-
08/10/2013
-
401
-
989 bài viết
Tìm hiểu về các hệ thống công nghiệp
Hệ thống điều khiển công nghiệp (Industrial Control System - ICS) là một phần thiết yếu của mọi quy trình và cơ sở hạ tầng quan trọng trong ngành công nghiệp. ICS là một hệ thống thông tin nhằm kiểm soát và hỗ trợ tất cả các loại quy trình công nghiệp về sản xuất, chế tạo, xử lý sản phẩm, phân phối, v.v. ICS bao gồm một số loại hệ thống điều khiển, chẳng hạn như hệ thống SCADA, DCS, BPCS, SIS, HMI, PLC, RTU và IED để vận hành và tự động hóa các quy trình công nghiệp. Công nghệ sử dụng trong hệ thống ICS bao gồm công nghệ về cảm biến, công nghệ điều khiển và các công nghệ liên quan đến cơ khí, điện, thủy lực, khí nén, v.v.
Hệ thống Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu ( Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA )
Hệ thống SCADA thu thập thông tin từ các thiết bị hiện trường và truyền nó đến một hệ thống máy tính trung tâm. Thông tin này được hiển thị cho người vận hành dưới dạng đồ họa hoặc văn bản, cho phép người vận hành điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống SCADA từ vị trí trung tâm theo thời gian thực. Dữ liệu thu thập được được lưu trữ giúp người vận hành giải thích, phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định điều khiển hoặc các quyết định mang tính dài hơi. Ví dụ ngành điện lực hiện có các trung tâm điều khiển xa SCADA để thu thập, theo dõi và điều khiển các trạm biến áp không người trực 110KV. Với mô hình này giúp giảm được nhân sự trực trạm, giảm thời gian xử lý sự cố.
Hình. Hệ thống SCADA điện lựcHệ thống điều khiển phân tán ( Distributed Control System – DCS )
Đây là một hệ thống mà quyền điều khiển không tập trung tại một nơi, mà nó phân tán, chia quyền điều khiển đến từng hiện trường, từng nhánh trong hệ thống. Một hệ thống DCS có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển nhiều tầng, chạy nhiều thuật toán điều khiển khác nhau. Các hệ thống DCS hiện tại có độ tin cậy rất cao và có khả năng dự phòng kép ở tất cả các nhánh trong hệ (controller, modul I/O, bus truyền thông), khả năng thay đổi chương trình, thay đổi cấu trúc hệ, thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn, không cần khởi động lại quá trình (thay đổi online).
Các hệ thống này chủ yếu được sử dụng cho các quy trình lớn, phức tạp và phân tán được thực hiện trong các ngành công nghiệp như sản xuất hóa chất và nhà máy hạt nhân, nhà máy lọc dầu, nhà máy xử lý nước và nước thải, nhà máy phát điện, sản xuất ô tô và dược phẩm. DCS nói chung là một hệ thống điều khiển quy mô lớn và được thiết kế kỹ thuật cao, thường được sử dụng để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể trong ngành. Nó chứa một bộ điều khiển giám sát tập trung được sử dụng để điều khiển nhiều bộ điều khiển cục bộ, hàng nghìn input/output và nhiều thiết bị hiện trường khác, là một phần của quy trình sản xuất tổng thể. Ví dụ trong nhà máy lọc dầu có nhiều phân xưởng nằm phân tán trên một diện tích lớn và có rất nhiều đầu vào và đầu ra ứng với từng phân xưởng nên hầu hết các nhà máy lọc dầu hiện nay đều sử dụng hệ thống điều khiển phân tán DCS. Hệ thống DCS được cấu thành bởi nhiều hệ thống nhỏ hơn nằm phân tán ở mỗi phân xưởng, mỗi hệ thống nhỏ này có nhiệm vụ đảm bảo quá trình điều khiển ở phân xưởng mà nó đảm nhiệm, nó chịu sự quản lý của các hệ thống cấp cao hơn. Các hệ thống nhỏ này sẽ quản lý trực tiếp các thiết bị tại hiện trường như van, cảm biến, mô tơ...Tập hợp tất cả các dữ liệu từ các hệ thống phân tán ở từng phân xưởng sẽ được gởi lên các hệ thống cấp cao hơn, các hệ thống này thường được tập trung ở phòng điều khiển trung tâm của nhà máy, nơi mà các kỹ sư vận hành và nhà quản lý trực tiếp đưa ra những quyết định về chế độ hoạt động của nhà máy.
Hình. Hệ thống DCSBộ điều khiển lập trình (Programmable Logic Controller - PLC):
Trong các hệ thống ICS, SCADA, DCS đều có thiết bị PLC. Đây là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.
PLC được coi là máy tính kỹ thuật số có thành phần chính là (1) bộ nhớ chương trình RAM, (2) bộ vi xử lý và (3) Các modul vào /ra. Có thể lập trình PLC để:
Hình. Thiết bị PLC được ghép nối với các cơ cấu chấp hành/cảm biến
Tham khảo
Wikipedia
CEH
huphaco
William L. Luyben, Pade S. Buckley, Joseph P. Shunta, Design of distillation column control system, 2005
TS Nguyễn Đình Lâm. Giáo trình các quá trình phụ trợ trong công nghệ lọc dầu
Hệ thống Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu ( Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA )
Hệ thống SCADA thu thập thông tin từ các thiết bị hiện trường và truyền nó đến một hệ thống máy tính trung tâm. Thông tin này được hiển thị cho người vận hành dưới dạng đồ họa hoặc văn bản, cho phép người vận hành điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống SCADA từ vị trí trung tâm theo thời gian thực. Dữ liệu thu thập được được lưu trữ giúp người vận hành giải thích, phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định điều khiển hoặc các quyết định mang tính dài hơi. Ví dụ ngành điện lực hiện có các trung tâm điều khiển xa SCADA để thu thập, theo dõi và điều khiển các trạm biến áp không người trực 110KV. Với mô hình này giúp giảm được nhân sự trực trạm, giảm thời gian xử lý sự cố.
Hình. Hệ thống SCADA điện lực
Đây là một hệ thống mà quyền điều khiển không tập trung tại một nơi, mà nó phân tán, chia quyền điều khiển đến từng hiện trường, từng nhánh trong hệ thống. Một hệ thống DCS có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển nhiều tầng, chạy nhiều thuật toán điều khiển khác nhau. Các hệ thống DCS hiện tại có độ tin cậy rất cao và có khả năng dự phòng kép ở tất cả các nhánh trong hệ (controller, modul I/O, bus truyền thông), khả năng thay đổi chương trình, thay đổi cấu trúc hệ, thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn, không cần khởi động lại quá trình (thay đổi online).
Các hệ thống này chủ yếu được sử dụng cho các quy trình lớn, phức tạp và phân tán được thực hiện trong các ngành công nghiệp như sản xuất hóa chất và nhà máy hạt nhân, nhà máy lọc dầu, nhà máy xử lý nước và nước thải, nhà máy phát điện, sản xuất ô tô và dược phẩm. DCS nói chung là một hệ thống điều khiển quy mô lớn và được thiết kế kỹ thuật cao, thường được sử dụng để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể trong ngành. Nó chứa một bộ điều khiển giám sát tập trung được sử dụng để điều khiển nhiều bộ điều khiển cục bộ, hàng nghìn input/output và nhiều thiết bị hiện trường khác, là một phần của quy trình sản xuất tổng thể. Ví dụ trong nhà máy lọc dầu có nhiều phân xưởng nằm phân tán trên một diện tích lớn và có rất nhiều đầu vào và đầu ra ứng với từng phân xưởng nên hầu hết các nhà máy lọc dầu hiện nay đều sử dụng hệ thống điều khiển phân tán DCS. Hệ thống DCS được cấu thành bởi nhiều hệ thống nhỏ hơn nằm phân tán ở mỗi phân xưởng, mỗi hệ thống nhỏ này có nhiệm vụ đảm bảo quá trình điều khiển ở phân xưởng mà nó đảm nhiệm, nó chịu sự quản lý của các hệ thống cấp cao hơn. Các hệ thống nhỏ này sẽ quản lý trực tiếp các thiết bị tại hiện trường như van, cảm biến, mô tơ...Tập hợp tất cả các dữ liệu từ các hệ thống phân tán ở từng phân xưởng sẽ được gởi lên các hệ thống cấp cao hơn, các hệ thống này thường được tập trung ở phòng điều khiển trung tâm của nhà máy, nơi mà các kỹ sư vận hành và nhà quản lý trực tiếp đưa ra những quyết định về chế độ hoạt động của nhà máy.
Hình. Hệ thống DCS
Trong các hệ thống ICS, SCADA, DCS đều có thiết bị PLC. Đây là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.
PLC được coi là máy tính kỹ thuật số có thành phần chính là (1) bộ nhớ chương trình RAM, (2) bộ vi xử lý và (3) Các modul vào /ra. Có thể lập trình PLC để:
- Điều khiển PID, FUZY
- Điều khiển liên tục nhiệt độ áp suất lưu lượng…
- Điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước
- Điều khiển biến tần
- Điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước
- Khối đầu vào thêm các khâu cảm biến tương tự (analog), chiết áp…
- Khối đầu ra có thêm các thiết bị tương tự như biến tần, động cơ Servo, động cơ bước…
Hình. Thiết bị PLC được ghép nối với các cơ cấu chấp hành/cảm biến
Tham khảo
Wikipedia
CEH
huphaco
William L. Luyben, Pade S. Buckley, Joseph P. Shunta, Design of distillation column control system, 2005
TS Nguyễn Đình Lâm. Giáo trình các quá trình phụ trợ trong công nghệ lọc dầu
Chỉnh sửa lần cuối:
