CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
Vai trò chức năng của tự động hóa quá trình công nghệ
1.1.1 Vai trò của tự động hoá quá trình công nghệ
Xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay tập trung vào việc ứng dụng kỹ thuật điện tử, tin học và cơ khí chính xác để thực hiện tự động hóa Tự động hóa không chỉ được áp dụng cho từng máy và tổ hợp máy mà còn mở rộng ra toàn bộ dây chuyền công nghệ và nhà máy, hướng tới việc tự động hóa trong toàn bộ ngành sản xuất.
Trong quá trình phát triển của tự động hoá, lượng thông tin trao đổi giữa người với máy và giữa máy với máy ngày càng gia tăng Để sản xuất sản phẩm chất lượng, cần kiểm soát hàng trăm thông số kỹ thuật khác nhau Người quản lý phải thu nhận và xử lý một khối lượng lớn thông tin về kỹ thuật, kinh tế và nhu cầu thị trường để đưa ra quyết định chính xác Việc xử lý thông tin không kịp thời có thể dẫn đến quyết định sai lầm, gây thiệt hại cho sản xuất Trước đây, việc thu thập và xử lý thông tin thường tốn nhiều thời gian và nhân lực Tuy nhiên, từ khi máy tính ra đời, tình hình đã thay đổi Máy tính được sử dụng để điều khiển các thông số kỹ thuật trong dây chuyền công nghệ và hỗ trợ giám sát, quản lý quá trình sản xuất, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất nhờ vào khả năng xử lý thông tin nhanh chóng và hiệu quả.
Cơ khí hóa giúp giảm bớt sức lao động chân tay của con người, trong khi tự động hóa (TĐH) không chỉ giảm nhẹ sức lao động chân tay mà còn cả lao động trí óc.
Các hệ thống điều khiển tự động hóa qúa trình công nghệ (ĐK TĐH
QTCN đã mang lại nhiều lợi ích kinh tế xã hội rõ rệt, bao gồm việc nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm, sử dụng nguyên liệu và năng lượng một cách hợp lý, cũng như giảm số lượng người tham gia trực tiếp vào quá trình sản xuất.
Các hệ thống điều khiển tự động trong quá trình công nghiệp ngày càng trở nên gọn nhẹ và dễ vận hành, đã được áp dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.
1.1.2 Chức năng của hệ thống TĐH QTCN
Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ, các hệ thống TĐH - QTCN ngày nay ngày một hoàn thiện với 4 chức năng chủ yếu sau đây:
- Chức năng trao đổi trực tiếp
Hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ cần đảm bảo thông tin đầy đủ và chính xác cho toàn bộ hệ thống Nội dung thông tin cần được giải quyết bao gồm các yếu tố quan trọng liên quan đến quy trình và hiệu suất hoạt động.
- Chọn, soạn thảo và thu nhận thông tin Ví dụ: đo lường các thông số của quá trình, các tín hiệu về trạng thái của hệ thống…;
Kiểm tra và ghi lại các thông số kỹ thuật của thiết bị để so sánh với các giá trị ban đầu Cần yêu cầu tín hiệu hoá khi các giá trị vượt quá giới hạn cho phép.
- Phân tích được hoạt động của hệ thống, ghi nhận trạng thái khi không an toàn ;
- Ghi lại quá trình công nghệ theo các thông số công nghệ yêu cầu Ví dụ: đồ thị, ảnh…
*) Chức năng trao đổi trực tiếp:
Các hệ thống con trao đổi trực tiếp có vai trò quan trọng trong việc xử lý logic thông tin hệ thống, giúp xác định và trích xuất các thông tin quan trọng về trạng thái của hệ thống Nhờ vào những thông tin này, hệ thống có thể được xử lý hiệu quả trong các tình huống sự cố và duy trì hoạt động bình thường Các nhiệm vụ cơ bản của hệ thống bao gồm quản lý và điều khiển tình trạng hoạt động của hệ thống.
- Trao đổi điều kiện của công nghệ, trạng thái của thiết bị công nghệ;
- Kiểm tra các thông tin, cho kết quả;
- Thông báo trước về tình trạng sự cố, khả năng giảm chất lượng sản phẩm
Chức năng này nhằm đưa công nghệ đang thực hiện đạt được các mục tiêu hiệu quả nhất Các hệ con chức năng điều khiển phải đảm bảo:
- Điều chỉnh, bảo vệ, điều khiển logic…(theo yêu cầu công nghệ ) các thông số của hệ:
- Ổn định các thông số của công nghệ;
- Đảm bảo chống nhiễu lên hệ thống;
- Dừng hoặc khởi động liên động khi thay đổi ca sản xuất;
- Điều khiển các hoạt động bổ trợ, năng lượng…;
- Kiểm tra hoạt động của các luật điều khiển;
- Chọn chế độ tối ưu cho hoạt động của máy;
- Cùng với người vận hành, phải đảm bảo điều khiển hệ trong các chế độ của hệ thống;
- Đảm bảo kế hoạch tối ưu cho quá trình sản xuất
Hệ thống tự động hóa quá trình công nghiệp không chỉ đảm bảo các chức năng chính mà còn cần đáp ứng các yêu cầu liên quan đến môi trường và sức khỏe con người, cả trong và ngoài môi trường làm việc.
- Bảo vệ sức khoẻ của con người (người vận hành, quanh khu vực )
- Bảo vệ an toàn, kỹ luật lao động;
- Bảo vệ chống sự cố lên người vận hành, môi trường
- Bảo vệ các vấn đề về môi trường như khí thải, nước thải
Mức độ phát triển của các chức năng phụ thuộc vào sự tiến bộ của công nghệ, đầu tư vào tự động hóa và yêu cầu chất lượng sản phẩm.
Một số khái niệm trong hệ thống ĐK TĐH QTCN
Cấu trúc phân cấp điều khiển
Hệ thống điều khiển có thể được mô tả theo hình tháp và được chia thành 4 cấp điều khiển, tạo thành một cấu trúc phân cấp điều khiển.
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc phân cấp điều khiển
Cấp 0 là cấp trường (Field) là cấp tiếp xúc giữa hệ điều khiển và QTCN Ở đây có các cảm biến (sensor), các thiết bị dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN Ở cấp này còn có các cơ cấu chấp hành (Actuator) như rơle, động cơ, van vv…
Dùng để nhận thông tin điều khiển và chấp hành các lệnh điều khiển Cấp 1 là cấp điều khiển cục bộ (local control)
Local control điều khiển cục bộ
Controllers PID, PLC Computers Terminals
Điều khiển tự động theo chương trình đã được cài đặt sẵn, với thông tin về QTCN và kết quả điều khiển được chuyển lên cấp 2 Tại cấp này, các bộ điều khiển như PC và PLC (bộ điều khiển logic khả trình) thường được sử dụng PLC, được xây dựng trên nền tảng vi xử lý và các cổng vào ra tương tự và số, thuận tiện cho việc trao đổi thông tin với QTCN và máy tính Nhờ khả năng lập trình, PLC có tính linh hoạt và có thể áp dụng cho nhiều công nghệ khác nhau, do đó được coi là thiết bị điều khiển vạn năng Cấp 2 cũng là nơi diễn ra điều khiển TĐH QTCN, với máy tính hoặc mạng máy tính thu nhận và xử lý thông tin từ cấp 1, đồng thời trao đổi thông tin với người điều khiển.
MT, NĐK có thể can thiệp vào QTCN, như vậy hệ thống điều khiển ở đây thuộc hệ người - máy
Cấp 3 là cấp điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất – ĐK TĐH QTSX Ở cấp 3 có các trung tâm máy tính (TTMT) Ở đây không những xử lý các thông tin về quá trình sản xuất như tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình cung cầu trên thị trường vv… Trung tâm MT xử lý một khối lượng thông tin lớn đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn Người điều khiển có thể ra các lệnh để can thiệp sâu vào quá trình sản xuất thậm chí có thể thay đổi chỉ tiêu của sản xuất Cũng như ĐKTĐ (Ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐH QTCN là một hệ người – máy nhưng ở cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn Định nghĩa phân biệt hệ ĐKTĐ và các hệ ĐK TĐH QTCN hoặc QTSX
- Hệ ĐKTĐ là hệ thực hiện các thao tác sử dụng chương trình định trước
Hệ thống điều khiển tự động hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người, với con người chỉ đóng vai trò khởi động hệ thống Các bộ điều chỉnh PID, PLC và mạch rơle – contactor hoạt động ở cấp điều khiển 1 trong sơ đồ cấu trúc phân cấp Con người chỉ có thể thay đổi lệnh của hệ thống điều khiển tự động bằng cách cắt nó ra khỏi quy trình công nghệ để điều chỉnh cấu trúc hoặc nạp lại chương trình.
Hệ ĐK TĐH là hệ thống tự động hóa quy trình xử lý thông tin trong công nghệ và sản xuất, trong đó con người đóng vai trò quan trọng Sự trao đổi thông tin giữa con người và máy móc diễn ra thường xuyên, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình sản xuất.
Hệ ĐK TĐH là hệ thống người - máy, trong đó con người đóng vai trò quan trọng trong việc hoạch định mục tiêu và ra quyết định để đảm bảo đạt được những mục tiêu đó Thực tế, các hệ ĐK TĐH QTCN và ĐK TĐH QTSX hoạt động ở cấp điều khiển 2 và 3 trong cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển.
Quá trình điều khiển bao gồm việc thu thập, lựa chọn và xử lý thông tin để truyền đạt các tín hiệu điều khiển Trước đây, con người là chủ thể chính trong việc xử lý thông tin, nhưng hiện nay, các hệ thống điều khiển tự động trong quá trình công nghiệp và sản xuất đã đảm nhận vai trò này.
Cấu trúc hệ tự động hóa quá trình công nghệ
1.3.1 Cấu trúc hệ thống lớn – hệ con
1) Sơ đồ cấu trúc hệ thống
Hệ thống lớn có cấu trúc phức tạp thường được tổ chức theo kiểu phân cấp, bao gồm các hệ con Thông tin được xử lý ở cấp dưới trước khi được truyền lên cấp cao hơn, nơi người điều khiển sử dụng thông tin đã qua xử lý và thông tin bổ sung để đưa ra quyết định Hệ ĐK TĐH QTCN có thể được chia thành các hệ con chức năng và các hệ con đảm bảo, như minh họa trong hình 1.2.
Hệ con chức năng là các đơn vị thực hiện nhiệm vụ cụ thể trong hệ TĐH QTCN, với số lượng và nhiệm vụ phụ thuộc vào từng QTCN Trong một nhà máy hoặc công ty sản xuất, các hệ con chức năng bao gồm các phòng như kế hoạch sản xuất, thiết bị vật tư, tài chính, kỹ thuật và công nghệ Đối với cơ sở đào tạo, các hệ con chức năng có thể được xác định khác biệt, phù hợp với mục tiêu và hoạt động của tổ chức đó.
Tài chính Đảm bảo thông tin Đảm bảo toán học Đảm bảo kỹ thuật
Các hệ con đảm bảo Hình 1.2.Cấu trúc hệ con của hệ TĐH QTCN
Các hệ con chức năng trong tổ chức cán bộ có thể được điều chỉnh tùy theo nhu cầu của đơn vị sản xuất Trong hệ thống TĐH – QTCN, chúng ta chỉ tập trung vào các hệ con đảm bảo, không xem xét các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ thể Ba hệ con đảm bảo cơ bản bao gồm: đảm bảo thông tin, đảm bảo toán học và đảm bảo kỹ thuật Trong đó, đảm bảo thông tin và đảm bảo toán học được coi là phần mềm, còn đảm bảo kỹ thuật là phần cứng của hệ thống Bài giảng này sẽ lần lượt xem xét từng loại đảm bảo này.
2) Các hệ con đảm bảo a) Đảm bảo thông tin
*) Sơ đồ cấu trúc quá trình xử lý thông tin trong hệ ĐK TĐH QTCN
Hệ ĐK TĐH QTCN thực chất là một hệ thống tự động hóa quá trình xử lý trong điều khiển, với quá trình xử lý thông tin được minh họa trong hình 1.3.
Trong quá trình ra quyết định sản xuất, máy tính xử lý dữ liệu sản xuất để đưa ra kết quả tính toán, từ đó giải quyết các bài toán điều khiển Khi những kết quả này được chấp nhận bởi con người, chúng sẽ có hiệu lực pháp lý Kết quả tính toán kết hợp với dữ liệu ban đầu sẽ tạo nên cơ sở cho các quyết định sản xuất tiếp theo.
Dự kiến về kế hoạch sản xuất
Hiệu lực pháp lí của quá trình tính toán Trạng thái sản xuất
Cơ cấu so sánh Kết quả tính toán
Xử lý dữ liệu bằng máy tính
Hình 1.3.Quá trình xử lý tin trong hệ TĐH-QTCN
Hiệu lực pháp lí của các dữ liệu ban đầu
Tính toán lại với dữ liệu mới
Yếu tố tác động từ người đưa ra quyết định có ảnh hưởng lớn đến việc lập kế hoạch sản xuất, đồng thời quyết định này cũng sẽ tác động đến toàn bộ quá trình sản xuất.
Trong hệ ĐK TĐH QTCN, thông tin dưới dạng dữ liệu được trao đổi liên tục giữa các bộ phận, cũng như giữa con người và máy móc Do đó, hệ thống con cần đảm bảo rằng thông tin được truyền tải một cách nhất quán và thuận tiện cho quá trình trao đổi này.
*)Cấu tạo của đảm bảo thông tin
Trong hệ thống điều khiển tự động, con người dựa vào thông tin đã được xử lý để đưa ra các quyết định điều khiển Do đó, độ chính xác của các quy trình chủ yếu phụ thuộc vào tính chính xác của thông tin Điều này có nghĩa là thông tin cần phản ánh đúng các thông số trạng thái của các đối tượng được điều khiển.
Thông tin được hiểu rộng rãi là phản ánh quá trình sản xuất, bao gồm hệ thống các mô hình thông tin nhằm mô tả một cách chính xác và rõ ràng mô hình sản xuất đã đề cập.
Hiểu theo nghĩa hẹp đảm bảo thông tin bao gồm các phần sau đây
Hệ thống phân loại, đánh dấu, đặt tên các phần tử, các đối tượng bị điều khiển;
Hệ thống các định mức các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật;
Tổ chức lưu trữ, xử lý, hiệu chỉnh thông tin
Như vậy đảm bảo thông tin là bước đầu tiên trong quá trình xử lý thông tin trong hệ ĐK TĐH QTCN
Mô hình thông tin là quá trình mô tả cách thức tổ chức và xử lý thông tin Ở mức độ cơ bản nhất, mô hình quản lý thông tin bao gồm các bảng thống kê và các bản ghi chép về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, cũng như các định mức vật tư và lao động.
Mô hình thông tin ma trận là công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp, giúp phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và mối quan hệ giữa chúng Để đảm bảo tính hiệu quả, mô hình này cần phải rõ ràng, dễ sử dụng, và có tính thống nhất cũng như chuẩn hóa, nhằm tương thích với các phương tiện tính toán khác nhau.
* )Đánh dấu, phân loại, đặt tên các thiết bị được điều khiển
Một trong những nhiệm vụ quan trọng trong việc đảm bảo thông tin là xây dựng một hệ thống đánh dấu, phân loại và đặt tên cho các phần tử, thiết bị máy móc và sản phẩm, cùng với mối quan hệ giữa chúng Hệ thống này cần thuận tiện cho việc xử lý thông tin bằng máy tính, tức là các thông tin phải được mã hóa Đồng thời, việc đánh dấu, phân loại và đặt tên cũng cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như tiêu chuẩn Việt Nam, IEC và ISO 9000.
*) Hệ thống các định mức - các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
Sản xuất sản phẩm yêu cầu thực hiện nhiều nguyên công và công đoạn, mỗi bước đều tiêu tốn nguyên liệu, nhiên liệu và nhân công nhất định Do đó, cần xây dựng định mức kinh tế - kỹ thuật chi tiết cho từng bộ phận, máy móc và toàn bộ dây chuyền công nghệ.
*) Xây dựng ngân hàng dữ liệu
Ngân hàng dữ liệu của hệ ĐK - TĐH - QTCN là nơi tập trung toàn bộ dữ liệu trong máy tính, do đó cần được tổ chức một cách khoa học để thuận tiện cho việc lưu trữ, sử dụng và cập nhật thông tin Việc lưu trữ dữ liệu cần giải quyết các vấn đề quan trọng để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống.
- Tập trung hoá dữ liệu;
- Tối thiểu hoá độ dư của dữ liệu;
- Mô tả dữ liệu bằng ngôn ngữ chung không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình;
- Sử dụng mô tả dữ liệu có cấu trúc
Về sử dụng dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây:
- Có khả năng lấy ra bất kỳ một nhóm dữ liệu nào không phục thuộc vào nơi có dữ liệu đó;
- Có khả năng đổi mới, cập nhật các dữ liệu;
- Sử dụng các phương pháp tìm kiếm dữ liệu tối ưu;
- Có khả năng bảo vệ chính xác, nguyên vẹn và bí mật của dữ liệu
Dữ liệu, trong ngữ cảnh này, được hiểu theo nghĩa rộng, không chỉ bao gồm các số liệu mà còn có thể là chương trình tính toán, bản thiết kế hoặc quy trình công nghệ.
Các kiểu ghép máy tính với quá trình công nghệ
Máy tính đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống điều khiển tự động quá trình công nghiệp (QTCN) Tùy thuộc vào mức độ tham gia của máy tính trong quá trình điều khiển, có thể phân loại thành nhiều kiểu sơ đồ ghép nối khác nhau.
1.4.1 Máy tính ở chế độ cố vấn cho quá trình điều khiển
Hệ ĐK TĐH QTCN được mô tả qua sơ đồ cấu trúc trong Hình 1.9, trong đó máy tính hoạt động ở chế độ cố vấn Máy tính thu thập thông tin từ QTCN và giải quyết các bài toán nhằm tư vấn cho người vận hành Do đó, máy tính hoạt động ở chế độ ngoại tuyến (off-line).
Hệ thống điều khiển trong quá trình công nghệ bao gồm các tín hiệu điều khiển và nguyên vật liệu đầu vào, trong khi kết quả đầu ra là các sản phẩm và thông số kỹ thuật Hệ thống thu thập thông tin sử dụng cảm biến và bộ chuyển đổi để ghi nhận các thông số kỹ thuật và dòng sản phẩm đầu ra Thông tin thu thập được sẽ được xử lý một cách đáng tin cậy và chính xác, đảm bảo tính thời gian thực để phục vụ cho các quá trình tiếp theo trong hệ thống.
Hệ thống bus trong máy tính xử lý thông tin để cung cấp dữ liệu cho các quá trình công nghệ cao hơn, từ đó tác động đến vi xử lý Vi xử lý sẽ cung cấp thông tin tư vấn cần thiết cho người vận hành, giúp họ điều chỉnh bàn điều khiển và kiểm soát các cơ cấu chấp hành Điều này cho phép người điều khiển tự đưa ra quyết định mà không cần hệ thống trực tiếp can thiệp vào quá trình điều khiển.
1.4.2 Máy tính điều khiển như một đơn vị điều khiển trung tâm (điều khiển theo chương trình kiểm tra)
Hệ thống điều khiển này được mô tả trong hình 1.10, trong đó máy tính hoạt động trong mạch vòng kín Trong chế độ này, nhiệm vụ điều khiển đã được lập trình sẵn, giúp điều chỉnh điểm làm việc của quá trình công nghệ gần với chế độ tối ưu.
Các cơ cấu điều chỉnh Thu thập thông tin Điều khiển logic Điều khiển tự động
Bàn điều khiển Vi xử lý
Máy tính Đưa tới HT-ĐK QTCN cao hơn
Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc máy tính ở chế độ cố vấn
Trong sơ đồ này, thông tin từ máy tính tác động trực tiếp đến hệ điều khiển tự động, ảnh hưởng đến quá trình điều khiển Hệ điều khiển logic cùng với quá trình điều khiển tự động sẽ tác động lên cơ cấu điều chỉnh, trong khi con người chỉ cần tham gia trong những trường hợp ngoại lệ như sự cố Ưu điểm của hệ thống này là chất lượng sản phẩm ít phụ thuộc vào người vận hành, cho phép tác động nhanh chóng mà không cần qua bàn điều khiển hay quyết định của người điều khiển.
Các cơ cấu điều chỉnh Thu thập thông tin Điều khiển logic Điều khiển tự động
Bàn điều khiển Vi xử lý Máy tính Đưa tới HT-ĐK QTCN cao hơn
Hình 1.10 Sơ đồ máy tính điều khiển như một đơn vị điều khiển trung tâm
1.4.3 Máy tính thực hiện chức năng điều khiển trực tiếp
Trong hình 1.9 và hình 1.10, máy tính hoạt động ở chế độ “gián tiếp”, nơi nó thực hiện các tính toán trong khi người vận hành điều khiển đối tượng Ngược lại, ở sơ đồ Hình 1.11, máy tính làm việc ở chế độ “trực tiếp”, cho phép kết quả tính toán được gửi ngay lập tức để điều khiển các cơ cấu điều chỉnh.
Việc sử dụng máy tính điều khiển trực tiếp yêu cầu xây dựng các bộ điều chỉnh tương ứng, đồng thời cũng giải bài toán tối ưu trong điều khiển Máy tính điều khiển trực tiếp hoạt động dựa trên các mạch vòng cơ bản, trong đó mạch vòng điều khiển cơ bản đóng vai trò quan trọng.
Hình 1.12 trình bày các mạch vòng điều khiển cơ bản của hệ dùng máy tính điều khiển trực tiếp
Các cơ cấu điều chỉnh Thu thập thông tin Điều khiển logic Điều khiển tự động
Bàn điều khiển Vi xử lý
Máy tính Đưa tới HT-ĐK QTCN cao hơn
Hình 1.11.Sơ đồ cấu trúc máy tính ở chế độ điều khiển trực tiếp
Có hai loại mạch vòng chính trong hệ thống: mạch vòng điều khiển cấp cao và mạch vòng điều khiển cấp địa phương Thông tin luôn được trao đổi liên tục giữa các mạch vòng điều khiển và người vận hành, đảm bảo sự phối hợp hiệu quả trong quá trình điều khiển.
Thiết bị ghép nối với quá trình
Máy tính, PLC ở mức thấp
Các phần tử chấp hành quá trình công nghệ
Máy tính cấp cao hơn
Liên kết §iÒu khiÓn cÊp cao §iÒu khiÓn cÊp địa phơng
Thiết bị tiÕp cËn víi quá trình công nghệ
Hình1.12 Các mạch vòng điều khiển cơ bản b) Hệ điều khiển TĐH sản xuất
Vào: Nguyên vật liệu Ra: Các sản phẩm Hãng
Các số liệu từ phòng thí nghiệm,kế hoạchvà tiêu thụ Nhà máy
Các thông số về chất lợng và ĐK tối u quá trình Phân xởng SX
Các thông số cộng nghệ của thiết bị, máy Thiết bị
Thông số điều khiển Công nghệ trạng thái của thiết bị Thiết bị cơ sở
Hệ thống hoá và xử lý trớc các số liệu
Mô hình SX HT-T§H QTSXH
Trung t©m điều hành hệ thèng
Hệ thống hoá điều khiển vận hành HT T§H-QTSX
Hệ thống điều khiÓn chÝnh
Hệ thống bảo vệ sự cố
Nơi điều hành của ngời ĐK quá trình
Bàn điều khiển cấp địa phơng (§KT§)
Các thiết bị chỉ thị
Hệ thống bảo vệ sự cè §iÒu khiÓn côc bé
Chỉ thị ra và ghi nhËn
Chỉ thị ra và ghi nhËn
Chỉ thị ra và ghi nhËn Vào các đại lợng yêu cầu
Chỉ thị và ghi nhËn Vào các đại lợng yêu cầu Chỉ thị
Vào các đại lợng yêu cầu 1
Hình 1.13 Quan hệ giữa các hệ ĐK TĐH QTSX và ĐK TĐH QTCN
Thiết bị kỹ thuật của hệ thống TĐH QTCN
Thiết bị kỹ thuật trong hệ thống tự động hoá quá trình công nghệ (TĐH - QTCN) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cho hệ thống, được xem là phần cứng của hệ Các thiết bị này có thể được phân loại thành bốn nhóm cơ bản: thiết bị thu nhận thông tin, thiết bị truyền tin, thiết bị xử lý tin, và thiết bị ra và sử dụng thông tin.
1.5.1.Các loại thiết bị trong hệ TĐH QTCN
1) Thiết bị thu nhận và đưa thông tin vào a, Thiết bị thu nhận thông tin về quá trình cần điều khiển
+ Thiết bị thu nhận thông tin tự động về quá trình
- Các bộ biến đổi đo các thông số hoat động của các máy
- Các bộ biến đổi đo các thông số của phẩm sản xuất
- Cảm biến ký hiệu các đối tượng sản xuất
+ Thiết bị thu nhận thông tin bằng tay về quá trình
- Các thiết bị bằng tay (nút ấn, bàn phím)
- Các thiết bị bán tự động (cảm biến đo chuyên dụng) b) Thiết bị đưa thông tin vào
+ Thiết bị xử lý các tín hiệu và thông tin
- Biến đổi dạng năng lượng của tín hiệu
- Các bộ lọc tín hiệu
- Biến đổi các dạng tín hiệu (tương tự, số )
- Các thiết bị nhận tin từ bộ nhớ
- Các thiết bị cho toán tử
+ Thiết bị nhận thông tin đã mã hoá
- Cảm biến thẻ đục lỗ
- Cảm biến băng đục lỗ
- Cảm biến các bàn từ, đĩa từ
+ Thiết bị có cảm biến nhận thông tin từ đồ thị
- Thiết bị cảm nhận bằng mã chữ, ký hiệu
- Thiết bị cảm nhận đồ thị, thông báo
- Thiết bị cảm nhận từ phím ( microfim)
+ Thiết bị tiếp xúc trực tiếp với người điều hành
- Các dạng bàn phím, bàn điều khiển
- Bút vẽ điện, ánh sáng
- Thiết bị cho thu nhận thông tin từ lời nói
+ Thiết bị cho việc cho việc chuẩn bị bằng tay thông tin
- Thiết bị để chuẩn bị bằng tay thông tin cho thẻ đục lỗ, băng đục lỗ
- Thiết bị để chuẩn bị bằng tay thông tin cho băng từ, thẻ từ, đĩa từ
- Thiết bị để chuẩn bị bằng tay cho phím
2) Thiết bị truyền tin a) Các bảng thông báo
- Các bảng thông báo di động b) Thiết bị truyền tin
- Các bộ chuyển đổi, chuyển mạnh gép nối
- Các thiết bị chuyển đổi
3) Thiết bị xử lý thông tin
Các thiết bị kiểu máy tính số
- Vi xử lý và máy tính PC
- Các máy tính chuyên dụng
4) Thiết bị đầu ra và sử dụng thông tin a) Các thiết bị cho đầu ra thông tin
+ Thiết bị chop quan hệ trực tiếp với người điều hành
- chỉ thị số, bảng chữ cái
- Các thiết bị chỉ báo tương tự
- Thiết bị có hình ảnh, lời nói
- Xung kiểm tra và tín hiệu hoá
+ Các thiết bị thông tin dạng đồ thị
- Máy chữ, các máy in
- Các thiết bị ghi đồ thị thông số của quá trình, hệ thống
- Các thiết bị vẽ theo toạ độ
- Các thiết bị ghi dạng phím
+ Các thiết bị ghi thông tin dạng mã
- Thẻ đục lỗ, băng đục lỗ
+ Các thiết bị xử lý ra thông tin và tín hiệu
- Các thiết bị cho công chúng
- Các thiết bị lưu trữ tin
- Các bộ biến đổi năng lượng điện - cơ, điện - thuỷ lực, điện - khí nén
- Các bộ khuyếch đại tín hiệu b) Các thiết bị sử dụng thông tin để gây ảnh hưởng lên quá trình
+ Thiết bị sử dụng thông tin tự động
- Thiết bị điều khiển các atômát
- Thiết bị để điều khiển công suất
- Các thiết bị chấp hành được điều khiển trực tiếp
+Thiết bị để tín hiệu hoá trực tiếp lên người vận hành
- Các thiết bị tạo tín hiệu quang học
- Các thiết bị tạo tín hiệu thông tin bằng lời nói, âm thanh
5) Các thiết bị đảm bảo năng lượng cho hệ thống
+ Các thiết bị cung cấp năng lượng
- Các thiết bị cung cấp với luới năng lượng
- Thiết bị ngưồn dự phòng
+ Các thiết bị kiểm tra, sửa chữa…
+ Các thiết bị bảo vệ môi trường làm việc
1.5.2 Các ký hiệu trên sơ đồ chức năng của hệ thống tự động
Các ký hiệu trên sơ đồ mô tả hệ thống điều khiển quá trình cần phải dễ hiểu, không chỉ cho các kỹ sư thuộc các chuyên ngành khác nhau mà còn cho những người không cùng ngôn ngữ Tất cả ký hiệu phải diễn tả đầy đủ và nhất quán nội dung thiết kế Trên thế giới, các cơ quan thiết kế ở từng quốc gia sử dụng các hệ thống ký hiệu khác nhau, như tiêu chuẩn OCT - 36 - 27 - 77 ở Nga và tiêu chuẩn ANSI/ISA S5.1 ở Mỹ Mặc dù có sự khác biệt nhỏ về một số ký tự, nhưng các tiêu chuẩn này về cơ bản giống nhau và được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia, bao gồm Anh và Nhật Bản.
1) Ký hiệu các thiết bị Để biểu thị các phần tử là ngưồn tín hiệu (sơ cấp), trước đây người ta thường dùng các ký hiệu có hình dạng gần giống như các thiết bị thật hoặc có quy ước dễ nhận ra các thiết bị đó Một số ký hiệu hình dạng nguồn tín hiệu sơ cấp của Nga thường dùng được dẫn ra bảng 1.2 Trong các bản vẽ của các nước khác nhau như Mỹ, Nhật, cũng nhiều khi dùng cách biểu thị tương tự
Hiện nay, đối với các thiết bị sơ cấp như nguồn phát tín hiệu và đầu đo, cũng như các thiết bị thứ cấp như thiết bị hiển thị, xử lý và truyền tín hiệu, người ta đang chú trọng vào việc cải tiến và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của chúng.
ANSI/ISA S5 1 (Mỹ), xem bảng 1.2, 1.3 và tiêu chuẩn OCT 36 - 27 - 77 (Nga) bảng 1.4 Trong đó, theo tiêu chuẩn ANSI/SA S5.1 các thiết bị được chia thành:
- Các thiết bị chỉ thị (tương tự, số)
- Các thiết bị chỉ thị và điều khiển (điểu chỉnh)
- Các thiết bị tính toán, thực hiện các chức năng hàm
- Các thiết bị logic, PLC
Mỗi loại thiết bị cần được xác định rõ vị trí lắp đặt, bao gồm các thiết bị trong phòng điều khiển trung tâm và các thiết bị được đặt cục bộ, trực tiếp tại nơi thực hiện quy trình công nghệ.
2) Ký hiệu các đường dẫn
Trong hệ thống có các đường dẫn tín hiệu và đường dẫn động lực (cung cấp năng lượng) Quy ước về các đường dẫn cũng xem phụ lục 2
Trong các bản vẽ của hệ Mỹ, Anh người ta còn dùng các chữ viết tắt sau
AS cung cấp không khí (air supply)
ES cung cấp điện (electric supply)
GS cung cấp khí (gas supply)
HS cung cấp thủy lực (hydraulic supply)
NS cung cấp khi Nitơ (nitrogen supply)
SS cung cấp hơi nước (steam supply)
WS cung cấp nước (water supply)
Các thông số của đường động lực có thể được bổ sung bên cạnh, ví dụ như ES 24DC thể hiện đường cấp điện một chiều 24V, trong khi AS 100 chỉ định đường cấp khí có áp suất 100 PSI (6,83 bars).
3) Ký hiệu chỉ các đại lượng và chức năng
Trong hình, các thiết bị được biểu thị với nửa trên ghi các ký tự đại diện cho các đại lượng và chức năng, tối đa 5 ký tự Ý nghĩa và cách sử dụng của các ký tự này được trình bày rõ ràng.
- Ký tự thứ nhất ghi đại lượng cần đo hoặc điều chỉnh Ví dụ:
- Ký tự thứ hai ghi rõ hơn về đại lượng đo Ví dụ:
D – đo hiệu áp( khi đo áp suất)
F – đo tỷ lệ ( tỷ số lưu lượng)
- Ký tự thứ ba, thứ tư, thứ năm ghi các tính năng công tác của thiết bị theo các thứ tự I R C S A:
I – tính năng chỉ thị (indicate)
R – tính năng tự ghi (record)
C – tính năng điều khiển, điều chỉnh (control)
S – tính năng chuyển mạch, quét (switch, scan)
Các thiết bị có thể sở hữu nhiều tính năng, nhưng chỉ cần ghi lại các tính năng đang được sử dụng trong sơ đồ Nếu không có ký tự thứ hai, thì không cần ghi các ký tự thứ ba, tư, năm, vì các ký tự thứ hai sẽ không bị trùng lặp với các ký tự sau.
Ngoài các tính năng chính, người dùng có thể thêm các ký tự bổ sung vào vị trí thứ ba, thứ tư hoặc thứ năm, nếu còn chỗ trống, theo thứ tự ưu tiên.
E – Cảm biến sơ cấp (sensor: primary element)
K – Trạm điều khiển (control station)
Y – Bộ biến đổi, tính toán (convert, compute)
Bên cạnh các hình biểu thị các thiết bị và các ký tự nói trên, còn sử dụng thêm các ký hiệu khác nhau:
Các ký hiệu chức năng, hàm:
1-0 hoặc ON - OFF (đóng, ngắt)
hoặc ADD (tổng đại số)
AVG (average - lấy trung bình)
% hoặc ví dụ 1;3 (lượng vào: lượng ra – độ khuếch đại)
(chia) x” hoặc x 1 / n (lấy lũy thừa)
> hoặc HIGHEST (lấy giá trị cao nhất của thông số đo)
< hoặc LOWEST (lấy giá trị thấp nhất của thông số đo)
Các chuyển đổi: Đại lượng vào/đại lương ra Ví dụ E/P, P/I v v
O – điện từ hoặc âm thanh
- tích phân (theo thời gian)
4) Một số ví dụ về sơ đồ tự động hóa QTCN
Hình 1.14 minh họa một mạch điều chỉnh áp suất, trong đó PT là thiết bị đo áp suất Thiết bị này được thiết kế để kiểm soát áp suất và được đánh dấu là mạch thiết bị thứ 11 trong lưu đồ 2.
Trên sơ đồ mạch, dụng cụ được kết nối với ống dẫn qua van có đường kính 0,5 inch (13mm) và áp suất vào từ 0 - 300 PSI được chuyển đổi thành tín hiệu điện 4 - 20 mA DC Tín hiệu này được tiếp nhận tại kênh của hệ điều khiển phân cấp thông qua bộ dồn kênh (multiplexer), được đánh dấu là AI - 17 (Analog input số 17) và được gửi đến bộ điều khiển PIC - 211 (P - pressure, I - indicate, C - controller) Bộ điều chỉnh hoạt động theo luật PI và được lắp đặt trên giá đỡ.
Giá trị đặt SP (set-point) trong hệ điều khiển phân cấp (C#2) được truyền từ máy tính của hệ thống Đồng thời, hệ thống cũng được trang bị thiết bị báo động để cảnh báo khi áp suất vượt quá mức cho phép.
PAH (P - áp suất, A - báo động, H - cao, dP/dt - tốc độ tăng áp suất) được thể hiện qua tín hiệu ra AO - 21 (Analog output #21), là tín hiệu điện 4 - 20 mA DC Tín hiệu này được truyền đến bộ chuyển đổi dòng điện - áp suất khí nén PY - 210 để điều khiển van điều chỉnh PCV - 211 (P - áp suất, C - điều khiển, V - van) Van này là van khí nén, tuyến tính (LIN - linear), tự động đóng lại khi mất tín hiệu (FC - fail - closed) và đi kèm với thiết bị báo vị trí (P - positioner) Ký tự AS đại diện cho việc cung cấp khí nén.
Hệ điều chỉnh nhiệt độ trong thiết bị trao đổi nhiệt được trình bày trong hình 1.15, trong đó dòng dịch thể cần điều chỉnh nhiệt độ được dẫn vào chùm ống Bên ngoài chùm ống, một đường ống khác mang dịch thể để cung cấp nhiệt (nếu cần nung nóng) hoặc lấy nhiệt (nếu cần làm nguội) Lưu lượng dịch thể vào được đo và tín hiệu được truyền bởi thiết bị FT - 1.
Tín hiệu dòng chảy (T) được dẫn đến bộ căn FY - 1, nơi thực hiện tính toán và chuyển đổi, và sau đó được ghi lại bằng máy ghi FR - 1 Áp suất của dịch thể được đo bằng thiết bị PT - 2, với tín hiệu được truyền đến máy ghi để ghi nhận.
PR - 2 Ở đây dùng một máy ghi 2 kim để ghi lưu lượng và áp suất nên 2 ký hiệu
Dịch thể cho (lấy) nhiệt
Dịch thể cần gia nhiệt
Hình1.15 Biểu thị một hệ đo và điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt
Nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống thiết bị điều khiển tự động
1.6.1 Nguồn cung cấp khí nén
Các thiết bị tự động trong hệ điều khiển khí nén thường sử dụng không khí nén từ máy nén khí, nhưng không khí này cần được xử lý để loại bỏ độ ẩm, bụi bẩn và dầu mỡ trước khi sử dụng Việc thiết kế hệ thống cung cấp khí nén đảm bảo giảm thiểu độ ẩm và dầu mỡ là rất quan trọng để tránh hiện tượng tạo hạt dầu và nước trong ống dẫn và các chi tiết cơ khí Điều kiện vận hành thực tế phải đảm bảo không khí nén sạch và nhiệt độ trong giới hạn cho phép Để đảm bảo cung cấp khí nén liên tục cho hệ thống, cần có kế hoạch chuyển sang nguồn khí nén dự trữ khi có sự cố ngắn hạn Các thông số của không khí nén trong hệ thống điều khiển cũng cần được chú ý để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
- Áp suất danh định: 1, 4kg/cm 2
- Độ ẩm ứng với nhiệt độ sương - 40 o c (tương ứng với độ ẩm tuyệt đối
0, 177 g/cm 3 ) Để đảm bảo các chỉ tiêu thông số nói trên, áp suất không khí nén khi ra khỏi máy nén thường phải vào khoảng 5 - 8 kg/cm 2
Việc chuẩn bị khí nén cho hệ thống thiết bị tự động thường được tiến hành theo quy trình sau:
- Làm sạch không khí hút từ ngoài vào khỏi bụi và các tạp chất nén điến áp suất cần thiết (5 - 8 kg/cm 2 );
- Làm nguội khi nén đến nhiệt độ định trước;
- Làm sạch khí nén khỏi hơi dầu mỡ;
- Lọc không khí đã được sấy;
- Tích tụ khí nén trong bình góp;
- Phân phối khí nén cho các thiết bị;
- Lọc lại một lần nữa trước khi đưa vào thiết bị;
- Điều áp đến áp suất sử dụng của thiết bị
Trên hình 1.16 là một hệ thống thiết bị chuẩn bị không khí nén cung cấp cho hệ thống thiết bị tự động
Khí nén từ bình chứa, có nhiệt độ 60°C, được làm nguội xuống 20°C tại bộ trao đổi nhiệt sử dụng nước Tiếp theo, khí nén được dẫn vào bộ tách dầu và nước kiểu ly tâm Sau khi tách, khí nén sẽ đi qua bộ lọc với hai ngăn làm việc theo chu kỳ, mỗi ngăn hoạt động từ 1 đến 1,5 tháng Cuối cùng, khí nén đã được lọc sẽ được làm khô bằng cách làm lạnh đến nhiệt độ sương -40°C, trước khi đi qua bộ lọc bụi tinh để đạt độ sạch cao cho các bụi cơ học.
Kích thước bụi, micromet 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 - 1 Độ lọc sạch % 97, 5 98, 1 99, 2 100
Sau khi lọc, khí nén được dẫn vào bình chứa đệm 7, từ đó đưa đến các nơi sử dụng
Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ sấy không khí nén dùng cho hệ thống tự động
1 Bình chứa đệm đầu vào (sau máy nén khí)
3 Tách dầu và nước kiểu ly tâm
5 Bộ sấy khô bằng cách làm lạnh đến nhiệt độ sương ( - 40 độ C)
7 Bình chứa đệm đầu ra (trước khi sử dụng )
Trong phần này, chúng tôi sẽ đề cập đến các tiêu chuẩn điện liên quan đến hệ thống điều khiển và thiết bị tự động Hiện nay, xí nghiệp sử dụng hệ thống điện 3 pha với điện áp 380/220V và có nối đất Để cung cấp điện cho các thiết bị tự động, các điện áp chuẩn tương ứng với điện áp mạng được lựa chọn để kết nối thêm thiết bị phụ Khi cần nguồn điện không chuẩn, các biến áp hạ áp sẽ được sử dụng, hoặc trong trường hợp sử dụng điện một chiều, cần có nguồn chỉnh lưu hoặc bộ nguồn riêng Độ sai lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị trong hệ thống điều khiển tự động cũng được quy định rõ ràng.
Bảng 1.5 Sai lệch điện áp cho phép theo tiêu chuẩn chung
Thiết bị sử dụng Độ sai lệch điên áp cho phép
Các dụng cụ đo, điều chỉnh (trong trường hợp không có chỉ định riêng)
Các động cơ chấp hành 5 10
Để hệ thống điều khiển, như rơle và khởi động từ, hoạt động tin cậy, việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý là rất quan trọng Cần đảm bảo nguồn điện liên tục để điều khiển vận hành một cách thuận lợi và an toàn Độ tin cậy về cung cấp điện trong quá trình sản xuất và công nghệ được phân chia thành ba cấp độ khác nhau.
- Cấp một: dành cho các thiết bị ngừng cung cấp điện sẽ gây tổn thất lớn về kinh tế, nguy hiển cho người, có thể gây cháy nổ
- Cấp hai: dành cho các thiết bị mà việc ngừng cấp điện sẽ gây thiệt hại cho kế hoach sản xuất hoăc vận chuyển
Cấp ba đề cập đến các trường hợp còn lại, trong đó độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống tự động cần đạt mức tương đương với cung cấp điện cho các đối tượng công nghiệp Mạng điện phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho 100% phụ tải, và cần thiết lập hệ thống cấp điện dự trữ khi cần thiết.
Để đảm bảo an toàn trên mạng điện, cần sử dụng các thiết bị và khí cụ điện có khả năng đóng/cắt, bảo vệ khỏi tình trạng đoản mạch và quá tải Dây dẫn phải được tính toán kỹ lưỡng để tránh hiện tượng nung nóng do dòng điện chạy qua Tổn hao điện áp trên dây dẫn, cả trong dòng xoay chiều lẫn một chiều, có thể được tính toán chính xác.
- Độ dẫn riêng của vật liệu làm dây dẫn m/(om mm 2 )
Un - Điện áp danh định của mạng (V),
i - Tổng các dòng điện tính toán trên đoạn dây (A), cos - Hệ số công suất (đối với dòng điện một chiều cosφ =1)
F - Tiết diện dây dẫn (mm 2 ),
Các dây dẫn cần có độ bền cơ học cao để chịu đựng tác động từ môi trường xung quanh nơi chúng được lắp đặt Dưới đây là bảng liệt kê dòng tải cho phép lâu dài của một số loại dây dẫn.
Bảng 1.6 Dòng tải cho phép đối với một số dây dẫn điện Đặc trưng dây dẫn Dòng tải cho phép, A trên thiết diện dây, [mm 2 ]
Cơ sở thiết kế hệ thống tự động hóa – QTCN
Tùy vào yêu cầu công nghệ, mỗi quy trình sẽ được thiết kế hệ thống điều khiển phù hợp, dựa trên các tiêu chí chất lượng đã đề ra Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng tất cả các hệ thống điều khiển đều phải dựa trên những nguyên tắc cơ bản nhất định.
- Có con người phục vụ, thao tác, điều phối giám sát
- Đảm bảo được thông tin, tổ chức, kỹ thuật, chương trình toán học
Trong quá trình hoạt động của hệ thống, các yếu tố có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Con người và thiết bị tính toán đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống hoạt động theo yêu cầu công nghệ Đảm bảo các quy tắc điều khiển và chiến lược điều khiển được xác định chính xác thông qua các chương trình toán học, giúp hệ thống thực hiện đúng chức năng và đáp ứng mong đợi công nghệ.
1.7.1 Các nguyên tắc cơ bản để phân loại hệ TĐH - QTCN
Các nguyên tắc phân loại hệ thống điều khiển tự động (TĐH) và quản lý công nghiệp (QTCN) rất đa dạng, chẳng hạn như theo mức độ tự động hóa của thiết bị và mức độ sử dụng thiết bị Mặc dù không có ranh giới rõ ràng cho việc phân loại này, nhưng hiện nay có thể thực hiện phân loại tổng quát dựa trên các tính chất của hệ thống.
- Theo mức độ của hệ thống điều khiển
- Theo đặc tính của quá trình công nghệ, quá trình sản xuất
- Theo mức độ thông tin trong hệ thống
- Theo chức năng của hệ thống điều khiển
Theo mức độ của hệ thống điều khiển ta có:
- Tự động hóa quá trình công nghệ
- Tự động hoá quá trình sản xuất
- Tự động hoá nhà máy
Theo đặc tính điều khiển của quá trình công nghệ ta có:
- Hệ số - liên tục hỗn hợp
Tổ chức hóa Vận hành điều phối
Thông tin vào Sơ khảo , xử lý thông tin
Thông tin ra Đảm bảo kỷ ra thuật (máy tính) Đảm bảo chương trình toán học
Mức độ thông tin trong hệ thống đề cập đến tổng các thông số cần đo lường, kiểm tra và ghi nhận trong quá trình Dựa trên tổng số thông số của quá trình công nghệ, hệ thống tự động hóa có thể được phân loại.
- Hệ lớn: từ 2500 trở lên
Theo chức năng hệ thống TĐH - QTCN sử dụng giải quyết các nhiệm vụ cơ bản: điều khiển, kiểm tra, trao đổi, thông tin và hỗ trợ
1.7.2 Nguyên tắc thiết kế hệ thống TĐH QTCN
Trong các hệ thống điều khiển các quá trình phức tạp việc thiết kế phải dựa trên một số nguyên tắc sau:
Nguyên tắc của bài toán mới là luật điều khiển cần nâng cao tính hiệu quả kinh tế trong quá trình công nghệ Mỗi nhiệm vụ đặt ra phải tập trung vào việc cải thiện hiệu quả kinh tế, đảm bảo độ chính xác của mô hình toán học, và xác định tiêu chuẩn tối ưu cho quy trình Điều này không chỉ nâng cao số lượng mà còn cả chất lượng sản xuất.
- Nguyên tắc hợp tác giữa con người và máy trong hệ thống: Hệ thống TĐH
QTCN cần hoạt động như một hệ thống người-máy, trong đó con người sẽ điều khiển các vấn đề mà chính họ đặt ra, đồng thời giải quyết những nhiệm vụ khó khăn đã được xác định trong quá trình làm việc.
- Nguyên tắc trình tự một cách hệ thống: Đảm bảo khi tiếp cận hệ thống phải đảm bảo trình tự theo các luật điều khiển quá trình
Nguyên tắc nâng cấp không ngừng là yếu tố quan trọng trong việc cải thiện hệ thống, đảm bảo rằng nó luôn có khả năng nâng cấp và nâng cao chất lượng điều khiển quá trình Việc duy trì tính khả nâng cấp của hệ thống sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng tốt hơn với các yêu cầu thay đổi trong tương lai.
Nguyên tắc không phụ thuộc vào thiết bị kỹ thuật đảm bảo rằng thông tin toán học cho hệ thống vẫn được duy trì bất kể sự thay đổi nào về thiết bị Điều này giúp hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả, ngay cả khi có sự thay đổi trong công nghệ.
- Nguyên tắc mô đun hoá: Nhằm đảm bảo cho hệ thống có thể phát triển, mở rộng và thuận lợi cho sửa chữa
Hệ thống TĐH – QTCN là một hệ thống tích hợp yêu cầu chất lượng sản phẩm đầu ra cao Do đó, việc thiết kế hệ thống này cần dựa trên các cơ sở khoa học và nguyên tắc cơ bản, kết hợp với các điều kiện thực tế để đảm bảo hiệu quả tối ưu trong quá trình thực thi.
Hệ thống TĐH - QTCN là một hệ thống tích hợp, cho phép sản xuất hoạt động hiệu quả với các chỉ tiêu điều khiển tối ưu, từ đó mang lại hiệu quả kinh tế lớn Việc nghiên cứu vai trò và chức năng của hệ thống giúp sinh viên hiểu rõ bản chất và đưa ra các phương án điều khiển hợp lý Phân tích các hệ con trong hệ thống TĐH là cần thiết cho sinh viên chuyên ngành điện và điều khiển tự động hóa, giúp họ hoạch định quá trình công nghệ và giải quyết bài toán điều khiển một cách hiệu quả Các thiết bị TĐH đạt tiêu chuẩn quốc tế như OCT - 36 - 27 – 77 và ANSI/ISA S5.1 giúp sinh viên tiếp cận các quá trình công nghệ hiện có tại Việt Nam một cách bài bản Nội dung chương 1 cung cấp nền tảng cho sinh viên nghiên cứu và phân tích sơ đồ quá trình công nghệ trong chương tiếp theo và trong thực tế sản xuất.
1- Phân biệt các khái niệm điều khiển tự động và tự động hóa và khái niệm TĐH QTCN và TĐH QTSX
2 Vẽ phân tích mô hình phân cấp điều khiển hình tháp
3 Vẽ phân tích mô hình cấu trúc phân cấp điều khiển kiểu song song
4 Vẽ phân tích mô hình cấu trúc phân cấp điều khiển kiểu bus
5 Vẽ phân tích cấu trúc hệ lớn – hệ con
6 Trình bày nội dung đảm bảo toán học trong TĐH QTCN
7 Trình bày nội dung đảm bảo kỹ thuật trong TĐH QTCN
8 Trình bày nội dung đảm bảo thông tin trong TĐH QTCN
9 Vẽ phân tích mô hình máy tính làm việc như đơn vị điều khiển trung tâm, chế độ điều khiển trực tiếp, chế độ cố vấn
10 Nêu các yêu cầu cơ bản khi thiết kế hệ thống tự động hóa
11 Đọc các phân tích các ký hiệu trên bản vẽ quá trình công nghệ.
