua card giao diện vào/ra quá trình (Process I/O bus). Cả hai bé CPU đều kiểm tra khả năng bình thường của bus PIO. Nếu bất thường được phát hiện thì bộ bus PIO dự phòng sẽ được đưa vào sử dụng. 6. Lỗi CPU Nếu CPU bị lỗi thì việc truy cập vào các module I/O hoặc các xung của bộ định thời Watch Dog không đúng nhịp thì sau đó 4 giây, xung đầu ra của module I/O sẽ bị đảo và giá trị hiện tại sẽ được giữ nguyên hoặc được thay đổi bằng giá trị đặt. III. KẾT NỐI MẠNG CỦA HỆ THỐNG Hệ thống điều khiển CENTUM CS3000 có thể được kết nối với hai hệ thống mạng chính là Vnet ( mạng điều khiển ) và mạng Ethernet ( mạng công ty) 1. Mạng Ethernet Các HIS và ENG, HIS và hệ giám sát có thể được nối mạng cục bộ (LAN), máy tính giám sát và máy PC trên mạng có thể truy cập các dữ liệu động, các thông tin trong hệ CS3000. Mạng Ethernet cũng được dùng để truyền các tệp dữ liệu từ HIS tới máy tính giám sát hoặc dùng cân bằng dữ liệu trong 2 HIS thay vì sử dụng V/VL. Hệ thống chỉ có một máy thiết kế kỹ thuật thì không cần mạng Ethernet. Cấu trúc mạng: Topology hình sao, các trạm được nối trên cùng một HUB Phương pháp truy nhập đường truyền: Ethernet sử dụng phương pháp truy nhập CSMA/CD 2.Mạng Vnet Mạng Vnet sử dụng để kết nối giữa các trạm điều khiển FCS với nhau, giữa các trạm FCS với trạm giao diện HIS. Đây là mạng bus thời gian thực với tốc độ truyền là 10Mbps, với phương thức truy nhập là di chuyển thẻ bài (token passing) và đặt ở chế độ dự phòng kép. Có hai kiểu cáp : - Cáp YCB111: Dùng cho các trạm FCS, CGW với khoảng cách truyền lớn nhất là 500m - Cáp YCB141: Dùng để nối các trạm HIS với nhau, có khoảng cách truyền lớn nhất là 185m Nếu ta sử dụng bộ lặp thì : - Cáp đồng trục: tối đa là 8 bé, 1.6 km - Cáp quang : tối đa là 8 bé , 20 km 3. Bus trường Fielbus Fieldbus là một thủ tục truyền thông giữa các thiết bị trường, Fieldbus là giao thức truyền tin dưới dạng số hai chiều giữa các thiết bị trường. Fieldbus là sự đổi mới trong công nghệ điều khiển hệ thống và được tin tưởng sẽ thay thế chuẩn truyền tin analog 4¸20mA trước đây. • Đặc điểm của Fieldbus: Nhiều thiết bị có thể nối vào một đường cáp nên giảm số lượng cáp truyền. Giảm giá thành hệ thống dây dẫn nhờ giảm số lượng cáp truyền. Sử dông giao thức truyền tin số, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình xử lý thông tin nên sẽ thực hiện điều khiển chính xác. Hỗ trợ việc truyền tin đa biến giữa hệ thống điều khiển với từng thiết bị - cả biến hệ thống PV lẫn biến điều khiển MV. Việc truyền tin giữa các thiết bị cho phép phân chia vùng điều khiển độc lập theo các thiết bị chấp hành. Sự lựa chọn và kết hợp các thiết bị từ nhiều hãng cho phép xây dựng hệ thống tối ưu theo yêu cầu doanh nghiệp. Cho phép tích hợp các hệ thống khác nhau nh­ cơ khí, điện, tự động hoá xí nghiệp, tự động hoá kinh doanh, tự động hoá văn phòng và người phân tích. Một vài sự điều chỉnh và kiểm tra các thiết bị có thể được thực hiện từ một địa điểm khác nh­ phòng thiết bị. CENTUM CS 3000 hỗ trợ Foundation Fieldbus và PROFIBUS-DP Sù giao tiếp tinh vi của Fieldbus cho phép điều khiển phân tán thông qua các thiết bị trường và điều khiển tối ưu bằng cách giao tiếp với các trạm điều khiển trường (FCS). 3.1 Foundation Fielbus ( FF ) • Cấu trúc phần cứng của bus trường FF - ALF111 : là một modul giao tiếp tương thích với Fieldbus. Modul này được cài đặt trong một trạm điều khiển , tại đó nó thực hiện chức năng giao tiếp thông qua Foundation Fielbus H1 . Hình 3.20. Cấu hình hệ thống fieldbus DD file : là file nhị phân được cung cấp bởi Fieldbus Foundation (FF) hoặc nhà cung cấp thiết bị. Trong đó nó chứa các thông tin hướng dẫn cách thực hiện và thao tác với các tham số của các khối chứa năng tích hợp sẵn trên các thiết bị trường. VCR(Virtual Communication Relationship) : đây là kênh giao tiếp giữa các thiết bị trường. Capabilities file : là một file text được cung cấp bởi FF hoặc nhà cung cấp thiết bị. Trong đó chứa các thông tin về : Nguồn và khả năng, các giá trị mặc định, và chỉ mục các thông tin khác về một thiết bị trường. Mỗi file được cung cấp theo mét model thiết bị nhất định nào đó. Khối chức năng : Function Block : đây là bộ phận thực hiện các giải thuật nh­ PID và AI bên trong thiết bị trường. Các khối chức năng này được gọi là Fieldbus block Configuration Data File(Value File) : đây là file text mang thông tin mô tả để download xuống thiết trường hoặc liên kết lên thiết bị chủ. Bộ phận download đọc các thông tin trong file này và thực hiện download . File này được mô tả tuỳ theo các format file thông dụng Segment : Là một khối đơn vị kĩ thuật bao gồm một số thiết bị trường và cổng ALF111 có thể nối tới một modul giao tiếp trường. • Cấu hình hệ thống bus trường Một hệ thống bus trường bao gồm một hệ thống CS 3000, mét bus trường kết nối qua mét modul giao tiếp trường ALF111 được cài đặt trên trạm KFCS trong hệ thống, và các thiết bị trường, Foundation Fieldbus tương ứng với chuẩn bus truờng gọi là H1. Chuẩn H1 cũng đảm bảo tiêu chuẩn làm việc trong điều kiện làm việc có chất cháy nổ…. Bus trường được kết nối thông qua modul giao tiếp trường ALF111. các Module giao tiếp này được lắp trên các ray của nút cục bộ truyền tải thông tin bus ESBus hoặc trên các nút từ xa truyền tải thông tin ERBus (xem hình vẽ dưới) Modul giao tiếp trường ALF111 hoạt động nh­ một khối liên kết động có định kỳ và quản lý việc giao tiếp định kỳ thông tin trên fieldbus. Thêm vào đó nó còn giữ chức năng truyền tải thông tin giữa FCS và các thiết bị trường. Hiện nay, Hệ CENTUM CS3000 đã sử dụng đến phiên bản version R3, Các trạm sử dụng hệ điều hành Windows 2000 hoặc XP và các thiết bị trường đa phần đã tích hợp các chức năng tuỳ theo từng thiết bị và chức năng thực hiện của thiết bị. Hình 3.21. Các module truyền thông với fielbus 3.2 Truyền thông Modbus : Đơn vị truyền thông Mobus là đơn vị truyền thông với hệ thống phụ thiết kế cho Modicon PLC sử dụng giao thức Modbus. Việc truyền thông giữa FCS và Modbus PLC có thể được thực hiện mà không cần một chương trình tuỳ chỉnh nào ( customized program) Hình 3.22. Truyền thông với PLC. IV. GÓI PHẦN MỀM QUAN HỆ CỦA HỆ THỐNG CENTUM CS3000 Các bộ phần mềm trọn gói Exa-series của YOKOGAWA đã khắc phục sự thiếu thông tin giữa hoạt động sản xuất với kinh doanh, cho phép áp dụng công nghệ MES ( Manufacturimg Execution System: MES Hệ thống vận hành sản xuất.) để tăng hiệu quả và an toàn sản xuất, giảm nhân công và nâng cao chất lượng sản phẩm. 1. Bộ phần mềm phân tích sự kiện Exaplog Hình 3.23. Bộ phần mềm phân tích sự kiện Khi số lượng người vận hành giảm xuống, để giảm chi phí vận hành thì số lượng vòng thi hành mà mỗi người phải kiểm soát và điều hành đã tăng lên tới mức tối đa trong những năm gần đây. Với những điều kiện như vậy, để đảm bảo việc vận hành an toàn và ổn định, ta cần xác định các vấn đề nảy sinh - như sự báo động hay các sự kiện cần sự can thiệp của người vận hành, để đặt các bộ đếm sự kiện thích hợp. Bộ phần mềm phân tích sự kiện sẽ Exaplog truy nhập vào file nhật ký của hệ DCS và đưa ra một biểu đồ thời gian thể hiện các yêu cầu của quá trình sản xuất ( cảnh báo, các chỉ dẫn cho người theo dõi và vận hành hệ thống) thay vì các thao tác vận hành (các thiết lập MV, SV...). Exaplog sẽ giúp doanh nghiệp giảm tải cho người vận hành và tăng độ ổn định cũng nh­ khả năng tự động hoá trong sản xuất. 2. Bộ phần mềm nâng cao hiệu quả sản xuất Exaplot Hình 3.24. Bộ phần mềm nâng cao hiệu quả sản xuất Với những trạng thái vận hành không ổn định - khởi động, dừng hệ thống, các đáp ứng khẩn cấp để giải quyết bất thường hệ thống hay sù can thiệp bằng tay trong suốt quá trình vận hành, thì sự thay đổi trong kỹ thuật người vận hành có thể là nguyên nhân gây ra bất thường hệ thống, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cũng như hiệu suất làm việc. Sử dụng bộ phần mềm Exapilot, mét thao tác viên có trình độ có thể kết hợp các kỹ năng để tự động hoá quá trình vận hành và giám sát, cũng như duy trì chất lượng sản phẩm ở trình độ cao. Thao tác viên có thể hỗ trợ các sự thay đổi của nhà máy hoặc những phương pháp vận hành sản xuất mới, cũng như nâng cao hiệu quả sản xuất bằng cách quay vòng chu trình " Kế hoạch - Định nghĩa - Vận hành - Nghiên cứu - Cải tiến" để tạo ra các ứng dụng Exapilot mới. Những ứng dụng này sử dụng các thủ tục vận hành chuẩn ( Stand Operation Procedure: SOP) để thể hiện các bí quyết vận hành dưới dạng có thể nhận thức được. 3.Exaopc: Bộ phần mềm giao tiếp OPC (OLE for process) Hình 3.25. Bộ phần mềm giao tiếp OPC Gần đây có sự phát triển trong việc chia sẻ dữ liệu giữa hệ thống DCS và máy tính hệ thống MES; những thông tin được sử dụng ở mức độ cao nhất của việc kinh doanh và người dùng được cung cấp hệ thống thông tin có thể trợ giúp đưa ra các thông tin hợp thời cho công việc kinh doanh. Trong công nghiệp, hệ thống cơ sở dữ liệu được xây dựng từ các dữ liệu của thiết bị chấp hành tới dữ liệu trong phòng điều khiển. Cho tới nay, vẫn còn tồn tại khoảng cách lớn giữa máy tính MES với hệ thống DCS, vì vậy khả năng truy nhập của MES vào hệ thống cơ sở dữ liệu sản xuất không dễ dàng. Với bộ phần mềm Exaopc, Hãng YOKOGAWA đã trở thành một trong những nhà tiên phong đưa giao diện chuẩn trên nền tảng OPC để giải quyết những vấn đề này. Bên cạnh đó, YOKOGAWA cũng phát triển những chức năng đặc thù để nâng cao giao diện này. V. CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS CENTUM CS3000 1. Chức năng vận hành và giám sát. Chức năng này có những đặc điểm sau: Giao diện trên nền Windows: Chức năng này được thể hiện trên HIS, với phiên bản CS3000 R3 thì hệ điều hành có thể là Windows 2000 hoặc là Windows XP do đó nó không chỉ chạy phần mềm CENTUM mà còn cho phép chạy các ứng dụng khác như MS Excel, MS Word. Ngoài ra nó còn cung cấp phần mềm OPC ( OLE for Process Control ) sử dụng cho việc kết nối với môi trường phát triển người sử dụng ( User Develoment Environment) . Các HIS ngoài thực hiện chức năng vận hành nhà máy còn cho phép thực hiện viết báo cáo, ghi nhớ và phân tích dữ liệu quá trình Hỗ trợ các phần cứng PC mới nhất: Công nghệ phát triển máy tính PC rất nhanh chóng, CPU và tốc độ mạng được gia tăng đáng kể chúng được tương thích với hệ thống Màn hình HIS với chức năng đóng gói cả máy tính PC và bàn phím vận hành Chức năng hiển thị nhiều cửa sổ một lần Cập nhập dữ liệu tốc độ cao Có thể giám sát nhiều monitor 1.1 Chức năng vận hành và giám sát chung Gồm có các chức năng sau: -Gọi cửa sổ ( Window call – up): có thể gọi cửa sổ theo nhiều cách khác nhau, sử dụng các menu trên cửa sổ thông điệp của hệ thống ( system message window) hoặc dùng bàn phím chức năng (operator Keyboard).. -Chế độ màn hình ( Sceen mode ) cho phép ta có thể gọi nhiều cửa sổ cùng một lúc, đặt ở chế độ full- screen... - Cửa sổ thông điệp của hệ thống ( system message window ): Cho phép hiển thị cảnh báo mới nhất của hệ thống, ở đó ta có thể gọi các cửa sổ vận hành và kiểm tra. - Kích cỡ của cửa sổ: Các cửa sổ vận hành và kiểm tra có thể đặt ở các kích cỡ nh­: full-size, half- size và special - Phân cấp cửa sổ ( Window Hierarchy): Cho phép kết hợp một vài cửa sổ vận hành và kiểm tra trên một phân cấp. - Cửa sổ điều hướng ( Navigator window): Cho phép ta có thể chọn tên một cửa sổ mong muốn và gọi nó. Biểu tượng gần với tên của cửa sổ cho biết loại của cửa sổ là đồ hoạ ( graphic ), điều khiển ( control ) hay đồ thị (trend). Nếu một báo động xảy ra, cửa sổ tương ứng sẽ thay đổi màu vì thế có thể dễ dàng gọi hiện thị chi tiết cửa sổ liên quan tới báo động đó. - Hệ thống Panel: Ta có thể hiển thị một tập các cửa sổ trên các HIS khác nhau. Trong chế độ vận hành bình thường, có thể hiển thị cùng lúc các panel có quan hệ với nhau như: cửa sổ đồ họa, cửa sổ đồ thị và các đĩa hiển thị ( instrument faceplate). Mỗi hệ thống panel có thể có đến 5 cửa sổ, mỗi HIS có thể xác định được 200 panel khác nhau. - Hệ thống cửa sổ động: Hệ thống cửa sổ động được xác định bởi người vận hành trong quá trình vận hành trực tuyến. Người vận hành có thể xác định một cửa sổ mẫu và kích vào biểu tượng của cửa sổ động để đăng ký và lưu giữ hệ thống cửa sổ mong muốn. - Chức năng luân chuyển ( circulate function ): Các chức năng vận hành và kiểm tra có thể được thực hiện đồng thời với các ứng dụng window khác ( nh­ MS Word, MS Excel...). Trong trường hợp này, các cửa sổ liên quan đến HIS và các cửa sổ của các ứng dụng đó có thể cùng được hiện thị cùng một lúc. - Chức năng giải quyết báo động ( Alarm Handling Function ). Chức năng này hiển thị báo động và các thông điệp báo động. Nếu có một báo động mới vừa được hiển thị trên cửa sổ thông điệp của hệ thống, ta có thể gọi cửa sổ báo động của quá trình tương ứng và trực tiếp gọi cửa sổ liên quan đến nó, do vậy việc giải quyết lỗi sẽ nhanh và hiệu quả. 1.2 Các loại cửa sổ vận hành và kiểm tra Cửa sổ đồ hoạ ( Graphic Window): Cửa sổ đồ hoạ sử dụng các đối tượng đéng để thể hiện thiết bị. Nó có thể hiển thị đối tượng đồ hoạ, đối tượng điều khiển nh­ các faceplate, các đối tượng tổng quan hoặc sự kết hợp của các đối tượng này Cửa sổ điều chỉnh ( Tunning Window): Cửa sổ điều chỉnh hiển thị trạng thái của các khối chức năng. Nó cũng được sử dụng điều chỉnh, thiết lập các giá trị đặt và các thông số điều khiển cũng nh­ việc bật tắt các dấu hiệu vận hành. Cửa sổ này tự động được tạo khi một khối chức năng được tạo trên chương trình thiết kế. Cửa sổ đồ thị ( Trend Window): Với chức năng đồ thị, dữ liệu được theo dõi một cách cụ thể về sự biến thiên của giá trị đo. Đặc biệt còn có chức năng hiển thị dữ liệu động trong cửa sổ đồ thị động. Đồ thị lấy dữ liệu từ khối chức năng trong cửa sổ điều chỉnh và hiển thị nó dưới dạng đồ thị. Chu kỳ lấy mẫu là 1 s và tối đa 1880 dữ liệu được hiển thị. Cửa sổ hiển thị theo từng điểm: Nó đưa ra đồ thị của một giá trị đo hay điều khiển nào đó Cửa sổ báo động quá trình: Thông báo và báo động quá trình được hiển thị theo thứ tự báo động mới ở trên. Trong khu hiển thị thông báo cửa sổ này tối đa có thể lưu trữ 200 thông báo báo động, nếu vượt quá 200 các thông báo báo động sẽ được xoá theo thứ tự từ cũ trở đi. Từ các báo động đó ta có thể tìm ra tên của trạm điều khiển trường hoặc tên có liên quan. Các thông điệp đã nhận biết và chưa nhận biết cùng với các cửa sổ có liên quan có thể được hiển thị. Cửa sổ hướng dẫn người vận hành: Hiển thị các thông điệp để giúp đỡ người vận hành trong quá trình thực hiện công việc. Có thể tìm các bản thông điệp bằng cách gọi tên của trạm điều khiển trường hoặc các tag- name có liên quan. Cửa sổ phân định thông điệp: Dùng để định danh loại thông điệp nh­ là thông điệp tuần tự, thông điệp khi vận hành, thông điệp bus trường. 1.3 Chức năng hỗ trợ vận hành và giám sát - Báo cáo quá trình : Được sử dụng để thu thập, hiển thị và in ra các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống. Có 2 loại báo cáo là Tag Report và I/O Report. Tag Report hiển thị giá trị hiện thời trạng thái báo động của khối chức năng, chế độ và dữ liệu quá trình trên mỗi Tag. Ta có thể tìm báo cáo theo tên của trạm, tag name, trạng thái của báo động.. Tag I/ O Report cho phép hiển thị dạng số trạng thái I/ O trên mỗi phần tử Báo cáo các thông điệp về lịch sử: Cho phép ta có thể tìm những báo động quá trình hoặc các bản tin đã được lưu giữ bao gồm các sự kiện của quá trình và hệ thống, và hiển thị hoặc in ra những thông báo này Chức năng bảo mật: Tránh lỗi do người vận hành, an toàn cho việc duy trì hệ thống và phân quyền cho người vận hành. Người vận hành có thể định nghĩa các thuộc tính cho vận hành giám sát nh­ tên người sử dụng, nhóm người sử dụng và sự cho phép tác động của người sử dụng Chức năng báo cáo: Cho ta các báo cáo hàng ngày, hàng tháng có thể dùng MS Excel để định dạng báo cáo. Các loại dữ liệu đọc và hiển thị trên đó là: dữ liệu đóng gói ( giá trị trung bình, tổng, giá trị min, giá trị max) dữ liệu dạng lịch sử trong quá khứ, các thông báo về sự kiện cảnh báo, thông tin về tag, dữ liệu quá trình, dữ liệu batch, chức năng này hỗ trợ cho phần mềm giao diện mở OPC Kết nối với card ITV Camera: Các hình ảnh ITV có thể được thể hiện trên màn hình HIS bằng việc sử dụng chức năng của windows 2000, cho phép vận hành giám sát và xem kết quả của chúng từ HIS Chức năng tuỳ chọn màn hình desktop của centum Hiện thông điệp qua âm thanh dùng cho các báo động quá trình, các hướng dẫn trợ giúp vận hành Chức năng đa màn hình: cho phép một máy PC có thể sử dụng 2 màn hình giám sát cho phép hiển thị nhiều thông tin trên đó, công tắc chuyển đổi có thể là chuột hoặc bàn phím chức năng và 2 monitor này có một cái chính, một phụ 1.4 Chức năng duy trì hệ thống Chức năng này gồm những phần sau: Cửa sổ quan sát tổng quan trạng thái hệ thống: Hiển thị trạng thái các trạm trên Vnet và trạng thái truyền thông của hệ thống Cửa sổ báo động hệ thống: Hiển thị các thông điệp báo động của hệ thống nh­ trạng thái bất thường của phần cứng hệ thống, bất thường trong truyền thông và vì vậy ta có thể giải quyết chúng bằng cách sử dụng nút HELP Cửa sổ hiển thị trạng thái của FCS: Hiển thị các thông tin về trạng thái các trạm FCS, cấu hình phần cứng và trạng thái các bus. Ta có thể mở ra và kết thúc hiển thị FCS, download các thông tin về cấu hình của I/O Module và save các thông số hiệu chỉnh Cửa sổ thiết lập HIS: Hiển thị các thông tin về trạm và môi trường vận hành cho HIS. Cửa sổ hoạt động cho phép sử dụng để đặt các cỡ của màn hình, đặt máy in, đặt chế độ màn hình và đặt các chức năng vận hành giám sát đặc biệt Ngoài ra còn có một số chức năng nh­ hiện thị các hộp hội thoại trợ giúp, cửa sổ đặt thời gian.... 1.5 Cửa sổ hiển thị trạng thái điều khiển: Bao gồm những loại sau - Cửa sổ bản vẽ điều khiển: cho ta các trạng thái điều khiển trên một bản vẽ điều khiển. Nó cung cấp một cách tổng quan các giá trị dữ liệu, các trạng thái báo động có liên quan đến vòng điều khiển đã chọn và nó luôn được cập nhập - Cửa sổ bảng quá trình ( Sequence Table): Cung cấp một cách chi tiết các trạng thái của bảng quá trình: trạng thái quét, các luật true/ false... - Cửa sổ đồ thị logic: hiển thị các khối đồ thị một cách chi tiết và trạng thái của nó: trạng thái vòng quét, trạng thái logic true/ false và các quá trình hiển thị khác - Cửa sổ SEBOL ( SEBOL Window): Hiển thị chương trình SEBOL và trạng thái của chương trình hiện tại , ta có thể hiển thị chi tiết các khối tính toán khi mở cửa sổ này - Cửa sổ quá trình SFC: Hiển thị các trạng thái SFC, từ đây ta có thể gọi cửa sổ chi tiết cho từng bước của quá trình. 1.6 Chức năng đồ thị: Chức năng này cho phép ta quan sát các kết quả dữ liệu quá trình và trạng thái quá trình được giám sát bằng cách hiển thị và quan sát trên đồ thị kết quả Các đồ thị của hệ thống bao gồm 18 khối trend: TR0001...TR0018 và có 288 nhóm trend ( mỗi khối có16 nhóm trend), mỗi nhóm có 8 đồ thị điểm Đồ thị hiệu chỉnh: Hiệu chỉnh các tham sè nh­ PV ( CPV), SV, MV, FV, SW...với thời gian cập nhập là 1 giây Hiển thị đồ thị từ các trạm điều khiển khác, các dữ liệu có thể hiển thị ở bất cứ các HIS nào Chức năng xuất dữ liệu ra ngoài ( tuỳ chọn): Dữ liệu quá trình nhận từ HIS có thể xuất ra ngoài nhờ các ứng dụng của window Chức năng giao diện mở ( tuỳ chọn): Giao diện HIS cho máy giám sát có tương thích với OPC ( OLE for process control ) và đặc biệt là giao diện bus trường Foundation bus Chức năng giám sát trang WEB: Chức năng này cho phép hiển thị các trang đồ hoạ và đồ thị trên mạng chung bằng việc chuyển file của HIS sang file HTML và Java Appets 2. Chức năng điều khiển trạm trường FCS Đây là chức năng quan trọng cuả hệ thống. Hệ thống đảm nhận việc đo lường các quá trình nhằm thu được các số liệu cần lưu giữ, đưa ra cảnh báo quá trình, mặt khác một số tín hiệu được đưa vào tính toán để đưa ra điều khiển đối tượng. Các FCS thực hiện các chức năng điều khiển quá trình trong CENTUM CS 3000 như: điều khiển liên tục, điều khiển trình tự, các khối tính toán chung... Cấu hình của các chức năng điều khiển FCS được mô tả khái quát trên hình dưới. Các khối chức năng là các đơn vị cơ bản để thực hiện điều khiển và tính toán. Các khối chức năng nh­: khối điều khiển liên tục, các khối tính toán, các khối điều khiển tuần tự....được kết theo cách giống như sơ đồ kết nối của các thiết bị thông thường. Hình 3.26. Chức năng điều khiển hiện trường 2.1.Chức năng điều khiển bằng các khối điều khiển Chức năng điều khiển bằng các khối điều khiển thực hiện xử lý tính toán điều khiển sử dụng các biến quá trình cho việc điều khiển và kiểm tra. Các khối chức năng cung cấp cho chức năng này gọi là các khối điều khiển bằng bộ điều khiển ( regulatory control block ). Các khối điều khiển regulatory bao gồm các khối hiển thị đầu vào, khối điều khiển, khối nạp dữ liệu bằng tay, khối đặt tín hiệu , khối giới hạn tín hiệu, khối chọn tín hiệu, khối phân phối tín hiệu, khối đếm xung và khối cảnh báo. Hình 3.27 dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa khối điều khiển regulatory và các khối điều khiển cơ bản khác như khối điều khiển tuần tự ( sequence control function), khối tính toán số học, khối điều khiển logic... Hình 3.27.Biểu diễn mối quan hệ. Chức năng điều khiển bằng các bộ điều khiển regulatory control: Đó là điều khiển có phản hồi của một quá trình liên tục. Có thể sử dụng các khối chức năng trong chương trình để thực hiện. Các khối điều khiển regulatory control thực hiện xử lý tính toán điều khiển chủ yếu là các giá trị analog ( các giá trị vào ). Kết quả tính toán đưa ra là giá trị ra đã điều chỉnh MV ( Manipulated Output Value). Hình dưới đây mô tả sơ đồ khối chung của một khối điều khiển regulatory: Hình 3.28. Sơ đồ khối của khối điều khiển regulatory IN: Đầu vào PV: Biến quá trình SET: Giá trị đầu vào đặt SV: Giá trị đặt BIN: Đầu vào bù CSV: Giá trị đặt tầng RL: Đầu vào tín hiệu reset RSV: Giá trị đặt ở xa TSI: Đầu vào khoá hiệu chỉnh VN: Đầu vào giá trị bù INT: Đầu vào khoá liên động RMV:Giá trị rađiều khiển xa SUB: Đầu ra phô MLV:Tín hiệu reset OUT: Đầu ra MV: Tín hiệu ra đã tính toán RAW: Tín hiệu thô TSW:Khoá tự chỉnh Chức năng điều khiển trình tự (Sequence Cotrol): Điều khiển trình tự thực hiện các bước điều khiển theo trình tự đã định trước. Có 2 loại điều khiển trình tự : + Điều khiển theo chương trình ( kiểu multi – phase): Tức là thực hiện theo việc theo chương trình định trước. + Điều khiển có điều kiện ( kiểu giám sát): Tức là giám sát trạng thái quá trình và thực hiện việc điều khiển có điều kiện. Hệ thống điều khiển chu trình được chỉ ra trên hình sau: tuÇn tù theo giai ®o¹n gi¸m s¸t tuÇn tù liªn tôc Chøc n¨ng qu¶n lý Khèi theo b¶ng tuÇn tù Khèi SFC Khèi gi¸m s¸t Valve Khèi thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch PhÇn tö logic Khèi faceplate lai Khèi faceplate t­¬ng tù Khèi ®­êng cong logic PhÇn tö logic Khèi faceplate tuÇn tù Môc ®Ých ®iÒu khiÓn C¸c khèi chøc n¨ng dÉn ®Õn tuÇn tù C¸c khèi chøc n¨ng C¸c khèi faceplate Hình 3.29. Chức năng điều khiển tuần tự - Chức năng tính toán: Thực hiện tính toán tín hiệu Analog và tín hiệu công tắc sử dụng trong chức năng điều khiển liên tục và chức năng điều khiển tuần tự. Có hai loại khối tính toán dưới đây: +Khối tính toán số học: Giải quyết các giá trị số cố định của điểm vào ra, sử dụng một thuật toán cố định để thực hiện một phép tính số học. +Khối tính toán Analog: Chủ yếu dùng để thay đổi đặc tính của thiết bị, xử lý các tín hiệu I/O cuả quá trình cũng như các tín hiệu analog từ các khối chức năng khác. +Khối hoạt động logic: Xử lý các số liệu cố định từ đầu ra hoặc đầu vào ( tín hiệu từ công tắc và rơle, các công tắc bên trong) và sử dụng một thuật toán cố định để tính toán. +Khối tính toán đa năng: Xử lý các số liệu cố định từ đầu vào và ra, sử dụng thuật toán do người sử dụng đưa ra để thực hiện. -Khối chức năng Faceplate. Các khối đa chức năng có thể xem nh­ là một tag đơn hay một khối faceplate đơn. Khối faceplate có các loại: analog, trình tự , lai (hybrid ) Khối faceplate loại analog sử dụng cho các quá trình liên tục; khối trình tự dùng cho bước điều khiển bằng các nút bấm còn khối lai là kết hợp của hai khối trên - Chức năng quản lý đơn vị ( Unit management function ) Các chức năng quản lý đơn vị được sử dụng cho một nhóm chức năng điều khiển nào đó để miêu tả các đơn vị xử lý điều khiển chính. Một thiết bị điều khiển đơn vị cho phép chúng ta thực hiện trên một nhóm thiết bị và các thiết bị điều khiển trong đơn vị đó. Chức năng này có thể sử dụng cho các loại điều khiển quá trình thay đổi giữa điều khiển mẻ và điều khiển liên tục 2.2.Các chức năng kết nối với hệ thống phụ. Trong những năm gần đây, kỹ thuật PLC ( Programmale Logic Controller) phát triển đã được ứng dụng trong việc điều khiển liên động ( interlock) và tự động các thiết bị kỹ thuật. Thêm vào đó, các thiết bị đo thiết bị phân tích đang trở lên thông minh hoá làm tăng khả năng cho việc truyền thông dữ liệu. Các trạm điều khiển trường FCS có thể kết nối qua giao thức truyền thông RS với các hệ thống phụ trên. Các dữ liệu của hệ thống phụ được tích hợp với chức năng điều khiển FCS. Ta có thể kết nối tới hệ thống phụ thông qua các module kết nối ACM21/ACM22 ( được gắn trên một nest của module kết nối trong FCS ) hoặc sử dụng card truyền thông ACM21/ ACM22 được gắn trên một compact FCS: ALR111: Module kết nối RS – 232C ( Cho KFCS ) ALR121: Module kết nối RS – 422/RS485 ( Cho KFCS ) ACM11: Module kết nối RS – 232C ACM12: Module kết nối RS – 422/RS485 ACM21: Card kết nối đa năng RS232C ( cho Compact FCS) ACM22: Card kết nối đa năng RS-422/RS485 ( cho Compact FCS) ACM71: Module kết nối cho Ethernet ( cho Compact FCS) Danh sách các gói truyền thông cho hệ thống phụ: Gói truyền thông cho PLC FA- M3 ( cho ALR111, ALR112) Gói truyền thông Modbus ( cho ALR111, ALR112) Gói truyền thông MELSEC- A Gói truyền thông cho PLC FA- M3 ( cho ACM11, ACM12) Gói truyền thông cho phần mềm DARWIN ( cho ACM11) Gói truyền thông Modbus ( cho ACM11,ACM12) Gói truyền thông cho phần mềm hãng Siemens... 3. Chức năng điều khiển tiên tiến ( Advanced Control Function) Hệ điều khiển CENTUM CS3000 được kết nối với trạm điều khiển tiên tiến ( Advanced Process Control Station) cho quá trình điều khiển này Hình 3.30. Chức năng điều khiển APCS Sự khác nhau giữa FCS và APCS là: FCS sử dụng các khối điều khiển để thực hiện điều khiển cho nhà máy, như là khối điều khiển PID còn bộ APCS dùng để diễn giải các thuật toán điều khiển, nó sẽ được thực hiện các quá trình nhưng không ảnh hưởng đến quá trình điều khiển vận hành của nhà máy kể cả khi APCS dừng hoạt động. Bộ APCS không nối trực tiếp với các thiết bị vào ra mà nó nối với hệ thống Vnet, phần cứng của APCS là một máy PC nhưng không có chức năng dự phòng 4. Các chức năng kỹ thuật Các chức năng kỹ thuật phục vụ việc tạo cơ sở dữ liệu cần thiết cho kiểm tra, vận hành và duy trì hệ thống. Chức năng này bao gồm các yếu tố sau: Chạy trên máy tính PC công dụng chung: Giống như chức năng vận hành giám sát, chức năng kỹ thuật cũng chạy trên nền window thậm chí có thể chạy cùng trên trạm HIS với công tắt chuyển cửa sổ vận hành giám sát và cửa sổ kỹ thuật một cách dễ dàng Chức năng kiểm tra ảo “ Virtual Test”: Chức năng điều khiển có thể được mô phỏng trên máy PC. Phần cứng của FCS có thể không cần thiết, chức năng test có thể thực hiện trên một trạm HIS kỹ thuật vì vậy ta có thể thực hiện chức năng này ngay cho mỗi đoạn chương trình sau khi hoàn thành Dữ liệu kỹ thuật được dùng lại: các đoạn dữ liệu cần thiết có thể sử lý lại trong các trạm khác hoặc ở dự án khác Cấu hình của chức năng kỹ thuật được thể hiện trong sơ đồ sau: Hình 3.31. Chức năng kỹ thuật 4.1 Môi trường kỹ thuật Sự khác nhau giữa môi trường vận hành với chức năng kỹ thuật thể hiện ở điểm sau: Chức năng kỹ thuật và chức năng vận hành giám sát đều ở trên cùng một máy PC nhưng chức năng kỹ thuật chỉ dùng cho máy PC còn chức năng vận hành giám sát thì dùng cho trạm HIS 4.2 Các chức năng kỹ thuật chuẩn Chức năng này bao gồm khung nhìn hệ thống, trình tạo và chức năng test • System view ( khung nhìn hệ thống) : Cung cấp các khung nhìn hình cây của các phần tử FCS, HIS.. trong cơ sở dữ liệu kỹ thuật. Các chức năng chính của system view bao gồm: Hiển thị các khung nhìn của dữ liệu kỹ thuật Cho phép ta thực hiện chức năng mô phỏng hệ thống ( Test function) để làm tăng giá trị của cơ sở dữ liệu Cho phép thực hiện các chức năng tự cung cấp tài liệu ( self- documentation) Cho phép tạo dữ liệu mới cho dù án, FCS và HIS Cho phép download một cơ sở dữ liệu tới một FCS hoặc HIS tương ứng Cho phép lưu giữ các thông số điều chỉnh của FCS • Trình tạo ( Builder): Bao gồm các chương trình cung cấp các chức năng chung, chức năng vận hành giám sát và chức năng điều khiển cho dù án 4.3 Chức năng test function (tuỳ chọn) : Chức năng này cho phép kết nối các chức năng kiểm tra/ vận hành và chức năng điều khiển được chạy thử trước khi đưa vào vận hành. Chức năng virtual test và target test cho phép thiết lập cấu hình và chạy thử - Chức năng virtual test: Sử dụng để mô phỏng FCS để chạy thử cấu hình hệ thống trên một máy tính cá nhân. Ta có thể tạo nhiều trạm FCS ảo ở cùng một lúc Các trạm ảo được hỗ trợ các chức năng gỡ rối sau: Chức năng thực hiện một lần ( one- shot), thực hiện theo bước, chức năng breakpoint, nhận truyền thông từ các trạm khác, chức năng lưu giữ giá trị hiệu chỉnh Chức năng target test: Sử dụng các FCS và các HIS thật để mô phỏng, việc đấu dây của các thiết bị trường là không cần thiết. Ta có thể một quá trình ảo trên một FCS. Quá trình ảo này nhận tín hiệu ra của FCS tương ứng với đầu vào biến quá trình đã được đưa vào FCS Chức năng test mở rộng( Extended test function): Chức năng này có thể được sử dụng với các test chuẩn để cho phép mô phỏng FCS, cho vận hành giám sát và cho chức năng kỹ thuật để được dùng cho truyền thông giữa nhiều máy PC với nhau. Có các loạ