Hệ thống DCS là gì? Các chức năng của điều khiển phân tán là gì?

Hệ thống DCS là gì ?

DCS là viết tắt của Distributed Control System – Hệ thống tinh chỉnh và điều khiển phân tán – Đây là một hệ thống mà quyền tinh chỉnh và điều khiển không tập trung chuyên sâu tại một nơi, mà nó phân tán, chia quyền tinh chỉnh và điều khiển đến từng hiện trường, từng nhánh trong hệ thống .

So với hệ thống điều khiển PLC, hệ thống DCS là một giải pháp tòan vẹn hơn. Chúng bao gồm cả phần cứng, phần mềm và truyền thông cho toàn hệ thống.

Hệ thống DCS làm được gì ?

Ưu điểm của hệ thống DCS là nó có năng lực giải quyết và xử lý những tín hiệu analog và triển khai chuỗi xử lý tính toán phức tạp. Không những thế, chúng còn thuận tiện được tích hợp hay lan rộng ra .
Ngày nay, những hệ thống sản xuất dù lớn hay bé đều có sự Open của những thiết bị tinh chỉnh và điều khiển, mạng tiếp thị quảng cáo và ứng dụng quản lý và điều hành hệ thống tương hỗ tích hợp năng lực tinh chỉnh và điều khiển phân tán. Các hệ thống này hoàn toàn có thể quản trị được từ vài trăm đến vài nghìn điểm in / out .
Một hệ thống DCS hoàn toàn có thể triển khai đồng thời nhiều vòng kiểm soát và điều chỉnh, tinh chỉnh và điều khiển nhiều tầng, chạy những thuật toán điều khiển và tinh chỉnh tân tiến như : điều khiển và tinh chỉnh theo quy mô dự báo ( MPC ), Fuzzy, Neural, tinh chỉnh và điều khiển chất lượng ( QCS ) … Nhờ có cấu trúc giống hệt phần cứng và ứng dụng .

Cùng với sự tăng trưởng của hệ thống DCS, những hệ thống điều khiển và tinh chỉnh cho đến hiện tại tương hỗ rất nhiều phương pháp truyền thông online ( Profibus, Ethernet, Foundation FieldBus ) từ cục bộ cho đến cấp quản trị .
Luôn được tôn vinh điều tra và nghiên cứu, nâng cấp cải tiến. Các hệ thống DCS hiện tại có độ đáng tin cậy rất cao và có năng lực dự trữ kép ở toàn bộ những nhánh trong hệ ( controller, modul I / O, bus tiếp thị quảng cáo ), năng lực biến hóa chương trình, đổi khác cấu trúc hệ, thêm bớt những thành phần mà không làm gián đoạn, không cần khởi động lại quy trình ( đổi khác trực tuyến ) .
Tất cả những đặc thù trên cho thấy những hệ thống DCS trọn vẹn phân phối nhu yếu về một giải pháp tự động hóa tích hợp toàn diện và tổng thể .

Hệ thống DCS được phân loại như thế nào ?

Hiện nay, những hệ thống DCS được phân loại dựa trên nền tảng hoạt động giải trí của chúng, đơn cử chúng được chia làm 3 loại mà tất cả chúng ta hoàn toàn có thể hiểu như sau :

Hệ thống DCS chạy trên nền máy tính PC

Trong những năm gần đây, việc mạnh dạn thử nghiệm và sử dụng máy tính cá thể ( PC ) trực tiếp làm thiết bị tinh chỉnh và điều khiển đã trở nên phổ cập hơn rất nhiều. Nếu so sánh với những bộ điều khiển và tinh chỉnh PLC và những bộ điều khiển và tinh chỉnh DCS chuyên biệt thì giải pháp này có những lợi thế như :

• Tính năng mở
• Khả năng lập trình tự do
• Hiệu năng tính toán cao
• Đa chức năng
• Tính kinh tế cao

Công nghệ máy tính tăng trưởng, công nghiệp ứng dụng và công nghệ tiên tiến bus trường chính là những yếu tố can đảm và mạnh mẽ chứng minh và khẳng định năng lượng cạnh tranh đối đầu của PC trong tinh chỉnh và điều khiển công nghiệp .

Hệ thống DCS trên nền PC là một hướng giải pháp tương đối mới, đơn cử như : PCS7 ( Siemens, giải pháp Slot-PLC ), 4C ontrol ( Softing ), Stardom ( Yokogawa ) …

Hệ thống DCS hoạt động giải trí trên nền PLC

Thiết bị điều khiển và tinh chỉnh logic lập trình được ( PLC, programmable logic controller ) chúng hoàn toàn có thể được xem là một loại máy tính tinh chỉnh và điều khiển chuyên sử dụng .
Với cấu trúc ghép nối in / out linh động, nguyên tắc thao tác đơn thuần, năng lực lập trình và tàng trữ chương trình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp tới phần cứng, … đó là nguyên do cho thấy PLC thích hợp cao với hệ thống DCS .
Một số hệ thống DCS hoạt động giải trí trên nền PLC tiêu biểu vượt trội là SattLine ( ABB ), Process Logix ( Rockwell ), PCS7 ( Siemens ), …

Hệ thống DCS kiểu cũ

Các hệ thống này thực ra là những module tinh chỉnh và điều khiển được đơn vị sản xuất máy móc tăng trưởng và nhúng vào. Chúng thường là một hệ kín, ít tuân theo những chuẩn tiếp xúc công nghiệp thời nay, những bộ tinh chỉnh và điều khiển được sử dụng cũng thường chỉ làm trách nhiệm tinh chỉnh và điều khiển quy trình, thế cho nên phải sử dụng tích hợp PLC cho những bài toán điều khiển và tinh chỉnh logic và điều khiển và tinh chỉnh trình tự .
Các hệ mới sau này cũng có tính năng mở tốt hơn, một số ít bộ có cả năng lực điều khiển và tinh chỉnh lai. Đảm nhiệm cả những công dụng điều khiển và tinh chỉnh quy trình, điều khiển và tinh chỉnh trình tự và điều khiển và tinh chỉnh logic ( hybrid controller ) .
Ngày nay với sự tăng trưởng vượt bậc của những hệ thống DCS, thì cá hệ thống cũ này cũng dần được sửa chữa thay thế, tái tạo lại để tương thích với nhu yếu điều khiển và tinh chỉnh hệ thống của chủ doanh nghiệp .

Các thành phần trong một hệ thống tinh chỉnh và điều khiển phân tán DCS

Trong một hệ thống DCS có rất nhiều thành phần khác nhau tham gia vào. Nhưng xét toàn diện và tổng thể, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể tạ, chia chúng làm 4 phần chính như bên dưới để thuận tiện khám phá cũng như quản lý và vận hành .
Các thành phần gồm có :

Trạm điều khiển và tinh chỉnh cục bộ

Là nơi thực hiện mọi chức năng điều khiển cho một công đoạn. Các trạm điều khiển cục bộ thường được đặt rải rác gần khu vực hiện trường sản xuất.

Các tính năng do trạm điều khiển và tinh chỉnh cục bộ thực thi như :

• Điều khiển quá trình: Điều khiển các mạch vòng kín (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,…)
• Điều khiển trình tự
• Điều khiển logic
• Đặt các tín hiệu đầu ra về trạng thái an toàn trong trường hợp có sự cố hệ thống
• Lưu trữ tạm thời các tín hiệu xử lý trong trường hợp mất liên lạc với trạm vận hành
• Nhận biết các trường hợp vượt ngưỡng giá trị và tạo các thông báo báo động

Bất kể loại thiết bị nào được sử dụng, một trạm điều khiển và tinh chỉnh cục bộ cần phải thỏa những nhu yếu quan trọng về mặt kỹ thuật như :

• Tính năng thời gian thực
• Độ tin cậy và tính sẵn sàng
• Lập trình thuận tiện, cho phép sử dụng/ cài đặt các thuật toán cao cấp
• Khả năng điều khiển lai (liên tục, trình tự và logic)

Trạm quản lý và vận hành hệ thống DCS

Trạm quản lý và vận hành thuộc cấp điều khiển và tinh chỉnh giám sát, những trạm này được đặt tại phòng điều khiển và tinh chỉnh TT. Các trạm quản lý và vận hành hoàn toàn có thể hoạt động giải trí song song và độc lập với nhau. Người ta thường sắp xếp mỗi trạm quản lý và vận hành tương ứng với một phân đoạn hoặc một phân xưởng để tiện điều khiển và tinh chỉnh .
Tuy nhiên, những ứng dụng chạy trên toàn bộ những trạm trọn vẹn giống nhau, cho nên vì thế trong trường hợp thiết yếu mỗi trạm đều hoàn toàn có thể thay thế sửa chữa tính năng của những trạm khác .
Các tính năng tiêu biểu vượt trội của một trạm quản lý và vận hành gồm có :

• Hiển thị các hình ảnh chuẩn (hình ảnh tổng quan, hình ảnh từng mạch vòng, hình ảnh điều khiển trình tự, các đồ thị thời gian thực…)
• Hiển thị các hình ảnh đồ họa tự do (lưu đồ công nghệ, các phím điều khiển)
• Tạo và quản lý các công thức điều khiển
• Xử lý các sự kiện, sự cố
• Lưu trữ và quản lý dữ liệu
• Chẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống
• Hỗ trợ lập báo cáo tự động

Trạm kỹ thuật – tăng trưởng hệ thống DCS

Trạm kỹ thuật là nơi setup những công cụ tăng trưởng hệ thống DCS, được cho phép đặt thông số kỹ thuật, tạo và theo dõi những chương trình ứng dụng điều khiển và tinh chỉnh và giao diện người máy, … cho hệ thống

Một số đặc tính tiêu biểu vượt trội của những công cụ tăng trưởng trên trạm kỹ thuật là :

• Công việc phát triển không yêu cầu có phần cứng DCS tại chỗ
• Các ngôn ngữ lập trình thông dụng là sơ đồ khối hàm (FBD-Function Block Diagram, hoặc CFC-Continuous Function Chart)

Trong một số ít hệ thống, người ta không phân biệt giữa trạm quản lý và vận hành và trạm kỹ thuật, mà sử dụng một bàn phím có khóa chuyển qua lại giữa hai chính sách quản lý và vận hành và tăng trưởng .

Hệ thống tiếp thị quảng cáo

Khi sử dụng cấu trúc in / out phân tán, những trạm tinh chỉnh và điều khiển cục bộ sẽ được bổ trợ những module giao diện bus để nối với những trạm in / out từ xa và 1 số ít thiết bị trường mưu trí .
Các bus trường thường phải thỏa mãn nhu cầu nhu yếu như :

• Tính năng thời gian thực
• Mức độ đơn giản và giá thành thấp

Đối với môi trường tự nhiên dễ cháy nổ ; còn những nhu yếu kỹ thuật đặc biệt quan trọng khác về chuẩn truyền dẫn, vật tư cáp và tính năng điện học của những linh phụ kiện mạng, cáp truyền, …
Các loại bus trường truyền thông online được tương hỗ mạnh nhất là Profibus-DP, Foundation Fieldbus, DeviceNet và AS-I. Trong thiên nhiên và môi trường yên cầu bảo đảm an toàn cháy nổ thì Profibus-PA và Foundation Fieldbus là hai hệ được sử dụng phổ cập nhất .

Tìm hiểu những công dụng của hệ thống DCS

Chức năng chính và là công dụng quan trọng nhất của DCS ; là điều khiển và tinh chỉnh hàng loạt những quy trình công nghệ tiên tiến trong nhà máy sản xuất. Chức năng tinh chỉnh và điều khiển do những thiết bị tinh chỉnh và điều khiển tiếp đón, được đặt tại phòng tinh chỉnh và điều khiển TT hoặc trong những trạm tinh chỉnh và điều khiển .

Chức năng tinh chỉnh và điều khiển

DCS triển khai toàn bộ những tính năng tinh chỉnh và điều khiển cơ bản của một nhà máy sản xuất. Các thành phần thực thi những tính năng tinh chỉnh và điều khiển cơ bản trong DCS gọi là những “ khối hàm ” ( Function Block ). Mỗi khối hàm đại diện thay mặt cho một bộ phận nhỏ nhất trong bài toán điều khiển và tinh chỉnh. Việc thực thi phong cách thiết kế tính năng tinh chỉnh và điều khiển thực ra là cách phối hợp ; những khối hàm lại với nhau cho tương thích .

– Chức năng thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động: Tự động thực hiện điều chỉnh phản hồi cho các vòng của các quá trình liên tục. Thành phần chính tham gia vào chức năng điều chỉnh tự động là các khối PID; các khối hàm chuyển đổi định dạng dữ liệu in/out và các khối hàm toán học

– Chức năng thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự: Được thực hiện cho một số công đoạn làm việc theo chuỗi sự kiện nối tiếp trong nhà máy. Chức năng này vừa điều khiển từng công đoạn độc lập; đồng thời quản lý toàn bộ chuỗi sự kiện xảy ra trong hệ thống.

– Chức năng thực hiện các thuật toán phức tạp: Hệ thống DCS là hệ điều khiển ứng dụng cho các nhà máy có quy mô lớn; công nghệ hiện đại và phức tạp. Vì thế, cần có những thuật toán tiên tiến để giải quvết các bài toán tối ưu và tiết kiệm nguyên liệu.

Chức năng quản lý và vận hành và giám sát hệ thống

• Hệ thống DCS cho phép chúng ta biểu diễn toàn bộ các quá trình; thiết bị trong nhà máy lên màn hình một cách trực quan và sinh động, cung cấp các giao diện vận hành và giám sát.
• Hệ thống DCS đã phân chia, sắp xếp và biểu diễn các tham số; trạng thái dưới nhiều hình thức khác nhau nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành. Các biến quá trình ngoài việc ta có thể xem trực tiếp. Ta còn có thể giám sát thông qua các đồ thị. Cho phép chúng ta so sánh, đánh giá chất lượng điều khiển và ra quyết định điều khiển.
• Bên cạnh các chức năng điều khiển, giám sát trạng thái; việc đưa ra các cảnh báo cho người vận hành và các gợi ý xử lý; cũng là một yêu cầu không thể thiếu đối với bất cứ một hệ DCS nào. Các cảnh báo trong hệ thống được chia thành nhiều cấp độ khác nhau:
  • Cảnh báo nguy cơ (Warrning)
  • Báo động (Alarm
  • Báo lỗi (Failure)
• Để hỗ trợ cho công tác giám sát và quản lý; DCS cung cấp các báo cáo cho từng biến quá trình; các khu vực quan trọng theo định kỳ hoặc theo yêu cầu. Ngoài ra luôn có các báo cáo thực hiện thường xuyên nhằm:
  • Thu thập, hiển thị và in ra các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống
  • Báo cáo về các cảnh báo, tín hiệu vào/ra và các trạng thái
  • Báo cáo về lịch sử làm việc, các lỗi, sự kiện xảy ra trong hệ thống
• Chức năng an toàn hệ thống (Security) Để ngăn chặn các lỗi trong vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống. DCS cung cấp khả năng phân chia quyền truy cập vào hệ thống chi tiết đến từng thiết bị và khối hàm. Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác nhau từ cấp các khu vực; đến từng thiết bị trong nhà máy. Mỗi người vận hành chỉ có quyền hạn và trách nhiệm trong một khu vực nhất định.

Nội dung bài viết đã cung cấp cho chúng ta cái nhìn tổng quan nhất về hệ thống DCS. Để hiểu rõ được thực tế hệ thống này hoạt động như thế nào; chúng ta cần có những mô hình hoặc trực tiếp tham gia vào khai thác hệ thống DCS; tại các nhà máy thì mới nắm vững được chúng.

Bài viết mình có tìm hiểu thêm từ nhiều nguồn tư liệu ; nên chắc như đinh sẽ có sai sót trong quy trình triển khai nội dung. Rất mong nhận được những góp ý của bạn đọc để bài viết ngày một hoàn hảo hơn !

Source: https://vh2.com.vn
Category : Công Nghệ