Mọi thứ bạn cần biết về hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống điều khiển phân tán phổ biến nhất được thiết kế đặc biệt với khả năng dự phòng và chẩn đoán để cải thiện độ tin cậy và hiệu suất của điều khiển. Nó mang lại sự linh hoạt hơn để điều khiển các thiết bị trường rời rạc phân tán và các trạm vận hành của nó

Trong thời đại của cuộc cách mạng công nghệ, hệ thống tự động hóa công nghiệp giao dịch với các công nghệ điều khiển tự động hóa tiên tiến để có hiệu suất kiểm soát tốt hơn đối với các quy trình phức tạp.

Hệ thống điều khiển phân tán

Để tăng độ tin cậy, năng suất và chất lượng đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất, các ngành điều khiển quá trình phải được thúc đẩy bởi các bộ điều khiển tích hợp với khả năng điều khiển phân tán cao.

Hệ thống điều khiển phân tán là gì

Hệ thống điều khiển phân tán là một hệ thống điều khiển được thiết kế đặc biệt được sử dụng để điều khiển các ứng dụng phức tạp, lớn và phân tán theo địa lý trong các quy trình công nghiệp. Trong đó, các bộ điều khiển được phân phối trong toàn bộ khu vực nhà máy.

Các bộ điều khiển phân tán này được kết nối với cả thiết bị hiện trường và máy tính đang hoạt động thông qua mạng truyền thông tốc độ cao như trong hình.

Các thiết bị trường rời rạc như cảm biến và thiết bị truyền động được kết nối trực tiếp với các mô-đun bộ điều khiển đầu vào và đầu ra thông qua một bus truyền thông. Các thiết bị trường hoặc thiết bị thông minh này có khả năng giao tiếp với PLC hoặc các bộ điều khiển khác trong khi tương tác với các thông số trong thế giới thực như nhiệt độ, áp suất, v.v.

Kiến trúc DCS

Các bộ điều khiển được phân phối theo địa lý trong các phần khác nhau của khu vực điều khiển và được kết nối với các trạm điều hành và kỹ thuật được sử dụng để giám sát dữ liệu, ghi dữ liệu, báo động và mục đích điều khiển thông qua một bus truyền thông tốc độ cao khác.

Các giao thức truyền thông này thuộc nhiều loại khác nhau như bus nền tảng, HART, Profibus, Modbus, v.v. DCS cung cấp thông tin đến nhiều màn hình cho giao diện người dùng.

4 yếu tố cơ bản của hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống điều khiển phân tán liên tục tương tác với các quá trình trong các ứng dụng điều khiển quá trình mà nó nhận được hướng dẫn từ người vận hành. Nó cũng tạo điều kiện thuận lợi cho các điểm đặt thay đổi và việc đóng mở van để người vận hành điều khiển bằng tay. Giao diện người-máy (HMI), mặt kính và hiển thị xu hướng giúp giám sát hiệu quả các quy trình công nghiệp.

Các yếu tố của DCS

Máy tính kỹ thuật hoặc bộ điều khiển

Bộ điều khiển này là bộ điều khiển giám sát trên tất cả các bộ điều khiển xử lý phân tán. Các thuật toán điều khiển và cấu hình của các thiết bị khác nhau được thực thi trong bộ điều khiển này. Giao tiếp mạng giữa PC xử lý và kỹ thuật có thể được thực hiện bởi cấu hình đơn giản hoặc dự phòng.

Bộ điều khiển phân tán hoặc Bộ điều khiển cục bộ

Nó có thể được đặt gần các thiết bị trường (cảm biến và thiết bị truyền động) hoặc một số vị trí nhất định nơi các thiết bị trường này được kết nối thông qua liên kết truyền thông. Nó nhận các chỉ dẫn từ trạm kỹ thuật như điểm đặt và các thông số khác và điều khiển trực tiếp các thiết bị hiện trường.

Nó có thể cảm nhận và điều khiển cả đầu vào / đầu ra tương tự và kỹ thuật số bằng các mô-đun I / O tương tự và kỹ thuật số. Các mô-đun này có thể mở rộng tùy theo số lượng đầu vào và đầu ra. Nó thu thập thông tin từ các thiết bị trường rời rạc và gửi thông tin này đến các trạm điều hành và kỹ thuật.

Trong hình trên, Bộ điều khiển AC 700F và AC 800F hoạt động như một giao diện truyền thông giữa các thiết bị hiện trường và các trạm kỹ thuật. Hầu hết các trường hợp, chúng hoạt động như kiểm soát cục bộ đối với các thiết bị hiện trường.

Trạm điều hành hoặc HMI

Nó được sử dụng để theo dõi toàn bộ các thông số của nhà máy bằng đồ thị và ghi dữ liệu vào hệ thống cơ sở dữ liệu thực vật. Màn hình hiển thị xu hướng của các thông số quy trình khác nhau giúp hiển thị hiệu quả và dễ dàng theo dõi.

Các trạm điều hành này thuộc nhiều loại khác nhau, chẳng hạn như một số trạm điều hành (PC) chỉ được sử dụng để giám sát các thông số, một số chỉ hiển thị xu hướng, một số để ghi dữ liệu và các yêu cầu báo động. Chúng cũng có thể được cấu hình để có khả năng điều khiển.

Phương tiện truyền thông và giao thức

Phương tiện truyền thông bao gồm các cáp truyền để truyền dữ liệu như cáp đồng trục, dây đồng, cáp quang và đôi khi nó có thể là không dây. Các giao thức giao tiếp được chọn tùy thuộc vào số lượng thiết bị được kết nối với mạng này.

Ví dụ: RS232 chỉ hỗ trợ cho 2 thiết bị và Profibus cho 126 thiết bị hoặc nút. Một số giao thức này bao gồm Ethernet, DeviceNet, bus đệ trình nền tảng, Modbus, CAN, v.v.

Trong DCS, hai hoặc nhiều giao thức truyền thông được sử dụng giữa hai hoặc nhiều khu vực, chẳng hạn như giữa các thiết bị điều khiển hiện trường và bộ điều khiển phân tán và một giao thức khác giữa bộ điều khiển phân tán và các trạm điều khiển giám sát như trạm điều hành và kỹ thuật.

7 Tính năng quan trọng của DCS

• Để xử lý các quy trình phức tạp:

Trong cấu trúc tự động hóa của nhà máy, Bộ điều khiển logic lập trình PLC được sử dụng để kiểm soát và giám sát các thông số quá trình ở các yêu cầu tốc độ cao. Tuy nhiên, do giới hạn của một số thiết bị I / O, PLC không thể xử lý các cấu trúc phức tạp.

Xử lý các quy trình phức tạp

Do đó, DCS được ưu tiên cho các ứng dụng điều khiển phức tạp với số lượng I / O nhiều hơn với các bộ điều khiển chuyên dụng. Chúng được sử dụng trong các quy trình sản xuất nơi thiết kế nhiều sản phẩm theo nhiều quy trình như kiểm soát quy trình theo lô.

Dự phòng hệ thống:

Dự phòng hệ thống

DCS tạo điều kiện cho hệ thống sẵn sàng khi cần bằng các tính năng dự phòng ở mọi cấp độ.

Tiếp tục hoạt động ở trạng thái ổn định sau bất kỳ sự cố nào, cho dù có kế hoạch hay không có kế hoạch, phần nào tốt hơn so với các thiết bị điều khiển tự động hóa khác.

Dự phòng làm tăng độ tin cậy của hệ thống bằng cách duy trì hoạt động của hệ thống liên tục ngay cả trong một số trường hợp bất thường trong khi hệ thống đang hoạt động.

Rất nhiều khối chức năng được xác định trước:

Khối chức năng được xác định trước

DCS cung cấp nhiều thuật toán, nhiều thư viện ứng dụng chuẩn hơn, các chức năng được kiểm tra trước và xác định trước để đối phó với các hệ thống phức tạp lớn. Điều này làm cho việc lập trình để điều khiển các ứng dụng khác nhau trở nên dễ dàng và tốn ít thời gian hơn để lập trình và điều khiển.

Ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ:

Nó cung cấp nhiều ngôn ngữ lập trình hơn như bậc thang, khối chức năng, tuần tự, v.v. để tạo lập trình tùy chỉnh dựa trên sở thích của người dùng.

HMI tinh vi hơn:

Tương tự như Hệ thống SCADA , DCS cũng có thể giám sát và điều khiển thông qua HMI (Giao diện máy người), cung cấp đủ dữ liệu cho người vận hành để tính phí qua các quy trình khác nhau và nó hoạt động như trái tim của hệ thống. Nhưng loại này của hệ thống điều khiển công nghiệp bao gồm các khu vực địa lý rộng lớn trong khi DCS bao gồm các khu vực hạn chế.

HMI tinh vi

DCS hoàn toàn đưa toàn bộ nhà máy quy trình đến phòng điều khiển như một cửa sổ PC. Xu hướng, ghi nhật ký và biểu diễn đồ họa của HMI mang lại giao diện người dùng hiệu quả. Hệ thống báo động mạnh mẽ của DCS giúp người vận hành phản ứng nhanh hơn với các điều kiện của nhà máy

Nền tảng có thể mở rộng:

Cấu trúc của DCS có thể được mở rộng dựa trên số lượng I / O từ hệ thống máy chủ nhỏ đến lớn bằng cách thêm nhiều máy khách và máy chủ hơn trong hệ thống truyền thông và cũng bằng cách thêm nhiều mô-đun I / O hơn trong bộ điều khiển phân tán.

Bảo mật hệ thống:

Tiếp cận để kiểm soát các quy trình khác nhau dẫn đến an toàn cho nhà máy. Thiết kế DCS cung cấp một hệ thống an toàn hoàn hảo để xử lý các chức năng của hệ thống nhằm kiểm soát tự động hóa nhà máy tốt hơn. Bảo mật cũng được cung cấp ở các cấp độ khác nhau như cấp kỹ sư, cấp doanh nhân, cấp nhà điều hành, v.v.

Áp dụng hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống DCS có thể được thực hiện trong một ứng dụng đơn giản như quản lý tải bằng mạng vi điều khiển.

Ứng dụng của DCS

Ở đây, đầu vào được đưa từ bàn phím đến một bộ vi điều khiển, bộ vi điều khiển này sẽ giao tiếp với hai bộ vi điều khiển khác. Một trong những bộ vi điều khiển được sử dụng để hiển thị trạng thái của quá trình cũng như các tải, trong khi bộ vi điều khiển còn lại điều khiển trình điều khiển rơle. Người điều khiển rơ le, đến lượt mình, điều khiển rơ le vận hành tải.

Tôi hy vọng bạn đã hiểu khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán và tầm quan trọng của nó. Đây là một câu hỏi cơ bản dành cho bạn - Đưa ra bất kỳ ứng dụng nào của DCS, bạn biết.

Hãy chia sẻ ý kiến ​​và đề xuất của bạn về bài viết này trong phần bình luận bên dưới.

Tín ảnh:

Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) bởi chồn hôi
Kiến trúc DCS của cây trồng
Các yếu tố của DCS bởi tự động hóa
Cơ cấu tổ hợp công nghiệp bằng congatec
Dự phòng hệ thống bằng kepware
Khối chức năng được xác định trước bởi dấu vết
HMI so sánh bởi tradeindia