Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, chúng ta đang đi những bước vững chắc trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại
hoá đất nước. Từ một nước nông nghiệp lạc hậu, cơ sở hạ tầng thấp kém, chịu nhiều hậu quả do chiến
tranh để lại, chúng ta đã dần dần bắt kịp các nước có nền công nghiệp phát triển hơn. Có được những
thành công đáng kể đú, chớnh là do chúng ta đã nắm bắt được những thành tựu khoa học công nghệ
mới của thế giới, áp dụng một cách hiệu quả, phù hợp vào từng lĩnh vực công nghiệp, từng nghành
nghề sản xuất đặc thù. Đây cũng chính là một trong những định hướng phát triển trọng tâm trong giai
đoạn hiện nay, được Nhà nước, Chính phủ, Quốc hội Việt nam xác định rõ ràng.
Là những sinh viên nghành Tin học công nghiệp, đứng trước trào lưu phát triển không ngừng
của khoa học công nghệ, đặc biệt là các công nghệ ứng dụng vào sản xuất công nghiệp, chúng ta
không thể không suy nghĩ. Với những kiến thức đã thu nhập được trong trường học và thực tế, chúng
em đó cú những kiến thức nhất định về các vấn đề này. Nhưng để bắt tay cụ thể vào công việc, đó
không hề đơn giản, đòi hỏi chúng ta phải nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu, học hỏi và vận dụng sáng tạo các
công nghệ tiên tiến, góp phần thúc đẩy nền công nghiệp nước nhà bắt kịp các nước trong khu vực và
thế giới, đóng góp chung cho sự phát triển của đất nước. Đối với cá nhân em, trong Đồ án tốt nghiệp
này, sẽ đi tìm hiểu về các hệ thống, kiến trúc điều khiển công nghiệp đang được áp dụng rộng rãi hiện
nay, cụ thể hệ điều khiển quá trình PCS 7 của Siemens và bắt tay vào thiết kế một hệ thống thực, " Hệ
thống kiểm soát điều khiền cửa đập tràn xả lũ"- Nhà máy thuỷ điện Thác Mơ.
Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn Vũ Đức Trọng, Trần Quốc Hiệp, đã theo sát
em trong suốt quá trình làm đồ án. Em cũng xin gửi lời cám ơn tới thầy Nguyễn Anh Tuấn, anh
Nguyễn Nam Hải, đã cung cấp cho em tài liệu và công cụ phần mềm để hoàn thành đồ án.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
1
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
PHẦN I: GIỚI THIỆU CÔNG TY GIỚI THIỆU
CÔNG TY
CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HƯNG VIỆT
• Giấy phép đăng ký kinh doanh (bản sao có công chứng đớnh kèm)
• Tên đăng ký đầy đủ: Công ty Cổ phần Kỹ thuật Công nghiệp Hưng Việt Công ty Cổ phần
Kỹ thuật Công nghiệp Hưng Việt

Tờn viết tắt:IEC., JSC IEC., JSC
Tên giao dịch:Hung Viet Industrial Engineering Joint Stock Company Hung Viet
Industrial Engineering Joint Stock Company
• Ngày thành lập: 06/07/2001
• Địa chỉ giao dịch:C1 Hà Thuỷ, Hoàng Cầu, Đống Đa, Hà nội C1 Hà Thuỷ, Hoàng Cầu,
Đống Đa, Hà nội
Điện thoại:(84.4) 8571192 (84.4) 8571192
Fax:(84.4) 8571709 (84.4) 8571709
• Số TK:11110137883017 :11110137883017
Tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Kỹ thương Việt Nam
• Loại hình sản xuất kinh doanh và lĩnh vực chuyên ngành
ο Hình thức doanh nghiệp:Cụng ty Cổ phần Công ty Cổ phần
o Đăng ký kinh doanh (Lần 2) số: 0103000423 do Sở Kế Hoạch và Đầu Tư
0103000423 do Sở Kế Hoạch và Đầu Tư
Thành Phố Hà Nội cấp ngày 29/04/2004.
o Các lĩnh vực chuyên ngành:
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
2
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
- Tư vấn giám sát thi công công trình,
- Sản xuất phần mềm tin học,
- Kinh doanh thiết bị viễn thông,
- Dịch vụ kỹ thuật và chuyển giao công nghệ trong trong lĩnh vực điện, điện tử, tin học, viễn
thông, tự động hoá công nghiệp ,
- Chế tạo, lắp đặt, tư vấn thiết kế các thiết bị và hệ thống điện tử viễn thông,
- Mua bán, lắp đặt, sửa chữa, bảo trì, bảo hành các thiết bị rời, thiết bị đồng bộ và sản phẩm
hoàn chỉnh cơ điện lạnh,
- Buôn bán vật tư, thiết bị công nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, xử lý chất thải công
nghiệp và dân dụng, thiết bị an toàn, thiết bị phòng cháy chữa cháy, thang máy, trang thiết bị y
tế, đo lường thí nghiệm, thiết bị khoa học kỹ thuật và chế biến thực phẩm,

Đại lý kinh doanh các thiết bị bưu chính viễn thông,
- Xây lắp công trình điện đến 35KV,
- Sản xuất bảng điện, tủ điện trung, hạ thế.
• Sơ đồ tổ chức cỏc phũng ban và nhân sự chủ chốt:
o Tổ chức Công ty IEC được chia thành các bộ phận sau :
- Ban giám đốc điều hành : Giám đốc Công ty và 2 Phó giám đốc phụ trách kỹ thuật và kinh
doanh.
- Khối gián tiếp : Bộ phận văn phòng, Kế hoạch, Tài chính và Kho vật tư.
- Khối kỹ thuật có 4 bộ phận :
 Trung tâm tích hợp hệ thống
 Trung tâm nghiên cứu và phát triển.
 Trung tâm điện tử và công nghiệp.
 Xưởng lắp ráp và chế tạo.
- Khối kinh doanh :
Bộ phận Tiếp thị, Kinh doanh, Dự án và Phòng trưng bày.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
3
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
o Sơ đồ tổ chức cỏc phũng ban
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
4
PGĐ PHỤ TRÁCH
KINH DOANH
PGĐ PHỤ TRÁCH
KỸ THUẬT
Bộ phận
gián tiếp
Trung tâm
hệ thống
Trung tâm

nghiên cứu
và phát
triển
Trung tâm
điện tử công
nghiệp
Xưởng lắp
ráp và chế
tạo
Văn
phòng,
Kế hoạch
Tích hợp
hệ thống
Công
nghệ tự
động
Thiết bị
giám sát
và an
ninh
Lắp ráp
điện tử,
Cơ khí
Tài chính
Vật tư
Quản lý
và phát
triển dự
án

Công
nghệ
thông tin
Thiết bị
đo lường
Đội thi
công
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG QUẢN
TRỊ
KIÊM GIÁM ĐỐC
Phòng kinh
doanh và dự
án
Tiếp thị,
Kinh doanh,
Dự án
Phòng trưng
bày
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
o Nhân sự chủ chốt
IEC có đội ngũ cán bộ đông đảo với hơn 25 kỹ sư, 2 tiến sĩ, cựng cỏc kỹ thuật viên và công
nhân với chất lượng cao, giàu kinh nghiệm thực tiễn Hơn nữa, để đáp ứng mọi yêu cầu của
khách hàng, IEC còn hợp tác với nhiều phòng thí nghiệm, viện nghiên cứu và các trường đại
học lớn trong nhiều lĩnh vực.
• Quản lý dự án:2 2
• Quản lý sản phẩm:3 3
• Kỹ sư TĐH & HT:4 4
• Kỹ sư phần mềm:2 2
• Kỹ sư điện tử:2 2
• Kỹ sư cơ khí:3 3

• Cán bộ kinh doanh3 3
• Cán bộ tài chính:2 2
• Hành chính VP:1 1
• Công nhân trình độ cao:10 10
• Cơ cấu tổ chức theo chiều dọc với cơ quan chủ quản:
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
5
SỞ KẾ HOẠCH VÀ ĐẦU TƯ
THÀNH PHỐ HÀ NỘI
CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẬT
CÔNG NGHIỆP HƯNG VIỆT
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
PHẦN II: LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG CỤ
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHỔ BIẾN
GIỚI THIỆU KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHỔ BIẾN
I.1. Kiến trúc DCS
I.1.1. Giới thiệu chung
 DCS = Distributed Control System
 Tiến hóa từ giải pháp DDC, phân tán chức năng điều khiển xuống nhiều bộ điều khiển nối
mạng.
 Hệ điều khiển tích hợp trọn vẹn của một nhà sản xuất (tích hợp về phần cứng, phần mềm và
chức năng).
 Hệ DCS đầu tiên: TDC2000 của Honeywell (1975).
 Các sản phẩm tiêu biểu:
– ABB: Advant OCS, IndustrialIT
– Emerson (Fisher-Rosemount): PROVOX, DeltaV
– Honeywell: PlantScape
– Invensys (Foxboro): I/A Series
– Siemens: Teleperm, PCS7

– Yokogawa: Centum CS1000/CS3000
I.1.2. Phạm vi ứng dụng, ưu nhược điểm của DCS
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
6
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
 Hệ DCS được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp chế biến:
– Hóa chất, hóa dầu, thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm.
– Khai thác dầu khí, than.
– Điện năng, xi măng, giấy.
– Luyện kim, cỏn thộp.
–
 Ưu điểm:
– Tính tích hợp cao (phần mềm, phần cứng, giao tiếp, chức năng điều khiển và giám sát).
– Phát triển ứng dụng trực quan, linh hoạt, đơn giản, gần gũi với công nghệ.
– Độ tin cậy cao nhờ khả năng độc lập cảnh giới, chẩn đoán lỗi của các trạm, cấu trúc phân tán
và cấu hình dự phòng.
 Nhược điểm:
– Giá thành hệ thống tương đối cao.
– Nhiều hệ thống thể hiện tính đóng kín.
I.1.3. Cấu hình cơ bản một hệ DCS
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
7
Cấu hình cơ bản một hệ DCS
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
 Ví dụ hệ CS 3000:
I.2. Kiến trúc PLC
I.2.1. Giới thiệu sơ lược về PLC
 PLC (Programmable Logic Controller):
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
8

Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
– Thiết bị điều khiển có thể „lập trình mềm“, làm việc theo chương trình lưu trong bộ nhớ =>
máy tính điều khiển chuyên dụng.
– Thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có thể chức năng điều
chỉnh (PID, mờ, ) và các chức năng tớnh toán khác.
– Ngày nay khái niệm „Programmable Controller“ được sử dụng nhiều hơn, mặc dù từ viết tắt
„PLC“ vẫn thông dụng.
I.2.2. Phạm vi ứng dụng, ưu và nhược điểm:
– Lúc đầu chủ yếu trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình rời rạc.
– Ngày nay cả trong điều khiển trình tự và điều khiển quá trình liên tục -> cạnh tranh với
Compact Digital Controllers và các hệ DCS trong các ứng dụng “lai”.
–Thiết bị thu thập dữ liệu trong các hệ SCADA.

Ưu điểm:
– Phần cứng gọn nhẹ, thiết kế bền chắc, độ tin cậy cao, thích hợp với môi trường làm việc
công nghiệp.
– Khả năng xử lý tín hiệu logic (24VDC-240VAC) và tín hiệu tương tự.
– Khả năng mở rộng số đầu vào/ra đơn giản.
– Lập trình và thay đối chương trình đơn giản với kỹ sư điện.
– Khả năng giám sát hoạt động của dây chuyền SX, khả năng phát hiện lỗi thiết bị trường từ
máy tính điều khiển.
– Tính năng thời gian thực.

Nhược điểm:
– Giải pháp đơn lẻ, cần tích hợp giao diện người-mỏy (HMI)
– Kiến trúc đóng kín, khó tích hợp sản phẩm ngoài
– Năng lực tính toán tương đối yếu
I.2.3. Cấu hình cơ bản một hệ PLC+HMI
I.2.3. Cấu hình cơ bản một hệ PLC+HMI
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ

9
Cấu hình cơ bản của một hệ PLC+HMI
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
I.3. Kiến trúc PC-Based
I.3.1. Giới thiệu chung PC-Based
 Tại sao sử dụng giải pháp IPC?
– Hiệu năng tính toán cao với giá thành thấp, chu kỳ điều khiển có thể xuống tới 1ms.
– Kiến trúc máy tính phổ thông, quen thuộc.
– Tớnh năng mở.
– Hệ điều hành thông dụng.
– Nối mạng đơn giản.
– Lập trình tự do, công cụ lập trình mạnh.
– Sử dụng các thành phần chuẩn (off-the-shelf components) => component-based system (khác
với integrated system).
– Có thể kết hợp các chức năng điều khiển cơ sở, điều khiển cao cấp và vận hành-giỏm sát
(all-in-one system),
– Dễ dàng ghép nối với các ứng dụng cấp trên.
– Độ tin cậy ngày càng được cải thiện.
– Ghép nối vào/ra đơn giản qua bus trường.
I.3.2. Phạm vi ứng dụng, ưu và nhược điểm
I.3.2. Phạm vi ứng dụng, ưu và nhược điểm
 Các dây chuyền chế tạo, lắp ráp, đóng bao:
– Thay thế giải pháp PLC truyền thống => Slot-PLC, Soft-PLC.
– Kết hợp chức năng điều khiển và vận hành-giỏm sỏt tại chỗ.
– Độ tin cậy không phải là vấn đề đáng lo ngại.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
10
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
 Điều khiển chuyển động:
–Thay thế giải pháp CNC truyền thống => Soft-CNC.

– Điều khiển tay máy.
 Điều khiển một nhóm thiết bị, máy móc đơn lẻ.
 Điều khiển quá trình: công nghệ thực phẩm, dược phẩm, xử lý nước sạch, nước thải, CN bán
dẫn,
 SCADA
 Khả năng xử lý nhanh, hỗn hợp, linh hoạt, dễ tích hợp HMI và các chức năng cao cấp


Slot-PLC, Embedded PLC
Slot-PLC, Embedded PLC
– Chưa lợi dụng được thế mạnh thực sự của PC.
– Ít có sự lựa chọn các khối vào/ra.


Soft-PLC, SoftLogic
Soft-PLC, SoftLogic
– Ưu điểm: gọn nhẹ, rẻ.
– Nhược điểm: độ tin cậy phụ thuộc vào PC.
I.3.3. Cấu hình cơ bản
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
11
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
I.4. Kiến trúc FCS
I.4.1. Các vấn đề của kiến trúc DCS/PLC
 Điều khiển phân tán chưa triệt để:
– Độ tin cậy vẫn còn phụ thuộc nhiều vào bộ điều khiển.
– Hiệu năng của hệ thống chưa cao.
– Kém linh hoạt trong thay đổi chương trình.
 Giao diện quá trình chủ yếu vẫn là nối dây truyền thống:
– Sử dụng I/O, I/O termination.

– Tốn cáp truyền, công lắp đặt.
– Tốn thời gian đưa vào vận hành.
 Khả năng chẩn đoán còn hạn chế.
I.4.2. Khái niệm FCS = Field Control System
 Điều khiển phân tán triệt để nhờ sử dụng công nghệ bus trường (Foundation Fieldbus,
Profibus-PA, ).
 Phần lớn chức năng điều khiển cơ sở thực hiện tại thiết bị trường.
 Các thiết bị trường phối hợp trực tiếp để thực hiện chức năng điều khiển.
 Bộ điều khiển thực hiện chức năng phối hợp hoặc điều khiển cao cấp.
 Phát triển tích hợp: điều khiển và truyền thông.

Tóm tắt các ưu điểm chính:
Tóm tắt các ưu điểm chính:
 Tiết kiệm vật liệu (I/O, I/O termination, cáp truyền, tủ điều khiển) và công lắp đặt.
Nâng cao hiệu năng và độ tin cậy của hệ thống nhờ điều khiển tại chỗ, giảm tải bus.
 Đưa thiết bị trường vào vận hành đơn giản nhờ môi trường phát triển tích hợp.
 Tạo dựng ứng dụng điều khiển đơn giản => thông qua cấu hình thay vì lập trình.
 Nâng cao độ tin cậy nhờ khả năng chẩn đoán => bảo trì phòng ngừa.
I.4.3. Cấu hình cơ bản
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
12
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
I.5. SCADA
I.5. SCADA
I.5.1. Khái niệm chung
 Theo nghĩa hiện đại:
– Chức năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu như đúng tên gọi của nó.
– Được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực tự động hóa (trừ các ứng dụng phạm vi nhỏ như
điều khiển nhúng, điều khiển mỏy múc/thiết bị đơn lẻ).
– Trọng tâm là hệ thống phần mềm (phần mềm SCADA/HMI).

 Quan điểm mới về hệ SCADA
Trọng tâm là hệ thống phần mềm:
– Các công cụ phát triển, tạo dựng giao diện người-mỏy.
– Các phần mềm kết nối (I/O Drivers, I/O Servers).
– Ứng dụng công nghệ mới (hướng đối tượng, phần mềm thành phần, Web, ).
 Kiến trúc mở:
– Khả năng tương tác, hợp tác giữa các thành phần của một hệ thống và giữa các hệ thống.
– Khả năng thay thế, mở rộng hệ thống bởi các sản phẩm do chính bản thân người sử dụng
lựa chọn.
– Chuẩn hóa các giao diện quá trình > OPC là một ví dụ tiêu biểu.
– Sử dụng máy tính cá nhân và các hệ điều hành thông dụng (ví dụ WindowsNT/2000/XP) >
giảm giá thành.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
13
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
I.5.2. Cấu hình tiêu biểu
I.5.3. Phần mềm điều khiển giám sát
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
14
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
 Cơ sở dữ liệu quá trình:
 Chức năng quản lý, lưu trữ:
– Dữ liệu quá trình.
– Dữ liệu tình trạng hệ thống.
– Dữ liệu quá khứ.
– Dữ liệu cảnh bảo.
– Dữ liệu vận hành.
 Về cơ bản giống các hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường:
– Thường được xây dựng trên cơ sở một thương phẩm như SQL Server, Sybase, Informix,
 Các yêu cầu đặc biệt:

– Tần suất cập nhật cao, mang tính tuần hoàn.
– Tính năng thời gian thực.
– Quản lý hiệu quả cơ sở dữ liệu lớn liên tục rất nhanh.
 Giao diện người-máy:
 Sơ đồ khối (hệ thống): Hiển thị tình trạng các thiết bị, máy móc lLưu đồ công nghệ (phõn
đoạn, nhúm): Hiển thị các giá trị quá trình, các hình ảnh động minh họa, cỏc phớm điều khiển.
 Biểu đồ chức năng trình tự (SFC)
 Faceplates: Hiển thị và can thiệp chi tiết một vòng điều khiển (chế độ điều khiển, các giá trị
biến và tham số điều khiển, tình trạng báo động).
 Đồ thị thời gian thực: Hiển thị các giá trị quá trình (tức thời).
 Đồ thị quá khứ: Hiển thị các giá trị lưu trữ.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
15
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
 Các cửa sổ báo động.
 Các cửa sổ chỉ dẫn.
 Chức năng cảnh báo/báo động:
 Phát hiện tình trạng cảnh bỏo/bỏo động:
– Các hệ DCS: các trạm điều khiển cục bộ.
– Các hệ PLC+SCADA/HMI: các trạm vận hành/trạm chủ.
 Gửi cảnh bỏo/bỏo động theo:
– Phạm vi hệ thống.
– Trạm được quyền can thiệp.
– Mức ưu tiên, tính cấp thiết.
 Lưu trữ dữ liệu cảnh bỏo/bỏo động.
 Hiển thị cảnh bỏo/bỏo động:
– Sắp xếp theo mức ưu tiên, tính cấp thiết.
– Sắp xếp theo thời gian xảy ra.
– Sắp xếp theo loại cảnh bỏo/bỏo động.
– Sử dụng màu sắc và hiệu ứng nhấp nháy.

 Xác nhận cảnh bỏo/bỏo động:
–Quyền người sử dụng.
–Xác nhận theo nhóm hoặc xác nhận theo từng thông báo.
 Xóa cảnh bỏo/bỏo động.
 Phát triển phần mềm điều khiển giám sát:
 Lập trình (programming):
– Sử dụng các ngôn ngữ bậc cao (C++, Java, Visual Basic, Delphi).
– Có sự tham gia của một compiler.
– Khả năng thực hiện ít hạn chế.
– Đòi hỏi trình độ lập trình chuyờn sõu.
– Kém hiệu quả.
=>Chỉ thích hợp với các hệ thống qui mô nhỏ, ít thay đổi.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
16
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
 Không lập trình > cấu hình (configurating):
– Sử dụng một công cụ SCADA chuyên dụng.
– Sử dụng các ký hiệu đồ họa và script để xây dựng cấu hình.
– Sử dụng các phần tử đồ họa đối thoại để đặt các tham số.
– Không cần compiler.
– Hiệu quả cao, dễ thực hiện.
CHƯƠNG II: HỆ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP HỆ
ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
II.1. Mô hình phân cấp hệ thống
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
17
Mô hình phân cấp chức năng của một hệ thống điều khiển và giám sát
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
Ranh giới giữa các cấp không phải bao giờ cũng rõ ràng. Càng ở những cấp dưới thỡ
cỏc chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy,

thời gian phản ứng. Càng ở cấp trên quyết định càng quan trọng hơn, lượng thông tin cần trao
đổi và xử lý càng lớn hơn.
Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế hệ thống.

Cấp chấp hành: Chức năng chủ yếu là đo lường, truyền động, và chuyển đổi tín hiệu
trong trường hợp cần thiết. Hiện nay, đa số các Sensor hay Actuator cũng có phần điều khiển
riêng cho việc đo lường/truyền động chính xác và nhạy cao. Các thiết bị thông minh có thể
đảm nhiện việc tiền xử lý thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển.

Cấp điều khiển: Nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý thông tin đó theo một thuật
toán định trước, và truyền đạt kết quả xuống các cơ cấu chấp hành. Trong một hệ thống,
nhiệm vụ điều khiển được thực hiện bằng máy tính.

Cấp điều khiển giám sát: Giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật tự động. Hỗ
trợ người sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những
tình huống sự cố bất thường, hay các lỗi. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, cấp này còn thực
hiện các bài toán điều khiển cao cấp như: điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự, và điều
khiển theo công thức.

Cấp điều hành sản xuất: Nhận thông tin về trạng thái làm việc của các quá trình kỹ
thuật, các giàn máy, các hệ thống tự động, các số liệu trả về, thống kê về diễn biến quá trình
sản xuất và chất lượng sản phẩm. Xử lý số liệu, lập kế hoạch sản xuất, ra quyết định bảo
dưỡng máy móc, tối ưu hoá sản xuất và đưa các thông tin về thông số thiết kế, công thức điều
khiển, và lệnh điều khiển xuống cấp dưới.

Cấp quản lý công ty: Là cấp trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống. Nhiệm vụ
của nó là trao đổi thông tin giữa công ty và khách hàng thông qua email, hội thảo từ xa, dịch
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
18
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45

vụ truy cập Internet và thương mại điện tử Cũn cú nhiệm vụ tính toán giá thành, kế hoạch
sản xuất, thống kê tài nguyên, xử lý đơn đặt hàng, nhân sự
Để kết nối các cấp trong hệ thống phân cấp, người ta dựng cỏc hệ thống Bus:

Bus trường: Là hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để ghép nối các
thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị của cấp chấp hành, thiết bị
trường. Đặc trưng cơ bản của bus trường là tính năng thời gian thực cao, yêu cầu lượng thông
tin không cao. Các hệ thống bus trường thường sử dụng: Profibus, ControlNet, Modbus,
Fiedbus, DeviceNet,

Bus hệ thống, Bus quá trình: Kết nối máy tính điều khiển với các máy tính ở cấp
trên điều khiển giám sát với nhau. Thông qua bus hệ thống, các máy tính điều khiển có thể
phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho trạm kỹ thuật và trạm quan sát. Đối với
bus hệ thống, yêu cầu về tính năng thời gian thực tuỳ lĩnh vực ứng dụng, thời gian phản ứng
trong khoảng vài trăm miligiõy. Khác với bus trường, lượng thông tin qua bus hệ thống là rất
lớn. Tiêu biểu có: Ethernet, Industrial Ethernet, Profibus-FMS,

Mạng xí nghiệp: Giống như mạng LAN thông thường, kết nối các máy tính văn
phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát. Không yêu cầu nghiêm ngặt
về thời gian thực. Việc trao đổi dữ liệu diễn ra không theo chu kỳ, nhưng có khi với dung
lượng lớn đến vài Megabyte. Phổ biến là: Ethernet và Token-Ring trên cơ sở các giao thức
chuẩn nhu TCP/IP và IPX/SPX.

Mạng công ty: Đặc trưng của nó là gần với một mạng viễn thông hoặc mạng WAN,
nhiều hơn trờn cỏc phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và
các yêu cầu về kỹ thuật. Thường sử dụng các mạng truyền thông tốc độ cao và độ an toàn, bảo
mật thông tin đặc biệt cao: Fast Ethernet, ATM, FDDI,
II.2. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp
II.2.1. Các cấu trúc điều khiển


Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung:
Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được minh hoạ phía dưới. Một
máy tính duy nhất được dùng để điều khiển toàn bộ quá trình kỹ thuật. Máy tính điều khiển
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
19
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
(MTĐK) có thể là các bộ điều khiển trực tiếp, máy tính lớn, máy tính cá nhân hoặc các thiết bị
điều khiển khả trình. Trong điều khiển công nghiệp, MTĐK tập trung thường đặt tại phòng
điều khiển trung tâm, cách xa hiện trường. Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối
trực tiếp, điểm-điểm với máy tính điều khiển tập trung qua các cổng vào/ra của nó. Cách bố trí
vào/ra tại MTĐK như vậy gọi là vào/ra tập trung.
Đây là cấu trúc điều khiển tiêu biểu trong những năm 1965-1975. Ngày nay, cấu trúc
này thường thích hợp cho những ứng dụng tự động có quy mô vừa và nhỏ, điều khiển các loại
máy móc và thiết bị bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành một lần cho các máy tính điều
khiển. Tuy nhiên, với cấu trúc này, toàn bộ hệ thống tập trung vào 1 máy tính điều khiển, do
đó có hạn chế sau:
 Công việc nối dây phức tạp, giá thành cao.
 Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn.
 Độ tin cậy kém.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
20
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45

Điều khiển tập trung vởi vào/ra phân tán:
Cấu trúc vào/ra tập trung với cách ghép nối điểm-điểm có một nhược điểm là số lượng
dây nối lớn, giá thành cao và công thiết kế, lắp đặt. Một nhược điểm cố hữu nữa là phương
pháp truyền dẫn tín hiệu thông thường giữa các thiết bị trường và thiết bị điều khiển dễ chịu
ảnh hưởng của nhiễu, gây sai số lớn. Vấn đề này được khắc phục bằng phương pháp dùng bus
trường. Hình dưới minh hoạ một cấu hình mạng với vào/ra phân tán. Ở đây các module vào/ra
được đẩy xuống cấp trường gần kề với các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Một cách ghép nối

khác là sử dụng các cảm biến và cơ cấu chấp hành thông minh, có khả năng nối mạng trực tiếp
không cần thông qua các module vào/ra. Bên cạnh khả năng xử lý giao thức truyền thông, các
thiết bị này còn có khả năng xử lý tại chỗ như lọc nhiễu, chỉnh định thang đo, tự đặt chế độ,
chuẩn đoán trạng thái Trong nhiều trường hợp, các thiết bị có thể đảm nhận nhiệm vụ điều
khiển đơn giản.
Sử dụng Bus trường và cấu trúc vào/ra phõn tỏn có những ưu điểm sau:
 Tiết kiệm dây dẫn và công đi dây.
 Giảm kích thước hộp điều khiển.
 Tăng độ linh hoạt hệ thống nhờ việc sử dụng các thiết bị có giao diện chuẩn.
 Thiết kế và bảo trì dễ dàng nhờ cấu trúc đơn giản.
 Khả năng chẩn đoán tốt hơn.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
21
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
 Tăng độ tin cậy của toàn hệ thống.

Điều khiển phân tán với vào/ra tập trung:
Trong đa số các ứng dụng quy mô vừa và lớn, mô hình điều khiển tập trung sẽ không
còn phù hợp do 1 thiết bị điều khiển trung tâm khó có thể đảm nhiệm được việc điều khiển
toàn bộ hệ thống. Do đó, các chức năng điều khiển sẽ được phân tán tới nhiều thiết bị điều
khiển khác nhau. Một dây chuyền sản xuất thường được chia thành nhiều phân đoạn, có thể
được bố trí tại nhiều vị trí khác nhau. Tại mỗi công đoạn có thể sử dụng một hoặc một vài
máy tính điều khiển cục bộ và các máy tính này được nối mạng với nhau và kết nối về máy
tính điều khiển trung tâm. Hình dưới minh hoạ hệ thống với cấu trúc điều khiển phân tán.
Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặt rải rác tại cỏc phũng điều khiển của
từng phân đoạn, phân xưởng, ở vị trí không xa với quá trình kỹ thuật. Các phân đoạn có thể
liên hệ tương tác với nhau. Vì vậy, để điều khiển quá trình tổng hợp cần có sự điều khiển phối
hợp giữa các máy tính điều khiển. Do đó, các máy tính điều khiển được nối mạng với nhau và
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
22

Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
nối với 1 hoặc một vài máy tính giám sát trung tâm qua bus hệ thống. Giải pháp này dẫn đến
các hệ thống có cấu trúc điều khiển phân tán, hay được gọi là các hệ điều khiển phân tán.
Ưu thế của hệ thống điều khiển phân tán không chỉ dừng lại ở độ linh hoạt cao hơn so
với cấu trúc tập trung. Hiệu năng cũng như độ tin cậy của hệ thống tổng thể được nâng cao
nhờ sự phân tán chức năng xuống các cấp dưới.

Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ra phân tán:
Giải pháp sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ra phân tán và các thiết
bị trường thông minh chính là xu hướng phát triển trong xây dựng các hệ thống điều khiển và
giám sát hiện đại. Bên cạnh độ tin cậy cao, tính năng mở và độ linh hoạt cao thì yếu tố kinh tế
cúng chiếm tỷ lệ quan trọng.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
23
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
II.3. Hệ thống điều khiển phõn tán
Cấu hình cơ bản của một hệ điều khiển phân tán được minh hoạ trên hình vẽ bao gồm
các thành phần sau:
 Các trạm điều khiển cục bộ (LCS-Local Control Station), đôi khi còn gọi là các khối
điều khiển cục bộ (LCU-Local Control Unit) hoặc các trạm quá trình (PS-Process Station).
 Các trạm vận hành (OS-Operator Station).
 Các trạm kỹ thuật (ES-Engineering Station) và công cụ phát triển.
 Hệ thống truyền thông.

Trạm điều khiển cục bộ:
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
24
Bùi Trung Kiên Lớp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45
Thông thường, các trạm điều khiển cục bộ được xây dựng theo cấu trúc module. Các
thành phần của chúng bao gồm:

 Bộ cung cấp nguồn, thông thường có dự phòng.
 Khối xử lý trung tâm (CPU), có thể có lựa chọn loại có dự phòng.
 Giao diện với bus hệ thống, thông thường cũng có dự phòng.
 Giao diện với bus trường, nếu sử dụng cấu trúc vào/ra phân tán.
 Các module vào/ra số cũng như tương tự, các module vào/ra an toàn cháy nổ.
Các chức năng do trạm điều khiển cục bộ đảm nhiệm gồm:
 Điều khiển quá trình: Điều khiển các mạch vũng kớn (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,
độ PH, độ đậm đặc ). Hầu hết các mạch vòng đơn được điều khiển trên cơ sở luật PID, giải
quyết bài toán điều khiển điều chỉnh, điều khiển tỷ lệ. Các hệ thống hiện đại cho phép điều
khiển mờ điều khiển dựa theo mô hình, điều khiển thích nghi,
 Điều khiển trình tự (Sequential Control).
 Điều khiển logic.
 Điều khiển theo công thức (Recipe Control).
 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 quá trình trong trường hợp mất liên lạc với trạm vận
hành.
 Nhận biết các trường hợp quá ngưỡng giới hạn và đưa ra các cảnh báo, báo động.
Chớnh vì đây là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống, đại đa số các trạm điều
khiển cục bộ có tính năng kiểm tra và sửa lỗi, cũng như cho phép lựa chọn cấu hình dự phòng.
Một điều quan trọng là một trạm điều khiển cục bộ phải có khả năng đảm bảo tiếp tục thực
hiện các chức năng nói trên trong trường hợp trạm vận hành hoặc đường truyền bus gặp sự cố.
Các máy tính điều khiển có thể là máy tính đặc chủng của nhà cung cấp, PLC hoặc máy
tính cá nhân công nghiệp. Dựa trên cơ sở này, người ta phân biệt các hệ thống điều khiển phân
tán hiện nay.
Yêu cầu về mặt kỹ thuật cho một trạm điều khiển cục bộ:
 Tính năng thời gian thực.
 Độ tin cậy và tính sẵn sàng.
Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Thác Mơ
25