c2 system structure 2801

8/15/2019 c2 System Structure 2801

1/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H

S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 1

Chương 2: Cấu trúc hệ thống

2.1 Cấu trúc cơ bản của một HT ĐK&GS2.2 Mô hình phân cấp chức năng

- Mục đích phân cấp

- Đặc điểm và chức năng của từng cấp

2.3 Cấu trúc vào/ra- Vào/ra tập trung- Vào/ra phân tán

- Vào/ra trực tiếp với các thiết bị bus trường

2.4 Cấu trúc điều khiển- Điều khiển cục bộ

- Điều khiển tập trung

- Điều khiển phân tán

- Kết hợp với các cấu trúc vào/ra


2/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H

S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 2

2.1 Cấu trúc cơ bản một HT ĐK&GS

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁTHỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN

ĐO LƯỜNG VÀ TRUYỀN ĐỘNG

I/O

I/O

HỆ THỐNG KỸ THUẬT

Nối qua mạng Nối thông thường


3/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H

S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 3

Các thành phần cơ bản

Hệ thống máy tính điều khiển: Các hệ thống máy tínhđiều khiển chuyên dụng hoặc phổ thông.

Giao diện quá trình: Giao diện giữa các MTĐK với hệthống kỹ thuật thông qua các thiết bị đo lường vàtruyền động.

Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phầnmềm giao diện người máy, các trạm kỹ thuật, cáctrạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.

Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, buscảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống.

Hệ thống bảo vệ: Các thiết bị bảo vệ và cơ chế thựchiện chức năng an toàn hệ thống.


4/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H

S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 4

2.2 Mô hình phân cấp chức năng

HỆ THỐNG KỸ THUẬT

ĐIỀU KHIỂN GIÁMSÁT

Giám sát, vận hành, chẩn đoán

Điều khiển cao cấp, phối hợpQuản lý dữ liệu, lập báo cáo

ĐIỀU KHIỂN Điều khiển, điều chỉnh,Bảo vệ, an toàn,Ghi chép, cảnh giới

CHẤP HÀNH & CẢM BIẾN Đo lường, truyền độngChấp hành, đóng/cắtChuyển đổi tín hiệu

ĐIỀU HÀNHSẢN XUẤT

Điều khiển cao cấp, phối hợpQuản lý dữ liệu, lập báo cáoTối ưu hoá sản xuất

Q. LÝCÔNG TY

Tính toán giá thành, lãi suấtThống kê số liệu sản xuất, kinh doanh,Xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên

Cấptrường

Điều khiểnquá trình

Quản lýthông tin


5/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H

S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 5

Mục đích phân cấp

Định nghĩa các cấp theo chức năng, không phụthuộc lĩnh vực công nghiệp cụ thể. Mỗi cấp có chứcnăng và đặc thù khác nhau

Với mỗi ngành công nghiệp, lĩnh vực ứng dụng cóthể có các mô hình tương tự với số cấp nhiều hoặc íthơn

Ranh giới giữa các cấp không phải bao giờ cũng rõràng.

Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càngmang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu caohơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng.

Càng ở cấp trên quyết định càng quan trọng hơn,lượng thông tin cần trao đổi và xử lý càng lớn hơn.

Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế hệ thống


6/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H

S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 6

2.3 Cấu trúc vào/raVào/ra tập trung (central I/O)

I/O: input/outputA: actuator S: sensor

A S A S A S

HIỆN TRƯỜNG

MTĐK

I/O

PHÒNG ĐIỀU KHIỂN

A S A S A S

a) Vào/ra tích hợp

MTĐKI/O

b) Vào/ra kiểu module

=> Nối dây truyền thống

4-20mA0-10V...

4-20mA0-10V...


7/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H

S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 7

Vào/ra tập trung

Công việc nối dây phức tạp, chi phí cho cáp dẫn cao: sốlượng lớn các cáp nối, cấu trúc phức tạp, công thiết kế,lắp đặt lớn.

Kém tin cậy: Phương pháp truyền dẫn tín hiệu tương tựgiữa các thiết bị trường và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh

hưởng của nhiễu, gây ra sai số mà không có khả năngphát hiện.

Kém linh hoạt: Khó mở rộng bởi phải đi lại cáp dẫn,không thể lựa chọn các module vào/ra của hãng khác.

Khó chẩn đoán lỗi: Một mặt lỗi do truyền tín hiệu khó pháthiện ra, mặt khác lỗi do thiết bị rất khó có thể định vị vàđưa ra kết luận chẩn đoán.

Phù hợp với các hệ thống qui mô nhỏ: Phạm vi địa lý hẹp,một máy tính điều khiển, số lượng vào/ra không lớn


8/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 8

Vào/ra phân tán (distributed I/O)- vào/ra từ xa (remote I/O)

S AS A

MTĐK

Compact I/O

S A

bus tr ường


HIỆN TRƯỜNG

S A S AS A

Modular I/O

=> Ưu điểm nhiều, song vẫn còn nối dây truyền thống


9/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 9

Vào/ra phân tán với bus trường chuẩn

Tiết kiệm chi phí dây dẫn và công lắp đặt: Từ bộ điều khiểnxuống tới các vào/ra phân tán chỉ cần một đường truyền duynhất.

Cấu trúc đơn giản: Thiết kế và bảo trì hệ thống dễ dàng hơn.

Tăng độ tin cậy của hệ thống: – Truyền kỹ thuật số => hạn chế lỗi được hạn chế

– Nếu có lỗi truyền thông cũng dễ dàng phát hiện nhờ các biện phápbảo toàn dữ liệu của hệ bus.

Tăng độ linh hoạt của hệ thống: – Tự do hơn trong lựa chọn các thiết bị vào/ra

– Tự do hơn trong thiết kế cấu trúc hệ thống.

– Khả năng mở rộng dễ dàng hơn

Vào/ra phân tán không nhất thiết phải đặt gần tại hiện trường(chỉ lợi dụng ưu điểm cuối cùng)


10/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 10

Thiết bị thông thường và thiết bị bus trường

DA

DA

µP

DA

Sensor

MT điều khiển

Thiết bị thông thường

4-20mA

DA

BI

µP

BI

Sensor

MT điều khiển

Thiết bị bus trường

Bus tr ường

businterface


11/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 11

Vào/ra trực tiếp với thiết bị bus trường

Cấu trúc đơn giản, dễ thiết kế và lắp đặt

Giảm chi phí cáp truyền, các khối vào/ra và các phụ kiện khác

Giảm kích thước tủ điều khiển

Đưa vào vận hành và khả năng chẩn đoán các thiết bị trườngqua mạng một cách dễ dàng.

Khả năng tích hợp các chức năng điều khiển tự động xuốngcác thiết bị trường => trí tuệ phân tán (distributed intelligence)

MTĐK

bus tr ường


HIỆN TRƯỜNG

S AS AS AS A S AS A


12/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 12

2.4 Cấu trúc điều khiển Điều khiển cục bộ/điều khiển song song

Dây chuyền 1

S AS A

Dây chuyền 2

S AS A

Dây chuyền n

S AS A

MTĐK

I/O

MTĐK

I/O

MTĐK

I/O


13/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 13

Điều khiển song song

Cấu trúc cổ điển nhất Thường được sử dụng cho các hệ thống có qui mô vừa và nhỏ,

đặc biệt tiêu biểu trong các ngành công nghiệp chế tạo, lắp ráp(các dây chuyền song song độc lập với nhau)

Các thiết bị điều khiển được đặt tại hiện trường

Có thể sử dụng kết hợp cấu trúc vào/ra tập trung hoặc vào/ratrực tiếp với bus trường.

Các máy tính điều khiển làm việc hoàn toàn độc lập với nhau=> độ tin cậy cao

Hoàn toàn không có sự phối hợp giữa chúng để cùng chia sẻgiải quyết cùng một nhiệm vụ.

Một số môi trường công nghiệp không cho phép lắp đặt cácthiết bị điều khiển tại hiện trường.


14/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 14

Điều khiển tập trung (centralized control)

Nối dây truyền thống

A

Phân đoạn 1

S A S A S

Phân đoạn 2 Phân đoạn n


HIỆN TRƯỜNG

MTĐK

I/O


15/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 15

Điều khiển tập trung

Sử dụng bus trường

MTĐK

I/O

S A

I/O

S A

I/O

S A

S A S A

bus tr ường


HIỆN TRƯỜNG


16/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 16

Điều khiển tập trung

Độ tin cậy thấp: Tập trung chức năng điều khiển vàxử lý thông tin tại một máy tính duy nhất

Độ linh hoạt thấp: Mở rộng cũng như thay đổi mộtphần trong hệ thống đòi hỏi phải dừng toàn bộ hệthống.

Hiệu năng kém: Toàn bộ thông tin đều phải đưa vềtrung tâm, chậm trễ do thời gian truyền dẫn và xử lýtập trung

Chỉ phù hợp với các ứng dụng qui mô nhỏ


17/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 17

Điều khiển phân tán (distributed control,decentralized control)

bus hệ thống

A

Phân đoạn 1

A A

Phân đoạn 2 Phân đoạn n

PHÒNG ĐIỀU KHIỂNTRUNG TÂM

HIỆN TRƯỜNG

TRẠM ĐK CỤC BỘ

S S S

MTĐK 1 MTĐK 2 MTĐK n

MTGS MTGS


18/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 18

Điều khiển phân tán

Phân chia chức năng điều khiển xuống các máy tính điều khiểntại các trạm cục bộ (ở vị trí không xa với quá trình kỹ thuật).

Điều khiển phối hợp giữa các máy tính điều khiển có thể diễn ratrực tiếp hoặc thông qua các máy tính giám sát trung tâm(MTGS).

Độ linh hoạt cao hơn hẳn so với cấu trúc tập trung.

Hiệu năng cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống đượcnâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống các cấp dưới.

Mở ra các khả năng ứng dụng mới, tích hợp trọn vẹn trong hệthống như lập trình cao cấp, điều khiển trình tự, điều khiển theocông thức và ghép nối với cấp điều hành sản xuất.


19/19

2 0 0 4 , H O À N G

M I N H S Ơ N

C h ư ơ

n g 2

12/06/2015 19

Điều khiển phân tán sử dụng bus trường

Phân đoạn 1

MTĐK 1

MTGS MTGS

PHÒNG ĐIỀU KHIỂNTRUNG TÂM

HIỆN TRƯỜNG

bus hệ thống

TRẠM ĐIỀU KHIỂNCỤC BỘ

I/O

S A

bus tr ường

Phân đoạn 2

MTĐK 2

A

Phân đoạn n

MTĐK n

I/O

S A

bus tr ường

bus tr ường

S

c2 system structure 2801

Documents