Tự động hóa hệ thống điều khiển: cấp độ, công cụ, tính năng và ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Tự động hóa hệ thống điều khiển (ACS) là một hệ thống thông tin được thiết kế để thực hiện tự động các quy trình quản lý. Cần lưu ý rằng sự ra đời của công nghệ này cần được chứng minh từ quan điểm kinh tế và kỹ thuật. Thông thường, việc lắp đặt một hệ thống như vậy giúp giảm số lượng nhân viên làm việc, tăng hiệu quả quản lý và nâng cao chất lượng của cơ sở.

Yêu cầu đối với ACS

Có một số yêu cầu đối với việc tự động hóa hệ thống điều khiển.

Thứ nhất, điều rất quan trọng là tất cả các yếu tố có thể được kết nối với nhau, đồng thời phải có kết nối với hệ thống tự động được kết nối với hệ thống điều khiển tự động. Ngoài ra, điều rất quan trọng ở đây là hệ thống có khả năng mở rộng, phát triển và hiện đại hóa. Điều này được thực hiện với mong muốn trong tương lai doanh nghiệp sẽ phát triển và cần có một hệ thống hiện đại hơn.

Thứ hai, nhưng không kém phần quan trọng, hệ thống tự động hóa điều khiểnphải có đủ độ tin cậy. Nói cách khác, nó phải được bảo mật 100% khi làm việc với các thông số đã thiết lập ban đầu. Một yêu cầu quan trọng khác là khả năng thích ứng. Hệ thống phải được cấu hình theo cách mà nó có thể thay đổi khi đối mặt với các thông số thay đổi. Tuy nhiên, ở đây cần nói rằng phạm vi thay đổi được thảo luận trước, trước khi cài đặt hệ thống điều khiển tự động, và do đó các giới hạn thay đổi này được đưa vào hệ thống trước.

Hệ thống tự động hóa điều khiển nên cung cấp khả năng kiểm soát công việc của nó. Ngoài ra, điều rất quan trọng là trong trường hợp xảy ra sự cố, hệ thống có thể chẩn đoán và chỉ ra vị trí, loại và nguyên nhân của một vấn đề cụ thể. Yêu cầu quan trọng cuối cùng đối với hệ thống điều khiển tự động là bảo vệ chống lại các hành động không chính xác của nhân viên. Trong trường hợp các thông số thay đổi ngẫu nhiên hoặc cố ý có thể đưa đối tượng đến trạng thái tới hạn, hệ thống điều khiển phải được bảo vệ. Quy tắc này cũng áp dụng trong trường hợp thông tin bị rò rỉ ở đâu đó.

Các bộ phận của ACS. Chức năng

Hiện tại, bất kỳ hệ thống thông tin nào, bao gồm cả hệ thống tự động hóa quản lý doanh nghiệp, có thể được chia thành hai thành phần theo điều kiện. Đầu tiên là chức năng, thứ hai là cung cấp. Phần đầu tiên chịu trách nhiệm về khía cạnh của các hành động trong đó mỗi hệ thống riêng lẻ được tạo ra. Sự kết hợp của các nhiệm vụ riêng lẻ này tạo ra một bộ phận chức năng của hệ thống tổng thể.

Tiếp theo, bạn cần chú ý đến thực tế là bất kỳ hệ thống điều khiển tự động nào cũng phải thực hiệncác bước sau:

• nó phải thu thập, xử lý và phân tích tất cả thông tin liên quan đến trạng thái của đối tượng;
• hệ thống phải có khả năng phát triển các phương pháp kiểm soát khi có nhu cầu;
• Hệ thống kiểm soát tự động cũng phải có khả năng chuyển các hành động kiểm soát cho các phần tử điều hành, cũng như chuyển dữ liệu cho người vận hành để kiểm soát;
• việc thực hiện và kiểm soát các hành động kiểm soát đã phát triển cũng nằm trong hệ thống kiểm soát.

Cung cấp một phần của hệ thống điều khiển tự động. Phần thông tin

Phần lớn thứ hai là cung cấp. Nó có phần phức tạp hơn và nó được chia theo điều kiện thành một số nhóm hoạt động nhỏ hơn, bao gồm các phần sau:

• chương trình-toán học;
• thông tin;
• kỹ thuật;
• phương pháp luận và tổ chức;
• ngôn;
• nhân.

Hoạt động của hệ thống tự động hóa quản lý doanh nghiệp, hay nói đúng hơn là bộ phận hỗ trợ của nó, dựa trên thực tế là nó thu thập thông tin đầy đủ về đối tượng. Dựa trên thông tin nhận được, bao gồm dữ liệu về mã hóa, phương pháp đánh địa chỉ, định dạng dữ liệu, v.v., ACS sẽ hoạt động. Bạn cần hiểu rằng một lượng lớn thông tin đòi hỏi không gian lưu trữ. Vì lý do này, tất cả dữ liệu đã nhận được thu thập trong cơ sở dữ liệu lớn, sau đó được lưu trữ trên phương tiện máy.

Điều quan trọng cần hiểu ở đây là lưu trữ tất cả thông tin từ khi bắt đầu làm việc cho đến ngày nayKhông thể vì có quá nhiều. Do đó, tất cả dữ liệu được lưu trữ sẽ được ghi đè lên phương tiện với một tần suất nhất định, điều này cần thiết cho hoạt động bình thường của đối tượng. Ngoài ra, mỗi hệ thống tự động hóa quy trình như vậy có một số loại lưu trữ dữ liệu dự phòng. Nó nhằm mục đích có thể khôi phục thông tin bị mất nếu bất kỳ thiết bị nào bị lỗi.

Phần toán học

Cần lưu ý ngay rằng nó là quan trọng nhất trong bất kỳ hệ thống quản lý nào hiện nay. Phần mềm của loại này bao gồm bất kỳ phần mềm nào thực hiện tất cả các nhiệm vụ được giao cho hệ thống, đồng thời đảm bảo hoạt động bình thường của toàn bộ tổ hợp phương tiện kỹ thuật được sử dụng trong doanh nghiệp này. Phần toán học là tổng thể của tất cả các công thức toán học, mô hình, thuật toán được sử dụng trong hoạt động của hệ thống thông tin.

Phần mềm của hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình phải đáp ứng đầy đủ việc thực hiện tất cả các chức năng được yêu cầu từ đối tượng tự động hóa. Điều quan trọng cần lưu ý ở đây là tất cả các chức năng này được thực hiện bằng các công cụ tính toán. Có một số thuộc tính cụ thể mà phần mềm của ACS phải đáp ứng:

1. Đủ chức năng. Đó là, hệ thống phải hoàn chỉnh.
2. Điều quan trọng là hệ thống không chỉ đáng tin cậy mà còn phải có tài sảntự phục hồi, cũng như xác định nguyên nhân của sự cố.
3. Hệ thống phải thích ứng với các tham số thay đổi của đối tượng.
4. Có thể sửa đổi nếu cần.
5. Tính mô-đun của cấu trúc, cũng như tính dễ sử dụng, cũng là những thành phần quan trọng của hệ thống.

Phần kỹ thuật

Mọi thứ ở đây khá đơn giản. Hỗ trợ kỹ thuật bao gồm sự sẵn có của tất cả các phương tiện kỹ thuật cần thiết để đảm bảo chức năng tối đa của hệ thống điều khiển tự động. Phần này bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi sự phát triển của công nghệ máy tính và công nghệ máy tính. Nhờ sự phát triển của hai lĩnh vực này, sự đa dạng của các công cụ đo lường kỹ thuật ngày càng trở nên rộng rãi hơn và bản thân chúng có thể giải quyết được nhiều vấn đề hơn bao giờ hết.

Hiện nay, các hệ thống và phương tiện kỹ thuật tự động hóa và điều khiển có thể được chia thành hai nhóm lớn. Nhóm đầu tiên là phương tiện giao tiếp và nhóm thứ hai là phương tiện công nghệ tổ chức.

Ở đây cần phải hiểu rằng các phương tiện kỹ thuật của tự động hóa được sử dụng trong tất cả các giai đoạn của hoạt động của hệ thống điều khiển tự động, từ việc sửa các thông số đến bộ lưu trữ của chúng, và với sự trợ giúp của chúng, có thể kết nối toàn bộ hệ thống điều khiển thành một mạng duy nhất. Nếu chúng ta nói riêng về các phương tiện liên lạc, thì trước hết chúng đóng vai trò truyền thông tin từ thiết bị này sang thiết bị khác. Trong một số trường hợp hiếm hoi, chúng hoạt động cùng nhau với máy tính. Công nghệ tổ chức là một thiết bị cho phépthực hiện các hoạt động khác nhau với thông tin đã thu được trước đó.

Một quy tắc khá quan trọng là bất kỳ phương tiện kỹ thuật nào của hệ thống điều khiển tự động, trong trường hợp có sự cố, phải được thay thế bằng phương tiện tương tự mà không gặp bất kỳ sự cố nào mà không cần phải cấu hình lại.

Phần phương pháp luận và tổ chức của hệ thống

Thiết kế hệ thống tự động hóa điều khiển ngụ ý sự hiện diện của một phần như phương pháp luận và tổ chức. Nhánh hệ thống điều khiển tự động này là một tập hợp các phương pháp, công cụ và một số tài liệu đặc biệt thiết lập quy trình vận hành không chỉ cho bản thân hệ thống mà còn cho nhân viên duy trì nó. Ngoài ra, còn có các tài liệu hệ thống hóa quy trình làm việc của các nhân sự khi tiếp xúc với nhau. Điều này cũng bao gồm một số phương pháp, do đó nhân viên được đào tạo để làm việc với một hệ thống thông tin cụ thể. Nói cách khác, đây là một phần không chỉ ảnh hưởng đến bản thân hệ thống mà còn ảnh hưởng đến yếu tố con người.

Mục đích chính của phần này là giữ cho hệ thống luôn hoạt động cũng như cho phép hệ thống được phát triển thêm nếu cần. Có thể nói thêm rằng phần này chứa các hướng dẫn liên quan đến những gì nhân viên cần làm trong quá trình vận hành ACS để duy trì hoạt động bình thường của nó. Nó cũng lưu trữ các tệp chứa thông tin về những việc cần phải làm nếu hệ thống chuyển sang chế độ khẩn cấp hoặc đơn giản là không hoạt động như bình thường.

Ngôn ngữ học

Phần cuối cùng của phần hỗ trợ của ACS là ngôn ngữ. Đương nhiên, hệ thống này là một tập hợp ngôn ngữ. Điều này bao gồm các ngôn ngữ giao tiếp của nhân viên phục vụ hệ thống tự động hóa quản lý sản xuất, cũng như những người sử dụng hệ thống này với các bộ phận của chính hệ thống như kỹ thuật, thông tin và toán học chương trình. Ngoài ra còn có bản ghi của tất cả các thuật ngữ và định nghĩa được ACS sử dụng trong quá trình làm việc của mình.

Trong quá trình vận hành, điều rất quan trọng là người vận hành có thể liên lạc với hệ thống điều khiển một cách kịp thời và thuận tiện. Nhờ sự hỗ trợ ngôn ngữ mà đạt được sự thuận tiện, rõ ràng và ổn định cần thiết của giao tiếp này. Chỉ cần nói thêm rằng ở đây cần có các phương tiện kỹ thuật để sửa lỗi, nếu có, trong quá trình giao tiếp giữa người sử dụng và hệ thống tự động hóa. Cho đến nay, có hai cách tiếp cận khác nhau để làm việc với ACS.

Cách đầu tiên mà quá trình quản lý tự động hóa được thực hiện là cài đặt và sử dụng công nghệ máy tính. Những công cụ này sẽ chỉ được sử dụng để đơn giản hóa một số thao tác xảy ra khi làm việc với tài liệu. Cho đến nay, phương pháp này được coi là không hiệu quả, vì nó không cho phép bạn khai thác hết tiềm năng của trình độ công nghệ máy tính hiện tại.

Phương pháp thứ hai về cơ bản khác với phương pháp thứ nhất và nằm ở chỗ doanh nghiệp tạo ra một hệ thống tự động hóa quản lý tích hợpcác đối tượng. Trong trường hợp này, không chỉ quản lý tài liệu được chuyển cho kỹ thuật viên mà còn cả cơ sở dữ liệu, hệ thống chuyên gia, công cụ giao tiếp, cũng như nhiều chức năng khác.

Cấp độ thấp hơn và cấp độ trung bình của ACS

Bất kỳ hệ thống kiểm soát quy trình nào ngày nay đều có thể được chia thành nhiều cấp có điều kiện. Tự động hóa hệ thống điều khiển hiện có ba cấp độ như vậy.

Mức thấp hơn là các cảm biến, cũng như các thiết bị đo lường điều khiển các đặc tính được điều khiển. Ngoài ra, điều này cũng bao gồm các bộ truyền động, mà giá trị của các đặc tính phụ thuộc vào. Ở cấp độ này, chỉ điều khiển tối thiểu được thực hiện, bao gồm việc kết hợp tín hiệu từ cảm biến với đầu vào của thiết bị điều khiển. Ngoài ra còn có sự trao đổi tín hiệu do các thiết bị này tạo ra với bộ truyền động.

Cấp giữa tiếp theo là quản lý thiết bị. Nói cách khác, các bộ điều khiển logic có thể lập trình được nằm ở bước điều khiển này. Các PLC này có khả năng nhận tín hiệu từ thiết bị đo cũng như từ các cảm biến giám sát trạng thái của quá trình. Theo thông tin nhận được, cũng như dữ liệu do người dùng thiết lập, PLC tạo ra tín hiệu điều khiển được truyền đến thiết bị truyền động bằng một lệnh rõ ràng.

Cấp cao nhất

Tự động hóa điều khiển trong các hệ thống kỹ thuật cũng có một thứ ba, cao hơnmức độ. Các thiết bị đó là nhà điều hành và trạm điều độ, thiết bị mạng, máy chủ công nghiệp. Ở giai đoạn này, một người thực hiện toàn quyền kiểm soát quá trình vận hành công nghệ tại cơ sở. Ngoài ra, giao tiếp với hai cấp độ trước cũng được cung cấp ở đây, cho phép bạn thu thập thành công bất kỳ thông tin cần thiết nào.

Ở giai đoạn này, HMI, SCADA được sử dụng. Đầu tiên là giao diện người-máy, với sự trợ giúp của người điều phối có thể theo dõi tiến độ của các hoạt động công nghệ tại cơ sở. Điều này bao gồm các màn hình hoặc bảng đồ họa khác nhau, thường được lắp đặt trên các tủ tự động hóa và chỉ nhằm mục đích hiển thị thông tin về đối tượng và tiến trình của quá trình. Để điều khiển thiết bị tự động hóa và hệ thống điều khiển, cần có hệ thống SCADA, ngụ ý sự hiện diện của điều khiển giám sát và khả năng thu thập dữ liệu. Nói một cách dễ hiểu, mạng này cho phép bạn cài đặt phần mềm có thể được định cấu hình và cài đặt trên máy tính của người điều phối.

Tất cả dữ liệu quan trọng nhất mà PLC thu thập ở cấp trung gian đều được thu thập, lưu trữ và hiển thị bằng hệ thống này. Cơ sở của tự động hóa nằm chính xác ở đây, vì SCADA không chỉ có thể nhận thông tin mà còn có thể so sánh nó với thông tin được nhập bởi người vận hành. Nếu có sự sai lệch của bất kỳ thông số nào so với giá trị cài đặt, hệ thống sẽ thông báo cho người dùng về điều này bằng một cảnh báo. Một sốhệ thống không chỉ có khả năng kiểm soát mà còn tự động thay đổi bất kỳ giá trị nào để trả về giá trị vượt quá giới hạn đã thiết lập.

Công cụ tự động hóa

Hệ thống tự động hóa quản lý nhân sự, quy trình công nghệ được thực hiện bằng phương tiện kỹ thuật tự động hóa hay còn gọi là TCA. Nói cách khác, đây là những thiết bị có thể tự thân là một công cụ kỹ thuật và thực hiện bất kỳ hoạt động nào hoặc là một phần của tổ hợp phần cứng-phần mềm.

Thông thường, TCA là yếu tố cơ bản của hệ thống tự động hóa. Điều này bao gồm tất cả các thiết bị thu nhận, xử lý và truyền thông tin. Với sự trợ giúp của các công cụ này, có thể kiểm soát, điều chỉnh và giám sát các khía cạnh tự động của quá trình sản xuất. Có các TCA kiểm soát một số tham số. Đó có thể là cảm biến áp suất, nhiệt độ, cảm biến mức, cảm biến điện dung, cảm biến laser,… Tiếp theo là các TSA thông tin, nhiệm vụ chính là truyền thông tin nhận được từ các cảm biến. Nói cách khác, nó là liên kết giữa thiết bị điều khiển cấp thấp hơn và cấp cao hơn.

Thiết bị điều khiển có khả năng dừng hoàn toàn hoặc một phần quá trình sản xuất cho đến khi loại bỏ được nguyên nhân của việc dừng. Ngoài ra, một số hệ thống nâng cao có thể tự khắc phục sự cố. Trong trường hợp này, chúng đề cập đến hệ thống quản lý và kiểm soát tự phục hồi.