Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 3+4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÀI GIẢNG

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Thị Huế

Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp

1

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

NỘI DUNG MÔN HỌC

Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo

và điều khiển công nghiệp

1

Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

Các bộ điều khiển khả trình

2

3

4

5

6

Các thiết bị giám sát trong công nghiệp

Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

Các giao thức công nghiệp tiêu biểu

Một số hệ thống công nghiệp thực tế

7

2

12/23/2014

NỘI DUNG CHƯƠNG 3

Các bộ điều khiển khả trình

3

‹ PLC (programmable logic controller)

‹ PAC (Programable automation controller)

3

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Thiết bị điều khiển

Nội dung của bộ điều khiển tự động hóa phân làm các việc sau:

V Chọn khởi động nhóm hay trình tự.

V Khởi động trình tự.

V Dừng trình tự.

V Giải quyết liên động.

V Chuyển các bước trong trình tự.

V Đảm bảo điều kiện vận hành ổn định các thiết bị công nghệ.

V Lập các vòng điều chỉnh.

V Thu thập số liệu đo và trạng thái các khóa điều khiển và bảo

vệ.

4

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Các PLC được nghiên cứu ngay từ khi ra đời các vi xử lý 8 bit

và phát triển rất nhanh.

V Triết lý của những nhà sản xuất PLC là giải quyết bài toán tự

động hóa thay cho các mạch tự động bằng rơle, giảm thời gian

nối dây

‹ Vì PLC giải quyết các bài toán logic tổ hợp và logic trình tự

nên mang tên “điều khiển logic lập trình”.

∑ Triết lý modul hóa được sử dụng triệt để, triết lý phân bố

được mở rộng.

∑ Lập trình đồ họa gần với sơ đồ tự động bằng rơle cũng đã

được ứng dụng.

5

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

Phần cứng

V Phần cứng được tổ chức thành modul kích thước gần giống

nhau, có thể gá để dùng trên giá.

6

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

Các modul đꢀꢁc tꢂ chꢃc nhꢀ sau:

V Modul nguồn PS (power suply)

Cung cấp các điện áp một chiều cho các modul khác nằm

trong các rãnh cài modul

7

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Modul CPU (central processing unit). Đây là modul quan trọng

nhất của PLC. Phải nói rằng modul CPU là một máy tính công

nghiệp chuyên dụng. Trong nhiều PLC, CPU đã xây dựng trên

cơ sở vi xử lý Pentium với đa chức, đa nhiệm vụ. Đánh giá một

CPU là tốc độ xử lý, số modul mà nó quản lý được, các hàm và

số liệu, các dịch vụ, các công cụ xây dựng được.

8

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Các modul vào ra:

Đây là các modul giao tiếp với các thiết bị cấp hiện trường, gồm:

∑ Modul vào tương tự AI (analog input): Dùng để nhận dòng

điện thống nhất hóa 4-20mA của các transmitter đo lường.

Một modul AI thường có 8, 16, 32 đầu vào tương tự dùng để

thu thập số liệu đo lường.

∑ Modul đầu vào số DI (digital input): Dùng để nhận dạng

những trạng thái của các: thiết bị công nghiệp (stop – start),

dòng cắt (on – off), vượt quá giá trị cho phép (1, 0). Modul

này đơn giản chỉ là những khóa tương tự và thường tổ chức

8, 16, 32 đầu vào.

9

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Các modul vào ra:

∑ Modul đầu ra tương tự AO (analog output): Dùng để đặt

thông số cho các bộ điều chỉnh ở ngoài.

• Đặt thông số cho các Invertor: 4 mA cho tốc độ bằng 0;

20 mA cho tốc độ định mức.

• Đặt thông số cho các van cánh bướm: 4 mA cho đóng

van; 20 mA cho mở hoàn toàn.

∑ Modul đầu ra số DO (digital output): Dùng để điều khiển

đóng cắt các thiết bị thừa hành.

• Công tắc phụ các khởi động từ, công tắc tơ, v.v…

• Các cuộn dây van điện từ, các rơle, trung gian.

• Các công tắc khởi động động cơ.

10

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Modul giao diện IM (interface modul): Dùng để lấy thông tin từ

các đối tượng có thông tin số nối tiếp, theo các chuẩn xác định

cấp thấp (RS 485, modbus, v.v…).

Modul này đảm bảo cho tổ chức các I/O phân bố (distributed

I/O) đảm bảo tính phân bố cao trong hệ thống.

V Modul truyền thông CP (communication processor):

Modul này đảm bảo nối PLC với các xa lộ hay với hệ thống

theo các giao thức yêu cầu.

V Ngoài ra còn có các modul chức năng đặc biệt FM (function

module) tùy theo từng nhà chế tạo.

11

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Phần mềm

12

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Xây dựng một ngôn ngữ lập trình khá hoàn chỉnh, đơn giản, dễ

tiếp thu, sử dụng gần với quan niệm của cá kỹ sư tự động hóa

trong hệ thống nhỏ và lớn.

V Chương trình theo chuẩn IEC 61131-3

∑ LD (Ladder Diagram)

∑ FBD (Function Block Diagram)

∑ IL (Intruction List)

∑ ST (Structuted Text)

∑ SFC (Sequential Function Chart)

13

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

PLC phải giải quyết những vấn đề sau:

V Giải quyết vấn đề thu thập số liệu đo lường xử lý để điều khiển,

để đưa vào hệ thống điều chỉnh trong PLC và ngoài PLC gồm

các vấn đề sau:

∑ Đặt thông số cho các cảm biến đo lường (parameterization)

để thích ứng với các giá trị đo với các thang đo khác nhau.

∑ Tính toán ra giá trị đo theo đơn vị đã định.

∑ Xử lý khắc độ các đầu đo (calibration).

∑ Chuyển số liệu lên cấp trên để làm các dịch vụ khác.

∑ Tính toán các phép tính số học.

14

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Giải quyết vấn đề điều khiển (tự động hóa):

∑ Các tính toán logic cho việc khởi động, dừng liên động.

∑ Các chuyển trạng thái của trình tự (logic dãy).

∑ Xác định các trạng thái báo động.

∑ Giải quyết các vấn đề phát hiện lỗi, sửa lỗi (chuẩn đoán kỹ

thuật).

∑ Chuyển các trạng thái cần thiết lên cấp trên.

15

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Tạo các mạch vòng điều khiển:

∑ So sánh, đặt thông số.

∑ Vòng điều khiển hở.

∑ Vòng điều khiển kín: PI, PID controller.

∑ Vòng điều khiển của các bài toán phi tuyến, điều khiển mờ

(Fuzzy controllers)

V Tổ chức giao tiếp:

∑ Hiển thị.

∑ Lập sơ đồ flowsheet.

∑ Giao tiếp người máy đơn giản.

16

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V PLC của ABB

∑ AC800F

∑ AC800M

∑ AC800A

∑ AV700F

∑ ....

17

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Cấu trúc hệ thống AC800F

V Các AC 800F có cấu trúc module. CPU được thiết kế như một

bảng nối đa năng mà các module khác nhau

18

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Nguồn cung cấp

∑ SA 811F điện áp vào từ 115÷ 230 VAC cho PM 803F.

19

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

PLC (programmable logic controller)

V Module Ethernet

∑ EI 813F: mô đun AUI để kết nối thu phát cho 10 base 5 ,10

base 2, 10 base T, 10 base FL hoặc đơn vị kết nói cho

PM803F

20

12/23/2014

NTH-Bộ môn kĩ thuật đo và tin học công nghiệp

Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 3+4 - Nguyễn Thị Huế