›
›

Bài giảng Hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất - GS. TS. Nguyễn Công Hiền

doc 58 trang phuongnguyen 4490
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất - GS. TS. Nguyễn Công Hiền", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docbai_giang_he_thong_dieu_khien_tu_dong_hoa_qua_trinh_san_xuat.doc

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất - GS. TS. Nguyễn Công Hiền

  1. Hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất GS. TS. NGUYỄN CÔNG HIỀN TS. VÕ VIỆT SƠN Đại học Bách khoa Hà nội Mục lục 1
  2. Đại học Bách khoa Hà nội 1 I.MỞ ĐẦU 4 Phân loại các hệ thống điều khiển tự động hoá 9 II. CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐK TĐH QTCN 11 I. ĐẢM BẢO THÔNG TIN 16 II. ĐẢM BẢO TOÁN HỌC 19 III. ĐẢM BẢO KỸ THUẬT 24 Một hệ truyền tin có cấu trúc như Hình 2-2 25 IV. CÁC HỆ CON CHỨC NĂNG 27 V. VÀI NÉT VỀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐK TĐH QTCN Ở NƯỚC TA TRONG GIAI ĐOẠN SẮP TỚI 28 I. CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐIÊU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 30 II. CÁC KIỂU GHÉP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN VỚI QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ - CÁC MẠCH VÒNG CƠ BẢN CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN 35 I. Tõ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®Õn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt 42 II. C¸c phÇn mÒm øng dông trong hÖ §K T§H QTSX 48 III. KÕt luËn 59 MỞ ĐẦU Nửa cuối của thế kỷ 20 nhân loại chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật. Thừa hưởng những thành tựu to lớn của công nghệ điện tử, công nghệ máy tính và công nghệ thông tin, công nghệ tự động hoá đã có bước phát triển nhảy vọt. Nếu như trước kia người ta chỉ thực hiện được tự động hoá từng máy riêng rẽ thì ngày nay người ta thực hiện tự động hóa cả quá trình công nghệ và cao hơn nữa tự động hoá cả quá trình sản xuất đồng thời trình độ tự động hoá đã có sự thay đổi về chất. Trong hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ ( ĐK TĐH QTCN ) con người là một khâu quan trọng của hệ thống, giữa người và quá trình công nghệ luôn luôn có sự trao đổi thông tin với nhau. Hệ thống ĐK TĐH QTCN đã đem lại hiệu quả to lớn : nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và hạ giá 2
  3. thành sản phẩm. Vì vậy ngày nay hệ thống ĐK TĐH QTCN ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Trong hệ thống sản xuất, ngoài quá trình công nghệ còn có các quá trình điều hành sản xuất khác như : thiết kế sản phẩm, lập kế hoạch sản xuất, kế hoạch vật tư, lao động, kế toán tài chính, kinh doanh tiếp thị v.v Ngày nay nhờ ứng dụng máy tính mà hệ thống điều hành sản xuất này đã được tự động hoá ở mức độ cao. Những hệ thống như vậy được gọi là hệ thống tự động hoá điều hành sản xuất ( TĐH ĐHSX ). Một cách đơn giản người ta có thể coi hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất là hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ cộng với hệ thống tự động hoá điều hành sản xuất. Như vậy có thể viết Hệ TĐH QTSX = Hệ TĐH QTCN + Hệ TĐH ĐHSX. Trong thực tế ranh giới giữa hai hệ trên không hoàn toàn tách biệt mà có sự kết hợp hữu cơ vói nhau thành một thể thống nhất. Trong giáo trình này, ba chương đầu được dành để trình bày về hệ thống TĐH QTCN. Các vấn đề cơ bản của hệ TĐH QTCN như cấu trúc của hệ, các hệ đảm bảo, vai trò của con người và máy tính trong hệ v.v. được trình bày chi tiết. Trên cơ sở đó, chương thứ tư trình bày về hệ TĐH QTSX như là một bước phát triển cao của hệ thống sản xuất hiện đại. 3
  4. CHƯƠNG I CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ I.MỞ ĐẦU 1. Nhu cầu và hiệu quả của việc áp dụng hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ (ĐK TĐH QTCN). Xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay là ứng dụng kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tin học, cơ khí chính xác để thực hiện tự động hoá. Tự động hoá được áp dụng cho từng máy, tổ hợp máy đến cả dây chuyền công nghệ, cả nhà máy và tiến tới tự động hoá cả một ngành sản xuất. Trong qúa trình phát triển của tự động hoá(TĐH), lượng thông tin trao đổi giữa người với máy, giữa máy với máy không ngừng tăng lên. Ngày nay để sản xuất một sản phẩm có chất lượng tốt người ta phải khống chế điều chỉnh hàng chục hàng trăm thông số, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác nhau. Để điều khiển một phân xưởng một xí nghiệp hoạt động nhịp nhàng, người điều khiển quản lý hàng ngày hàng giờ phải thu thập và xử lý một lượng thông tin rất lớn về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu thị trường, v.v Để điều khiển một ngành sản xuất, để ra được các quyết định chính xác kịp thời thông thường người ta phải xử lý qua nhiều cấp rất nhiều thông tin khác nhau. Nếu việc xử lý các thông tin đó không chính xác không kịp thời sẽ dẫn đến quyết định sai lầm gây tổn hại lớn cho sản xuất. Để thu thập, gia công, xử lý, truyền tải và tàng trữ thông tin thông thường chúng ta phải sử dụng một bộ máy rất đông người để ghi chép, thống kê, báo cáo rất phức tạp nặng nề và chậm chạp. 4
  5. Từ khi máy tính ra đời, tình hình nói trên đã thay đổi cơ bản. Máy tính được dùng như một thiết bị điều khiển vạn năng được đặt trực tiếp trong dây chuyền công nghệ để điều khiển các thông số kỹ thuật. Hơn thế nữa máy tính còn được dùng trong hệ thống điều khiển, quản lý quá trình công nghệ, quá trình sản xuất để thu thập xử lý một khối lượng lớn các thông tin kinh tế-kỹ thuật nhằm trợ giúp con người điều khiển tối ưu quá trình sản xuất. Như vậy nhờ có máy tính người ta đã xây dựng các hệ thống điều khiển (quản lý) tự động quá trình công nghệ (sản xuất). Nếu như cơ khí hoá giảm nhẹ sức lao động chân tay của con người thì tự động hoá không những giảm nhẹ sức lao động chân tay mà cả lao động trí óc của con người. Điều này làm cho tự động hoá trở thành đặc trưng của nền công nghiệp hiện đại. Các hệ thống ĐK TĐH QTCN đã đưa lại hiệu quả kinh tế xã hội rõ rệt: nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm, sử dụng hợp lý nguyên liệu và năng lượng, giảm số người không trực tiếp sản xuất. v.v. Do tính hiệu quả của nó nên ngày nay hệ thống ĐK TĐH QTCN đã được ứng dụng vào hầu hết các lĩnh vực kinh tế quốc dân. Nhờ thừa hưởng được các tiến bộ kỹ thuật về điện tử, tin học, tự động, máy tính.v.v. các hệ thống ĐK TĐH QTCN ngày càng đảm nhiệm được nhiều chức năng nhưng kích thước ngày càng gọn nhẹ và vận hành thuận tiện. 5
  6. Supervisory control management system Central computer CÊp 3 HÖ §K T§H QTSX Supervision Process control Computers CÊp 2 HÖ §K T§H QTCN Terminals Controllers Local control CÊp 1 PID HÖ §KT§ PLC Individual control Sensors measurement C¬ cÊu chÊp hµnh , actuators, motors, ®iÒu khiÓn CÊp 0 relay, valves QTCN- PROCESS H×nh 1.1 CÊu tróc ph©n cÊp cña hÖ ®iÒu khiÓn 2. Định nghĩa- Phân loại hệ thống ĐK TĐH QTCN Các hệ thống điều khiển có thể được cấu trúc theo tháp hình nón và phân ra làm 4 cấp như Hình 1-1. Cấu trúc như vậy được gọi là cấu trúc phân cấp. - Quá trình công nghệ( QTCN- Process) là đối tượng điều khiển, có thể là một máy sản xuất hay một tập hợp máy sản xuất nhằm hoàn thành một nhiệm vụ sản xuất định trước. - Cấp 0 (Individual control) là cấp tiếp xúc giữa hệ điều khiển và QTCN. Ở đây có các cảm biến, các thiết bị đo dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN. Ở cấp này còn có các cơ cấu chấp hành, rơ le, động cơ, van, kích .v.v dùng để nhận thông tin điều khiển và chấp hành các lệnh điều khiển. 6
  7. - Cấp 1 là cấp điều khiển cục bộ (local control). Ở đây thực hiện việc điều khiển từng máy, từng bộ phận của QTCN. Các hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) nhận thông tin của QTCN ở cấp 0 và thực hiện các thao tác (operation, monitoring) tự động theo chương trình của con người đã cài đặt sẵn. Một số thông tin về QTCN và kết qủa của việc điều khiển sẽ được chuyển lên cấp 2. Ớ cấp này thường đặt các bộ điều khiển PID, các controllers, hiện nay phổ biến dùng các bộ điều khiển lập trình được PLC (Programable Logic Controller). PLC được xây dựng trên cơ sở thiết bị vi xử lý (microprocessor) có các cổng I/O analog và digital nên rất thuận tiện trong việc trao đổi thông tin giữa QTCN và máy tính. Nhờ có khả năng lập trình mà PLC có tính mềm dẻo, có thể dùng vào các công nghệ khác nhau do đó có thể coi PLC là thiết bị điều khiển vạn năng. - Cấp 2 là cấp điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ-ĐK TĐH QTCN (Process Control). Ở cấp 2 có các máy tính (MT) hoặc mạng máy tính. MT thu nhận các thông tin về QTCN (từ cấp 1 đưa lên) xử lý các thông tin đó và trao đổi thông tin với người điều khiển (NĐK). Thông qua MT, NĐK có thể can thiệp vào QTCN, như vậy hệ điều khiển ở đây thuộc hệ người –máy. - Cấp 3 là cấp điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất- ĐK TĐH QTSX (Supervisory Control, Management system). 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 .v.v. Trung tâm máy tính xử lý một khối lượng thông tin lớn và 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 7
  8. chí thay đổi mục tiêu của sản xuất. Cũng như hệ ĐK TĐH QTCN (ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐH QTSX là một hệ người –máy nhưng ở cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn. Những định nghĩa sau đây giúp chúng ta phân biệt giữa các hệ ĐKTĐ và các hệ ĐK TĐH (QTCN hoặc QTSX). - Hệ ĐKTĐ (automatic control system) là hệ thực hiện các thao tác một cách tự động theo logic chương trình định trước (do con người đặt trước). Hệ làm việc không có sự can thiệp của con người. Con người chỉ đóng vai trò khởi động hệ. Trong thực tế đó là các bộ điều chỉnh, các controllers PID, PLC, các mạch rơ le- contactơ làm việc ở cấp điều khiển 1 trong sơ cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển trên Hình 1.1. Con người chỉ có thể thay đổi hành vi của hệ ĐKTĐ bằng cách cắt nó ra khỏi QTCN để thay đổi cấu trúc hoặc nạp lại chương trình. - Hệ ĐK TĐH (Process control system) là một hệ tự động hoá quá trình xử lý thông tin trong quá trình công nghệ hoặc quá trình sản xuất. Trong hệ này con người là một khâu quan trọng của hệ. Thường xuyên có sự trao đổi thông tin giữa người và máy tính vì vậy hệ ĐK TĐH thuộc hệ người máy. Con người làm việc ở những nơi quan trọng như hoạch định mục tiêu hoạt động của hệ và ra các quyết định quan trọng đảm bảo hệ đi đúng mục tiêu đã định. Trong thực tế đó là các hệ ĐK TĐH QTCN và ĐK TĐH QTSX làm việc ở cấp điều khiển 2 và 3 trong sơ đồ cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển trên Hình 1-1. Thực chất của vấn đề điều khiển là quá trình thu thập, lựa chọn, xử lý, lưu trữ và truyền đạt thông tin điều khiển.Trước đây việc xử lý thông tin nêu trên (ứng với cấp 2, cấp 3 ở Hình 1-1) do con người đảm nhiệm, xem Hình 1-2. Ngày nay các hệ ĐK TĐH QTCN (QTSX) đảm nhiệm việc tự động hoá quá trình xử lý thông tin nói trên, xem Hình 1-3. Trong các hệ này con người 8
  9. đóng vai trò quan trọng ở những khâu then chốt của hệ. Máy tính đảm nhiệm việc xử lý các thông tin của quá trình công nghệ sau đó trao đổi thông tin đã xử lý với con người. Con người sau khi xử lý thông tin sẽ đưa ra các quyết định, các thông tin điều khiển có tính chiến lược.Máy tính trực tiếp đưa ra các thông tin có tính chiến thuật để điều khiển QTCN. Phân loại các hệ thống điều khiển tự động hoá Theo phạm vi điều khiển các hệ ĐK TĐH có thể được phân ra: - Hệ thống ĐK TĐH QTCN (Process Control)-(cấp 2 trong Hình 1-1). Hệ thống này được dùng để tự động hoá việc điều khiển một quá trình công nghệ nhất định nhằm điều khiển tối ưu các thông số kỹ thuật để có được sản phẩm chất lượng cao. Tin tức được xử lý trong hệ ĐK TĐH QTCN chủ yếu liên quan đến các thông số kỹ thuật. - Hệ thống ĐK TĐH QTSX (Supervisory control, Management system) Các hệ thống này được dùng để tự động hóa việc điều khiển quá trình sản xuất. Hệ thống không những có khả năng giải các bài toán về công nghệ như hệ ĐK TĐH QTCN mà còn giải các bài toán về kế hoạch sản xuất, tài chính, cung ứng vật tư, lao động, phân phối sản phẩm.v.v. Th«ng tin Th«ng tin ®Çu vµo ®iÒu khiÓn QTCN NhiÔu H×nh 1.2: Qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin trong hÖ ®iÒu khiÓn th«ng th­êng 9
  10. Th«ng tin Th«ng tin ®· xö lý §K chiÕn l­îc MT Th«ng tin Th«ng tin vÒ QTCN §K chiÕn thuËt §Çu vµo QTCN S¶n phÈm NhiÔu H×nh 1.3: Qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin trong hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ Các hệ ĐK TĐH QTSX ứng với cấp 3 trong sơ đồ hình 1-1 - Hệ thống ĐK TĐH ngành Các hệ thống này được dùng để tự động hoá việc điều khiển một ngành kinh tế, phối hợp với việc lập kế hoạch sản xuất, điều khiển việc tổ chức các bộ phận của ngành. Ví dụ hệ ĐK TĐH ngành như: hệ điều khiển hệ thống điện, giao thông đường thuỷ, đường không, đường sắt, ngành luyện kim,chể tạo máy .v.v. Theo nhiệm vụ và đối tượng điều khiển các hệ ĐK TĐH có thể được phân ra thành các hệ dùng trong công nghiệp, giao thông, y tế, tài chính, quân sự, xã hội .v.v. 10
  11. II. CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐK TĐH QTCN 1. Cấu trúc hệ thống lớn - cấu trúc hệ con Hệ ĐK TĐH QTCN thuộc loại hệ thống lớn có cấu trúc phức tạp. Hệ thường được phân thành các hệ con và tổ chức theo kiểu phân cấp (hierarchy).Các thông tin trước tiên được xử lý ở cấp dưới sau đó được truyền về các cấp cao hơn. Ở cấp trên, người ta điều khiển nhận các thông tin đã qua xử lý ở cấp dưới và các thông tin bổ xung để đưa ra các quyết định điều khiển. Hệ ĐK TĐH QTCN có thể được phân thành các hệ con chức năng và hệ con đảm bảo như Hình 1-4 Các hệ con chức năng Số lượng và nhiệm vụ của các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ thể. Ví dụ nếu QTCN là một nhà máy thì các hệ con chức năng có thể được phân ra như Hình 1-4. Nếu QTCN là một cơ sở đào tạo thì các hệ con chức năng có thể là : phòng đào tạo, phòng quản lý sinh viên, phòng tài vụ, phòng tổ chức. v.v. 11
  12. KÕ ho¹ch s¶n xuÊt Lao ®éng tiÒn l­¬ng VËt t­ thiÕt bÞ C¸c hÖ con . . chøc n¨ng . . . . KÕ ho¹ch tµi vô Hµnh chÝnh §¶m b¶o §¶m b¶o §¶m b¶o th«ng tin to¸n häc kü thuËt C¸c hÖ con ®¶m b¶o H×nh 1-4: CÊu tróc hÖ con cña hÖ §K T§H QTCN Các hệ con đảm bảo Khác với các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ thể, các hệ con đảm bảo là các hệ con cơ bản mà bất cứ hệ ĐK TĐH QTCN nào cũng phải có để đảm bảo cho hệ hoạt động bình thường . Có ba hệ con đảm bảo là : đảm bảo thông tin, đảm bảo toán học và đảm bảo kỹ thuật. Có thể coi đảm bảo thông tin và toán học là phần mềm của hệ 12
  13. và đảm bảo kỹ thuật của phần cứng của hệ. Các hệ con dảm bảo này sẽ được trình bày kỹ ở các phần sau. 2. Cấu trúc phân cấp Hệ ĐK TĐH QTCN được tổ chức theo kiểu phân cấp như trình bày trên Hình 1-5, đây là sơ đồ cấu trúc song song. T TG T Trung t©m Trung t©m ®iÒu khiÓn tÝnh to¸n Terminal T TG TG Tr¹m T trung gian T H×nh 1.5: CÊu tróc ph©n cÊp cña hÖ §K T§H QTCN Cấp thấp nhất của hệ điều thống là các thiết bị đầu cuối - Terminal. Terminal là nơi tiếp xúc giữa hệ điều khiển với QTCN. Terminal thu nhận các thông tin từ các sensor, các thiết bị đo lường, lưu trữ và sơ bộ xử lý các thông tin đó rồi truyền lên các trạm trung gian TG. 13
  14. Trạm trung gian có các máy tính hoặc máy mạng máy tính. Ở trạm trung gian thông tin được xử lý tiếp để đưa ra các quyết định điều khiển để truyền xuống Terminar rồi tác động đến QTCN. Thông tin đã được xử lý ở trạm trung gian, được truyền lên trung tâm điều khiển. Nhờ có trung tâm tính toán mà trung tâm điều khiển có thể xử lý được khối lượng thông tin lớn, giải các bài toán phức tạp của quá trình điều khiển. Lấy ví dụ về hệ ĐK TĐH QTCN của một nhà máy thì các Terminar là các tủ điều khiển đặt tại các công đoạn sản xuất, các Terminarl cũng có thể đặt tại các phòng ban để trực tiếp thông tin cho ban giám đốc . Các trạm trung gian là các trạm điều khiển được đặt tại các phân xưởng lớn để nhận thông tin từ các Terminar chuyển tới. Trung tâm điều khiển được đặt tại nơi làm việc của ban giám đốc để điều khiển toàn bộ nhà máy. Ngày nay nhờ kỹ thuật máy tính phát triển vì vậy ngay cả các Terminal, người ta cũng có thể đặt các máy vi tính có dung lượng lớn, tốc độ nhanh có khả năng xử lý nhiều thông tin và giải được nhiều bài toán điều khiển. Trong trường hợp này trạm trung gian không cần thiết nữa, các Terminal trực tiếp nối với trung tâm điều khiển, xem Hình 1-6. Chúng ta có sơ đồ cấu trúc hình tia. So với sơ đồ cấu trúc song song (Hình 1-5) thì sơ đồ cấu trúc hình tia có ưu điểm là đơn giản và giảm được các đường dây liên lạc giữa các bộ phận của hệ. Tuy vậy cấu trúc hình tia còn có nhược điểm là các Terminal không trực tiếp trao đổi các thông tin với nhau. 14
  15. T T T TT§K TTTT T T T H×nh 1-6: S¬ ®å cÊu tróc h×nh tia T TT§K T T T T H×nh 1-7: S¬ ®å cÊu tróc kiÓu Bus Kỹ thuật truyền tin giữa các máy tính bằng các Bus cho phép chúng ta xây dựng được sơ đồ điều khiển kiểu bus (truyền tin hai chiều) như trên Hình 1-7. Trong sơ đồ này các bộ phận trong hệ thống như Terminal(T) và trung tâm điều khiển (TTĐK) có thể trực tiếp trao đổi thông tin với nhau, do vậy tính linh hoạt cao, đưa lại hiệu quả lớn. Tuỳ tình hình cụ thể của QTCN mà người ta chọn sơ đồ cấu trúc thích hợp, tuy nhiên do nhiều ưu điểm nên sơ đồ cấu trúc kiểu bus được dùng rộng rãi nhất. 15
  16. CHƯƠNG 2 CÁC HỆ ĐẢM BẢO CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ I. ĐẢM BẢO THÔNG TIN 1. Sơ đồ cấu trúc quá trình xử lý thông tin trong hệ ĐK TĐH QTCN Như trên đã nói về thực chất hệ ĐK TĐH QTCN là hệ tự động hoá quá trình xử lý tin trong hệ điều khiển. Quá trình xử lý tin được trình bày trên Hình 2-1. NhiÔu HiÖu lùc ph¸p lý cña c¸c d÷ liÖu ban ®Çu Dù kiÕn vÒ kÕ Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ho¹ch s¶n xuÊt HiÖu lùc ph¸p lý cña qu¸ tr×nh Tr¹ng th¸i s¶n xuÊt tÝnh to¸n YÕu tè t¸c ®éng C¬ cÊu KÕt qu¶ Xö lý d÷ liÖu b»ng so s¸nh tÝnh to¸n m¸y tÝnh TÝnh to¸n l¹i víi d÷ liÖu míi H×nh 2-1: Qu¸ tr×nh xö lý tin trong hÖ §K T§H QTCN Các dữ liệu về trạng thái sản xuất được máy tính xử lý và đưa ra các kết quả tính toán dưới dạng lời giải của cá bài toán điều khiển. Khi được con 16
  17. người chấp nhận, các kết quả tính toán đó sẽ được gán hiệu lực pháp lý. Kết quả tính toán này cùng với dữ liệu ban đầu (đã được con người đưa vào - có hiệu lực pháp lý) để lập ra kế hoạch sản xuất. Quyết định điều khiển sẽ tác động vào quá trình sản xuất. Nhìn trên Hình 2-1 chúng ta thấy trong hệ ĐK TĐH QTCN thông tin (dưới dạng dữ liệu) được trao đổi giữa nhiều bộ phận và thường xuyên có sự trao đổi giữa người và máy và ngược lại. Vì vậy hệ con đảm bảo thông tin phải đảm bảo cho quá trình trao đổi thông tin đó được nhất quán và thuận tiện. 2. Cấu tạo của đảm bảo thông tin. Trong hệ ĐK TĐH QTCN con người căn cứ vào thông tin thu nhận được (đã qua máy xử lý) để quyết định các giải pháp điều khiển. Như vậy độ chính xác của các quyết định phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác của thông tin. Có nghĩa là các thông tin có phản ánh đúng các thông số trạng thái của các đối tượng bị điều khiển hay không. Hiểu theo nghĩa rộng đảm bảo thông tin là hệ thống phản ánh quá trình sản xuất, là hệ thống các mô hình thông tin dùng để mô tả một cách hình thức quá trình sản xuất nói trên. 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 kế kỹ thuật. - Tổ chức lưu giữ, gia công, xử lý, hiệu chỉnh thông tin. Như vậy đảm bảo thông tin là bước đầu tiên của quá trình xử lý thông tin trong hệ ĐK TĐH QTCN. 3. Mô hình thông tin 17
  18. Mô hình thông tin là sự mô tả hình thức quá trình tổ chức và xử lý thông tin. Ở mức độ đơn giản mô hình thông tin là các bảng thống kê, các ghi chép về các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật, các định mức vật tư, lao động .v.v. Mô hình thông tin dạng ma trận là một ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và quan hệ giữa chúng nên loại mô hình này được dùng rộng rãi. Yêu cầu đối với mô hình thông tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho sử dụng, có tính thống nhất và tiêu chuẩn hoá để có thể dùng cho các phương tiện tính toán khác nhau. 4. Đánh dấu, phân loại, đặt tên các đối tượng được điều khiển Một trong những nhiệm vụ quan trọng của đảm bảo thông tin là xây dựng một hệ thống các cách đánh dấu, phân loại, đặt tên các phần tử, thiết bị máy móc, các sản phẩm cùng các quan hệ giữa chúng. Hệ thống đánh dấu phân loại này phải thuận tiện cho việc dùng máy tính để xử lý thông tin- tức các thông tin phải được mã hoá. Việc đánh dấu, phân loại, đặt tên phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như: Tiêu chuẩn Việt nam, IEC, ISO 9000. 5. Hệ thống định mức- các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật. Sản xuất bất kỳ sản phẩm nào cũng phải qua nhiều nguyên công, nhiều công đoạn. Ứng với mỗi nguyên công cần tiêu phí một lượng nguyên liệu, nhiên liệu, nhân công nhất định. Vì vậy, những định mức kinh tế- kỹ thuật phải được xây dựng đầy đủ chi tiết cho từng bộ phận, từng máy đến cả dây chuyền công nghệ. 6. Xây dựng ngân hàng dữ liệu 18
  19. Ngân hàng dữ liệu của hệ ĐK TĐH QTCN là nơi tập trung (trong máy tính) toàn bộ dữ liệu dùng trong hệ. Vì vậy cần phải tổ chức sao cho lưu trữ, sử dụng và cập nhật thông tin được thuận tiện, khoa học. - Về lưu trữ dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây: o Tập trung hoá các dữ liệu o Tối thiểu hoá độ dư của dữ liệu o Mô tả dữ liệu bằng ngôn ngữ chung không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình o Sử dụng các mô tả dữ liệu có cấu trúc - Về sử dụng dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây: o Có khả năng lấy ra bất kỳ một nhóm dữ liệu nào không phụ thuộc vào nơi ghi các dữ liệu đó o Có khả năng đổi mới, cập nhật các dữ liệu o Sử dụng các phương pháp tìm kiếm dữ liệu tối ưu o Có khả năng bảo vệ tính chính xác, nguyên vẹn, bí mật của dữ liệu Chú ý rằng “dữ liệu” ở đây hiểu theo nghĩa rộng, nó có thể là các số liệu nhưng cũng có thể là các chương trình tính toán, bản thiết kế hoặc quy trình công nghệ .v.v. Một trong những vấn đề quan trọng của việc xây dựng ngân hàng dữ liệu là tổ chức vào ra thông tin. Hiện nay phương pháp đưa thông tin vào còn khá chậm so với tốc độ xử lý của máy tính và chưa thuận tiện cho việc trao đổi trực tiếp giữa người với máy. Việc đưa thông tin ra (màn hình, máy in, đĩa mềm, ) có nhiều tiến bộ nên việc lấy thông tin ra ngày càng dễ dàng hơn. II. ĐẢM BẢO TOÁN HỌC 1. Cấu trúc của đảm bảo toán học 19
  20. Đảm bảo toán học bao gồm những thành phần sau: - Các mô hình toán (còn gọi là đảm bảo mô hình) dùng để mô hình các đối tượng được điều khiển, các quá trình công nghệ để giải các bài toán điều khiển. - Các thuật toán (còn gọi là đảm bảo thuật toán) là các phương pháp giải các bài toán điều khiển. Các thuật toán thường phụ thuộc vào mô hình toán đã chọn. Chọn thuật toán đúng sẽ ảnh hưởng tới tốc độ tính toán và độ chính xác của lời giải. - Các chương trình (còn gọi là đảm bảo chương trình) dùng để xử lý, tính toán các dữ liệu ứng với mô hình và thuật toán đã chọn. Như vậy mô hình toán học và thuật toán dùng để xây dựng hệ thống, còn chương trình tính toán dùng để vận hành hệ thống. Ngày nay có nhiều ngôn ngữ dùng để lập trình. Việc chọn ngôn ngữ nào và kỹ thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tính và kết quả tính. 2. Mô hình toán học Xây dựng mô hình toán học là một trong những giai đoạn quan trọng nhất của việc xây dựng hệ thống điều khiển. Thông thường công việc này phải do các chuyên gia am hiểu về quá trình công nghệ và nắm vững về toán học đảm nhiệm. Hiện nay người ta xử dụng nhiều loại mô hình toán học, thường dùng các loại mô hình sau đây: - Mô hình quy hoạch (tuyến tính, không tuyến tính) - Mô hình mô phỏng (mô hình trạng thái, mô hình phục vụ đám đông) - Mô hình trò chơi - Mô hình quy hoạch thực nghiệm Sau đây chúng ta điểm qua một vài loại mô hình. 20
  21. - Mô hình quy hoach Dùng để giải các bài toán đánh giá chất lượng, giải các bài toán tối ưu. Loại mô hình này được xây dựng trên các dữ liệu đã biết trước như các định mức, các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật .v.v. Trong thực tế, rất nhiều thông số không thể xác định bằng một giá trị cụ thể mà chỉ có thể biết xác suất xuất hiện của nó. Trong trường hợp này người ta phải xây dựng mô hình xác suất. - Mô hình mô phỏng Ngày nay nhờ có kỹ thuật máy tính phát triển người ta có thể thực hiện một số lượng lớn các phép tính và lưu trữ nhiều dữ liệu, nhờ vậy người ta có thể thực hiện phương pháp mô phỏng (Simulation). Trong mô hình mô phỏng người ta mô phỏng hành động dáng điệu của các yếu tố, bộ phận của hệ thống cũng như mô tả các quan hệ giữa chúng và giữa hệ thống với môi trường xung quanh. Thông thường trong hệ có nhiều yếu tố ngẫu nhiên tác động, vì vậy mô hình nghiên cứu sẽ là mô hình ngẫu nhiên. Phương pháp mô phỏng sẽ phát huy ưu việt của nó khi mô phỏng các hệ ngẫu nhiên. Để làm ví dụ ta hãy nghiên cứu mô hình phục vụ đám đông (server Queueing System) của hệ ĐK TĐH QTCN. Như ta đã biết, hệ ĐK TĐH QTCN có các terminal các trung tâm tính toán, các thiết bị này được coi là điểm phục vụ (servers). Các thông tin đi vào hệ : từ đồng hồ đo, sensor, hoặc là từ các terminals lên trung tâm tính toán được gọi là khách hàng (customer) hoặc là các yêu cầu. Thời điểm khách hàng xuất hiện, độ lớn của khách hàng mang tính ngẫu nhiên. Dòng khách hàng là một dòng ngẫu nhiên, nếu dòng này là một dòng dừng, không hậu quả và đơn trị thì nó là một dòng tối giản. Trong trường hợp này khoảng cách giữa các sự kiện – khách hàng - sẽ tuân theo luật phân bố mũ. 21
  22. Do các khách hàng (thông tin) mang tính ngẫu nhiên nên thời gian phục vụ khách hàng (thời gian xử lý thông tin) cũng mang tính ngẫu nhiên. Nếu dòng khách hàng là tối giản thì dòng phục vụ cũng là tối giản. Thông thường cường độ dòng khách hàng lớn hơn khả năng phục vụ nên khách hàng phải sắp hàng (queue). Tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà có các luật sắp hàng và phục vụ khác nhau như: - Đến trước phục vụ trước(FIFO- First In First Out) - Đến sau phục vụ trước (LIFO- Last In First Out) Như vậy trong trường hợp đơn giản nhất là hệ ĐK TĐH QTCN được mô phỏng bằng hai hệ con: dòng khách hàng và dòng phục vụ Phương pháp mô phỏng như sau: mô phỏng hoạt động theo thời gian của hai dòng khách hàng và phục vụ nói trên, cho hai dòng đó “xếp chồng” lên nhau ta được mô hình của hệ. Mỗi một thay đổi của khách hàng hoặc của quá trình phục vụ đều làm hệ thay đổi trạng thái. Các bài toán có thể được giải bằng mô phỏng là: o Xác định số điểm phục vụ để đảm bảo xử lý hết khách hàng, tức xác định số lượng và dung lượng của các terminal. o Xác định số khách hàng có trong hàng đợi và thời gian chờ đợi, dữ liệu này để xác định số Terminal và bộ nhớ để lưu giữ số liệu. o Xác định số khách hàng phải bỏ đi do thời gian chờ đợi quá một giá trị cho trước, dữ liệu này dùng để xác định tổn thất thông tin trong hệ điều khiển. o Xác định thời gian phục vụ , thời gian chờ đợi sắp hàng trung bình, dữ liệu này để đánh giá độ nhạy của hệ thống điều khiển. - Mô hình trò chơi 22
  23. Khi trong hệ có nhiều lực lượng tham gia có quyền lợi đối nghịch nhau thì người ta dùng mô hình trò chơi. Ví dụ giải bài toán tối ưu giữa đầu tư đổi mới công nghệ để hạ giá thành sản phẩm và tăng lợi nhuận. 3. Thuật toán (Algorithm, thuật giải) Mô hình toán học tuy rất quan trọng nhưng chỉ mới là cấu trúc hình thức của việc xử lý thông tin chứ chưa phải là quá trình xử lý theo không gian và thời gian. Giải quyết vấn đề này là nhiệm vụ của đảm bảo thuật toán, có nghĩa là trên cơ sở mô hình toán học đã chọn phải xây dựng các thủ tục, các phương pháp giải để cho kết quả chính xác thời gian tính toán ngắn, ít tốn bộ nhớ .v.v. Thuật toán là một ngành chuyên sâu và có tác dụng rất lớn trong việc giải các bài toán điều khiển. 4. Chương trình tính toán Chương trình tính toán là một tập chương trình dùng để tính trên máy tính. Chương trình này thể hiện mô hình toán học và thuật toán đã chọn. Chương trình tính toán phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình và loại máy tính. Thông thường cần có các cán bộ chuyên sâu về lập trình đảm nhiệm việc này. Các ngôn ngữ lập trình hiện nay thường gặp là PASCAL, C++. Để giảm nhẹ việc lập trình ngày nay người ta xây dựng các loại ngôn ngữ chuyên dùng. Ví dụ như mô phỏng có GPSS (The General Purpose Simulation System), SIMSCRIPT, SIM++.v.v. Về thực chất các ngôn ngữ loại này là tập hợp của nhiều chương trình con, người sử dụng chỉ cần khai báo những thông số cần thiết, còn thuật toán, biểu diễn kết quả dưới dạng bảng số, đồ hoạ .v.v. đều do các chương trình con đảm nhận. Tuỳ thuộc đặc điểm công nghệ và yêu cầu của bài toán đặt ra mà người điều khiển xây dựng những chương trình tính thích hợp. 23
  24. Tập các chương trình tính toán là phần mềm chính của hệ ĐK TĐH QTCN. III. ĐẢM BẢO KỸ THUẬT 1. Cấu trúc của đảm bảo kỹ thuật Đảm bảo kỹ thuật là toàn bộ thiết bị kỹ thuật của hệ ĐK TĐH QTCN, hay còn gọi là phần cứng của hệ. Như vậy đảm bảo kỹ thuật chiếm vốn đầu tư và công sức rất lớn trong việc xây dựng và vận hành hệ. Đảm bảo kỹ thuật bao gồm các thiết bị kỹ thuật dùng để chọn lọc, truyền đạt, xử lý, cất giữ và phản ánh thông tin trong hệ điều khiển. Như ở Hình 1-5 đã chỉ rõ, đảm bảo kỹ thuật bao gồm: - Các terminals - Các hệ thống truyền tin (dữ liệu) - Các trung tâm tính toán. 2. Terminal Terminal là thiết bị đầu cuối của hệ ĐK TĐH QTCN, là nơi tiếp xúc giữa hệ điều khiển và QTCN, Terminal làm nhiệm vụ thu nhận các thông tin về QTCN, sơ bộ xử lý chúng và truyền lên cấp trên, đồng thời nó cũng thu nhận các thông tin điều khiển đã được xử lý ở cấp trên để truyền đến các đối tượng được điều khiển. Con người có thể trao đổi thông tin với Terminal qua các thiết bị vào ra. Ngày nay nhờ kỹ thuật vi tính phát triển, người ta có thể đặt tại Terminal các máy vi tính tốc độ xử lý tin nhanh, dung lượng bộ nhớ lớn, do đó ngay tại terminal cũng có thể giải được nhiều bài toán điều khiển, vì vậy có thể giảm bớt lượng thông tin phải truyền về trung tâm và có thể thực hiện được nguyên tắc điều khiển phân tán. 24
  25. Tuỳ theo công dụng mà Terminal được chế tạo thành nhiều loại khác nhau, ví dụ: - Terminal để thu thập các thông tin về QTCN, thiết bị chính của loại terminal này là các bộ ghi số liệu - Terminal in, thực chất là một máy telec - Terminal có màn hình, dùng để đưa thông tin ra trên màn hình để người vận hành quan sát. - Terminal xử lý thông tin từ xa. Ngày nay do kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý phát triển, các thiết bị tính toán và xử lý tin được chế tạo gọn nhẹ, do đó người ta có xu hướng chế tạo các terminal vạn năng. Trong tương lai, khi mạng máy tính phát triển (LAN, INTERNET, ) người ta có thể thực hiện các “văn phòng kiểu mới”, lúc đó các nhân viên của các cơ quan, nhà máy sẽ được trang bị các terminal và có thể làm việc ngay tại nhà mình, điều đó sẽ giải toả sức ép về giao thông đô thị và không cần thiết phải xây dựng những chỗ làm việc tập trung đồ sộ nữa. 3. Hệ thống truyền tin (dữ liệu) Nhu cầu truyền tin trong hệ ĐK TĐH QTCN rất lớn, thường xuyên phải truyền các thông tin từ dưới lên trung tâm để xử lý, và truyền các thông tin đã xử lý (các mệnh lệnh điều khiển) từ trên xuống các terminal để tác động vào QTCN. Một hệ truyền tin có cấu trúc như Hình 2-2 25
  26. TT TH TH KLL TH+N TH+N TT NT MH §C §CN DM CH §T NhiÔu H×nh 2-2: S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ truyÒn tin NT: Nguồn tin MH: Thiết bị mã hoá DM: Thiết bị dịch mã ĐC: Thiết bị điều chế ĐCN: Thiết bị điều chế ngược KLL: Kênh liên lạc CH: Cơ cấu chấp hành ĐT: Đối tượng điều khiển TT: Tin tức TH: Tín hiệu Nguồn tin (NT) bao gồm các tin tức như mệnh lệnh, trạng thái thiết bị (làm việc, nghỉ, sự cố) thông số kỹ thuật (nhiệt độ, áp suất, tốc độ .v.v.). Để truyền tin đi xa, các tin tức này phải được mã hoá (MH) sau đó điều chế (ĐC) thành các tín hiệu (TH) có tham số (biên độ, tần số, pha) thích hợp với truyền tin đi xa. Mã hoá là quá trình biến đổi một- một giữa tin tức và tín hiệu. Trong từ mã ngoài nhóm tín hiệu mang tin còn có các tín hiệu dự dùng để chống nhiễu. Tín hiệu ra khỏi thiết bị điều chế được đưa vào kênh liên lạc (dây dẫn, cáp, radio). Thông thường trong kênh liên lạc có các loại nhiễu (dưới dạng xung điện).Nhiễu làm cho nhóm tín hiệu (từ mã) được truyền đi bị sai lệch, tín hiệu 1->0 và ngược lại tín hiệu 0->1. Ở cuối đường dây liên lạc ta thu được tín hiệu trong đó có cả nhiễu. Thiết bị điều chế ngược (ĐCN) 26
  27. dùng để phục hồi lại tín hiệu đã bị suy giảm trong quá trình truyền qua kênh liên lạc. Thiết bị dịch mã (DM) kiểm tra phát hiện và sửa sai trog từ mã nhận được, sau đó dịch ra tin tức ban đầu (TT) đã được truyền. Tin tức được đưa vào cơ cấu chấp hành (CH) để tác động lên đối tượng (ĐT). Vấn đề quan trọng của hệ truyền tin là đảm bảo độ chính xác và tốc độ truyền tin. Đối với những hệ điều khiển trực tuyến (online) thì việc truyền tin, xử lý tin phải được thực hiện kịp với quá trình diễn biến công nghệ. Những hệ truyền tin như vậy gọi là hệ làm việc trong thời gian thực. Ngày nay người ta thường dùng tốc độ truyền tin từ 4800 bit/s trở lên. Truyền tin như vậy là rất nhanh, do đó vấn đề chống nhiễu, nâng cao độ chính xác truyền tin là một trong những vấn đề quan trọng nhất của hệ truyền tin. 4. Hệ thống thiết bị tính toán Hệ thống thiết bị tính toán bao gồm các bộ phận sau đây: - Bộ xử lý trung tâm - Thiết bị nhớ trong, nhớ ngoài - Thiết bị vào ra - Đường truyền dữ liệu Thiết bị tính toán là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ ĐK TĐH QTCN. Ngày nay đã xuất hiện máy tính thế hệ thứ tư, các máy vi tính gọn nhẹ, tốc độ xử lý tin cao, bộ nhớ lớn, giao tiếp vào ra thuận tiện. Tất cả những điều đó đã làm thay đổi một cách cơ bản bộ mặt của hệ ĐK TĐH QTCN, tạo nên khả năng ứng dụng rộng rãi các hệ ĐK TĐH QTCN vào nhiều lĩnh vực kinh tế- xã hội khác nhau. IV. CÁC HỆ CON CHỨC NĂNG Như ở Hình 1-4 đã chỉ rõ hệ ĐK TĐH QTCN bao gồm các hệ con đảm bảo và hệ con chức năng. 27
  28. Chức năng ở đây hiểu theo nghĩa rộng là một hình thái hoạt động của hệ, là tập hợp các giải pháp điều khiển của một phần tử hoặc một mặt hoạt động của hệ. Như vậy việc phân định chức năng của hệ chỉ là tương đối và phụ thuộc vào mục đích điều khiển và xử lý tin trong hệ, đồng thời gắn chặt với QTCN cụ thể. Mỗi một hệ con đều có thiết bị kỹ thuật- phần cứng của hệ- là các máy tính, các thiết bị truyền tin, ghép nối, thiết bị vào ra, đồng thời có phần mềm tương ứng- đảm bảo thông tin và đảm bảo toán học phụ hợp với đặc điểm của từng hệ con. V. VÀI NÉT VỀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐK TĐH QTCN Ở NƯỚC TA TRONG GIAI ĐOẠN SẮP TỚI 1. Xu hướng phát triển tự động hoá ở nước ta Đặc điểm của nền kinh tế nước ta hiện nay là đi lên từ mức thấp thô sơ đơn giản nhưng đồng thời cũng tiếp thu ngay các công nghệ tiên tiến của thế giới. Vì vậy bên cạnh những xí nghiệp nhỏ mới cơ khí hoá từng bộ phận chúng ta đã có những nhà máy lớn có trình độ cơ khí hoá, tự động hoá ở mức cao như nhà máy xi măng Hoàng Thạch, Hà Tiên, nhà máy giây Bãi Bằng, Tân Mai, nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Phú Mỹ, hệ thống điện Bắc Nam, hệ thống khai thác dầu khí, các nhà máy sợi, dệt, bia, nước ngọt, hàng không, hàng hải.v.v. Với chiến lược công nghiệp hoá và hiện đại hoá nước nhà, chủ trương trong một thời gian tương đối ngắn đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp. Trong bối cảnh đó việc phát triển tự động hoá ở nước ta là một nhu cầu cấp bách, vì trong hoàn cảnh hiện nay tự động hoá là chìa khoá để các 28
  29. doanh nghiệp tạo ra được những sản phẩm có chất lượng cao có sức cạnh tranh đáp ứng được thị trường trong và ngoài nước. 2. Từ điều khiển quá trình công nghệ đến điều khiển quá trình sản xuất Ranh giới giữa QTCN và QTSX không thật rõ ràng. Hiểu theo nghĩa rộng thì QTCN cũng chính là QTSX, công nghệ ở đây có nghĩa là một nhiệm vụ kinh tế xã hội nào đó. Hiểu theo nghĩa hẹp QTCN là một quá trình kỹ thuật gắn liền với máy móc và sản phẩm, còn QTSX là bao gồm QTCN cộng thêm vào các yếu tố về tài chính, thị trường quản lý .v.v. Như vậy QTCN không tách rời QTSX. Vì thế cho nên ngày nay có xu hướng ứng dụng các hệ ĐK TĐH QTSX trong đó không những giải quyết các bài toán về tài chính, thị trường, tiếp thị và quản lý điều hành mà còn giải các bài toán về kỹ thuật công nghệ nữa. Các hệ ĐK TĐH không những áp dụng được trong lĩnh vực công nghiệp mà còn được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực xã hội khác nhau như quản lý hành chính, trợ giúp quá trình ra quyết định, dạy học, nghiên cứu khoa học. v.v. Thực chất đó là tự động hoá quá trình xử lý thông tin, giúp cho con người phát triển nâng cao năng suất lao động trí óc. 29
  30. CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ I. CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐIÊU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ Thiết bị kỹ thuật của hệ thống điều khiển tự động hoá quá trinh công nghệ (ĐK TĐ QTCN ) nhằm đảm bảo vấn đề kỹ thuật cho hệ, ở đây được xem là phần cứng của hệ. Các thiết bị này về tổng quát có thể chia thành các nhóm cơ bản sau : Thiết bị thu nhận thông tin, thiết bị truyền tin truyền dữ liệu, thiết bị xử lý tin, thiết bị ra và xử lý thông tin. Sơ đồ cấu trúc chung của thiết bị kỹ thuật ở hệ ĐK TĐH QTCN như Hình 3-1. 1. Nhóm thiết bị thu nhận và đưa thông tin vào 1.1- Thiết bị thu nhận và đưa thông tin vào 1.1.1- Thiết bị thu nhận thông tin tự động về quá trình -Các bộ biến đổi đo các đại lượng vật lý (cảm biến ) -Các bộ biến đổi đo cá thông số hoạt động của các máy. - Các biến đổi đo các thông số của sản phẩm sản xuất. 1.1.2 -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 dùng ) 1.2-Thiết bị đưa thông tin vào 1.2.1- Thiết bị xử lý các tín hiệu và thông tin. - Khuyếch đại tín hiệu - Biến đổi dạng năng lượng của tín hiệu 30
  31. - Các bộ lọc tín hiệu - Biến đổi các tín hiệu (tương tự, số ) - Các tín hiệu nhận tin từ bọ nhớ. - Các thiết bị cho toán tử. 1.2.2.-Thiết bị nhận thông tin đã mã hoá - Cảm biến thẻ đục lỗ - Cảm biến băng đục lỗ - Cảm biến các băng từ, đĩa từ 1.2.3. - Thiết bị có cảm biến nhận từ thông tin đồ thị - Thiết bị cảm nhận bằng mã chữ, ký hiệu. - Thiết bị cảm nhận đồ thị, thông báo - Thiết bị cảm nhận từ phim (microfim) 1.2.4. - Thiết bị tiếp xúc trực tiếp với người điều hành. - Các dạng bàn phím, bàn điều khiển. - Bút vẽ điện, ánh sáng. - Thiết bị thu nhận thông tin từ lời nói. 1.2.5 - Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin - Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin cho thẻ đục lỗ, băng đục lỗ - Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin cho băng từ, thẻ từ, đĩa từ. - Thiết bị chuẩn bị bằng tay cho phim. 2. Thiết bị truyền tin, truyền dữ liệu. 2.1. Các thông báo - Các bảng thông báo cố định - Các bảng thông báo di động 2.2. Thiết bị truyền tin - Các bộ biến đổi, thiết bị mã hoá, dịch mã, chuyển mạch ghép nối. 31
  32. - Các thiết bị chống nhiễu - Kênh liên lạc truyền tin 3. Nhóm thiết bị xử lý thông tin Các thiết bị kiểu máy tính số - Máy tính vạn năng - Máy tính điều khiển - Vi xử lý và máy tính PC - Các máy tính chuyên dụng 4. Nhóm thiết bị đầu ra và sử dụng thông tin 4.1. Các thiết bị cho thông tin đầu ra 4.1.1. Thiết bị cho quan hệ trực tiếp với ngươi điều hành - Chỉ thị số, bảng chữ cái - Các thiết bị chỉ báo tương tự - Thiết bị có hình ảnh, lời nói - Thiết bị kiểm tra và tín hiệu hoá 4.1.2. 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 phim. 4.1.3- Các thiết bị ghi thông tin dạng mã - Thẻ đục lỗ, băng đục lỗ - Đĩa từ, băng từ 4.1.4.Các thiết bị xử lý thông tin và tín hiệu ra. - Các thiết bị cho công chúng - Các thiết bị lưu trữ tin 32
  33. - Các bộ biến đổi A/D, D/A - Các bộ biến đổi năng lượng điện- cơ, điện- thuỷ lực, điện- Khí nén. - Các bộ khuyếch đại tín hiệu 4.2. Các thiết bị sử dụng thông tin để tác động lên qúa trình 4.2.1. Thiết bị xử dụng thông tin tự động - Thiết bị điều khiển các aptomat - Thiết bị điều khiển công suất - Các phần tử chấp hành được điều khiển trực tiếp 4.2.2. Thiết bị tín hiệu hoá giao tiếp với 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. Thiết bị đảm bảo năng lượng cho hệ thống 5.1. Các thiết bị cung cấp năng lượng - Thiết bị ghép nối với năng lượng chung - Thiết bị nguồn dự phòng 5.2.Các thiết bị kiểm tra, sửa chữa 5.3.Các thiết bị bảo vệ môi trường làm việc 33
  34. Ng­êi vËn hµnh cÊp cao 1.2.5 1.2.4 2.1 4.1.1 1.2.3 4.1.2 1.2.2 2.2 2.2 4.1.3 2.2 2.2 2.2 ThiÕt bÞ xö lý th«ng tin 2.2 2.2 2.2 1.2.1 2.2 4.2 1.1 4.1.4 Liªn kÕt sù cè 1.1.1 1.1.2 4.2.1 4.2.2 Ng­êi vËn hµnh cÊp c¬ së Qu¸ tr×nh ®­îc ®iÒu khiÓn 5.1 5.2 5.3 H×nh 3-1: CÊu tróc chung c¸c thiÕt bÞ kü thuËt cña hÖ §K T§H QTCN 34
  35. II. CÁC KIỂU GHÉP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN VỚI QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ - CÁC MẠCH VÒNG CƠ BẢN CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN. Máy tính có vai trò quan trọng đặc biệt trong hệ ĐK TĐH QTCN. Tuỳ mức độ máy tính tham gia vào quá trình điều khiển mà người ta có thể phân ra nhiều kiểu sơ đồ ghép nối máy tính khác nhau. 1. Máy tính ở chế độ cố vấn cho quá trình điều khiển. Hình 3-2 trình bày sơ đồ cấu trúc của hệ ĐK TĐH QTCN trong đó máy tính làm việc ở chế độ cố vấn. Máy tính thu nhận thông tin từ QTCN, giải các bài toán để cố vấn cho người vận hành. Như vậy máy tính làm việc ở chế độ ngoại tuyến (off-line) C¸c ®¹i HÖ ®­îc C¸c ®¹i l­îng vµo ®iÒu khiÓn l­îng ra C¸c c¬ cÊu Thu thËp ®iÒu chØnh nguån th«ng tin HÖ thèng §iÒu khiÓn ®iÒu khiÓn l«gic tù ®éng Vi xö M¸y Bµn ®iÒu khiÓn lý tÝnh Ng­êi vËn §­a tíi HT-§K hµnh QTCN cÊp cao h¬n §iÒu khiÓn trùc tiÕp H×nh 3-2: S¬ ®å cÊu tróc m¸y tÝnh ë chÕ ®é cè vÊn 35
  36. 2. Máy tính điều khiển như một đơn vị điều khiển trung tâm (điều khiển theo chương trình kiểm tra) Hệ thống loại này đựơc trình bà như Hình 3-3. Máy tính nằm trong mạch vòng kín của hệ thống điều khiển . Trong chế độ này thông thường nhiệm vụ diều khiển đã được chương trình hoá, điểm làm việc của quá trình công nghệ sẽ được điều khiển về điểm gần với chế độ tối ưu của quá trình. C¸c ®¹i HÖ ®­îc C¸c ®¹i l­îng vµo ®iÒu khiÓn l­îng ra C¸c c¬ cÊu Thu thËp ®iÒu chØnh nguån th«ng tin HÖ thèng §iÒu khiÓn ®iÒu khiÓn l«gic tù ®éng Vi xö M¸y Bµn ®iÒu khiÓn lý tÝnh Ng­êi vËn §­a tíi HT-§K hµnh QTCN cÊp cao h¬n §iÒu khiÓn trùc tiÕp H×nh 3-3: S¬ ®å m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn nh­ mét ®¬n vÞ ®iÒu khiÓn trung t©m 36
  37. Con người chỉ cần thiết trong một số trường hợp ngoại lệ ( ví dụ : nhiều sự cố ) Ưu điểm của hệ thống loại này là chất lượng của sản phẩm rất ít phụ thuộc vào người vận hành. Hệ thống có thể tác động nhanh. 3. Máy tính thực hiện chức năng điều khiển trực tiếp Hệ thống này có dạng như Hình 3-4 C¸c ®¹i HÖ ®­îc C¸c ®¹i l­îng vµo ®iÒu khiÓn l­îng ra C¸c c¬ cÊu Thu thËp ®iÒu chØnh nguån th«ng tin HÖ thèng §iÒu khiÓn ®iÒu khiÓn l«gic tù ®éng Vi xö M¸y Bµn ®iÒu khiÓn lý tÝnh Ng­êi vËn §­a tíi HT-§K hµnh QTCN cÊp cao h¬n §iÒu khiÓn trùc tiÕp H×nh 3-4: S¬ ®å m¸y tÝnh thùc hiÖn ®iÒu khiÓn trùc tiÕp Nếu như ở sơ đồ 3-2, 3-3 Máy tính làm việc ở chế độ “gián tiếp” máy tính tính toán các chế độ làm việc còn người vận hành trực tiếp điều khiển đối tượng thì ở sơ đồ Hình 3-4, máy tính làm việc ở chế độ “ trực tiếp”. Các 37
  38. kết quả tính toán của máy tính được đưa đến trực tiếp điều khiển các cơ cấu điều chỉnh. Việc sử dụng máy tính diều khiển trực tiếp liên quan đến vấn đề xây dựng các bộ điều chỉnh tương ứng. Cũng như máy tính điều khiển theo chương trình kiểm tra, ở đây máy tính cũng giải bài toán tối ưu trong điều khiển . 4. Các mạch vòng cơ bản của hệ dùng máy tính điều khiển trực tiếp. Hình 3-5 trình bày các mạch vòng điều khiển cơ bản của hệ dùng máy tính điều khiển trực tiếp. Có hai mạch vòng chính: Mạch vòng điều khiển cấp cao và mạch vòng điều khiển cấp địa phương. Giữa các mạch vòng điều khiển và người vận hành luôn luôn trao đổi thông tin qua lại với nhau. 38
  39. M¸y tÝnh cÊp cao h¬n M¸y tÝnh Liªn kÕt trung t©m §iÒu khiÓn cÊp cao ThiÕt bÞ ghÐp nèi víi qu¸ tr×nh Vµo Ra C¸c bé C¸c bé biÕn ®æi biÕn ®æi M¸y tÝnh, PLC ë §iÒu khiÓn cÊp møc thÊp ®Þa ph­¬ng C¸c phÇn tö C¸c phÇn tö ®o l­êng chÊp hµnh ThiÕt bÞ tiÕp cËn víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ H×nh 3-5: C¸c m¹ch vßng ®iÒu khiÓn c¬ b¶n 5. Quan hệ giữa các hệ điều khiển Hình 1-1đã trình bày cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển đó là một tháp hình nón nói nên quan hệ dọc giữa các hệ điều khiển. Hình 3-6 sau đây cũng trình bày quan hệ giữa các hệ điều khiển cơ bản, ngoài quan hệ dọc còn trình bày các quan hệ ngang giữa các hệ điều khiển và các bộ phận trong hệ. 39
  40. H·ng Trung t©m HÖ thèng ho¸ M« h×nh SX ChØ thÞ ra vµ ®iÒu hµnh hÖ 5 Vµo: Nguyªn vËt liÖu vµ xö lý tr­íc HT-T§H ghi nhËn Ra: C¸c s¶n phÈm c¸c sè liÖu QTSXH thèng Nhµ m¸y HÖ thèng ho¸ ®iÒu Trung t©m ChØ thÞ ra vµ 4 C¸c sè liÖu tõ phßng thÝ khiÓn vËn hµnh HT ®iÒu hµnh ghi nhËn nghiÖm,kÕ ho¹chvµ tiªu thô T§H-QTSX X S T Q - H Ph©n x­ëng SX HT-T§H-QTCN N¬i ®iÒu hµnh § ChØ thÞ ra vµ T - 3 C¸c th«ng sè vÒ chÊt l­îng HÖ thèng ®iÒu HÖ thèng b¶o cña ng­êi §K T vµ §K tèi ­u qu¸ tr×nh qu¸ tr×nh ghi nhËn H khiÓn chÝnh vÖ sù cè X S T Vµo c¸c ®¹i l­îng yªu cÇu Q - H § N T C ThiÕt bÞ T HÖ ®iÒu HÖ thèng Bµn ®iÒu khiÓn Q ChØ thÞ vµ ghi - 2 C¸c th«ng sè céng nghÖ khiÓn b¶o vÖ sù cÊp ®Þa ph­¬ng H nhËn § cña thiÕt bÞ, m¸y At«m¸t cè (§KT§) T Vµo c¸c ®¹i l­îng yªu cÇu C¸c thiÕt bÞ ThiÕt bÞ c¬ së ChØ thÞ §iÒu khiÓn chØ thÞ 1 Th«ng sè ®iÒu khiÓn. C«ng côc bé nghÖ tr¹ng th¸i cña thiÕt bÞ Vµo c¸c ®¹i l­îng yªu cÇu H×nh 3-6: Quan hÖ gi÷a c¸c hÖ §K T§H QTSX vµ §K T§H QTCN 40
  41. Nguyªn liÖu tù §Ëp ®¸ vÒ kÝch B¨ng t¶i NghiÒn kh« PP thæi Lß quay Kho¸ng NghiÒn kh« §ãng bao nhiªn hoµn th­íc yªu cÇu ®¹t ®é mÞn khÝ qua vµ gia Clinke ®¹t ®é mÞn hoÆc n¹p toµn yªu cÇu c¸c SILO nhiÖt yªu cÇu vµo SILO Xe §Ëp ®¸ XuÊt xi Kho Khai th¸c v«i Lß NghiÒn m¨ng ®ång NghiÒn §ång Chøa §ãng ®¸ v«i vµ nung xi nhÊt s¬ liÖu nhÊt Clinke bao ®Êt sÐt chÝnh m¨ng §¹p d¸ bé sÐt Nhiªn XØ s¾t liÖu Trî dung C¸t th¹ch Th¹ch anh cao D©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt xi m¨ng H×nh 3.1: S¬ ®å c¸c c«ng ®o¹n s¶n xuÊt xi m¨ng 41
  42. Ch­¬ng 4 HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt I. Tõ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®Õn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Ngµy nay kh¸i niÖm tù ®éng ho¸ kh«ng cßn bã hÑp trong viÖc ®iÒu khiÓn tù ®éng c¸c m¸y mãc riªng rÏ mµ më réng ra tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ vµ ë møc cao h¬n lµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. H×nh 4-1 d­íi ®©y tr×nh bµy th¸p ®iÒu khiÓn víi c¸c møc ®iÒu khiÓn tõ thÊp ®Õn cao vµ quan hÖ gi÷a c¸c møc ®ã. HÖ M¸y tÝnh §K T§H trung t©m QTSX 3 HÖ M¸y tÝnh §K T§H 2 Terminals QTCN Controller §iÒu khiÓn 1 PID, PLC t¹i chæ C¶m biÕn, c¬ cÊu chÊp §iÒu khiÓn 0 hµnh, ®éng c¬, van, r¬le riªng Qóa tr×nh c«ng nghÖ H×nh 4-1 : Th¸p ®iÒu khiÓn 42
  43. Nhê cã m¸y tÝnh mµ viÖc trao ®æi th«ng tin gi÷a ng­êi vµ m¸y trë nªn thu©n tiÖn, trªn c¬ së ®ã c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ra ®êi. NÕu nh­ c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng tr­íc ®©y lµm viÖc hoµn toµn tù ®éng kh«ng cã sù can thiÖp cña con ng­êi ( con ng­êi chØ ®ãng vai trß khëi ®éng m¸y mµ th«i ) th× c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ thuéc hÖ ng­êi - m¸y, trong ®ã lu«n cã sù trao ®æi th«ng tin gi÷a m¸y víi m¸y vµ ng­êi víi m¸y. Con ng­êi lµ mét kh©u cña hÖ thèng, lµm viÖc ë nh÷ng kh©u quan träng nh­ lËp kÕ ho¹ch, ra quyÕt ®Þnh v.v. Ngµy nay hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ rÊt ph¸t triÓn ngµy cµng ®­îc hoµn thiÖn vµ ®­îc dïng réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc s¶n xuÊt. C¸c nhµ m¸y míi nh­ NhiÖt ®iÖn Ph¶ L¹i 2, côm NhiÖt ®iÖn ch¹y khÝ Phó Mü, c¸c nhµ m¸y xi m¨ng Bót S¬n, Nghi S¬n, Hoµng Mai, nhµ m¸y giÊy B·i B»ng, T©n Mai v.v ®Òu dïng c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh­ ®· tr×nh bµy ë trªn. C¸c hÖ thèng nµy th­êng cã tªn lµ hÖ DCS - Distributed Control System . Trë l¹i th¸p ®iÒu khiÓn ë H×nh 4-1, ta thÊy ë cÊp ®iÒu khiÓn cao nhÊt lµ hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. §©y lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ bao gåm c¶ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ vµ qu¸ tr×nh qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt. Tr­íc ®©y ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ®Òu do con ng­êi ®¶m nhiÖm, con ng­êi thu thËp th«ng tin ®Çu vµo cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, xö lý nã råi ra lÖnh ®iÒu khiÓn tíi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ H×nh 4-2. Ngµy nay do tÝnh phøc t¹p cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, do l­îng th«ng tin vÒ s¶n xuÊt, kinh doanh vµ thÞ tr­êng t¨ng lªn rÊt lín khiÕn cho con ng­êi khã cã thÓ xö lý kÞp thêi ®­îc. Do ®ã ng­êi ta ®· øng dông m¸y tÝnh vµ c«ng nghÖ th«ng tin ®Ó tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt. Nh­ vËy trong hÖ thèng ®iÒu hµnh s¶n xuÊt, m¸y tÝnh ®ãng vai trß cña thiÕt bÞ thu thËp, xö lý th«ng tin, trao ®æi th«ng tin quan träng víi con ng­êi vµ nhËn c¸c th«ng tin diÒu khiÓn cña con ng­êi ®Ó t¸c ®éng vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt H×nh 4-3 43
  44. M¸y tÝnh QTSX QTSX H×nh 4-2: HÖ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt H×nh 4-3: HÖ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt theo kiÓu cò theo kiÓu cò ®­îc tù ®éng ho¸ Nh×n chung, hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cã cÊu tróc c¬ b¶n nh­ ë H×nh 4-4. PhÇn ë gi÷a lµ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, ®Çu vµo lµ nguyªn nhiªn vËt liÖu, ®Çu ra lµ s¶n phÈm. PhÇn bao quanh lµ qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin bao gåm 4 phÇn chÝnh : lËp kÕ ho¹ch s¶n xuÊt, thiÕt kÕ s¶n phÈm, ®iÒu khiÓn s¶n xuÊt vµ kinh doanh. Bé phËn qu¶n lý s¶n xuÊt t­¬ng øng víi c¸c hÖ con chøc n¨ng trªn H×nh1-4 tr­íc ®©y do con ng­êi ®¶m nhiÖm. Ngµy nay ng­êi ta øng dông m¸y tÝnh ®Ó tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin qu¶n lý vµ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt gäi t¾t lµ HÖ §K T§H QTSX. Nh­ vËy toµn bé qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Òu ®­îc tù ®éng ho¸. Mét c¸ch ng¾n gän cã thÓ ®Þnh nghÜa hÖ thèng tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nh­ sau: HÖ §K T§H QTSX = HÖ §K T§H QTCN + HÖ §K T§H §HSX Gi÷a hai hÖ T§H QTCN vµ T§H QTSX cã quan hÖ mËt thiÕt vµ t¸c ®éng qua l¹i víi nhau. 44
  45. Qu¸ tr×nh xö ThiÕt kÕ lý th«ng tin s¶n phÈm KÕ ho¹ch Kinh doanh s¶n xuÊt Nguyªn liÖu Qu¸ tr×nh S¶n phÈm Nhiªn liÖu c«ng nghÖ §iÒu khiÓn s¶n xuÊt H×nh 4-7: HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt H×nh 4-5 tr×nh bµy c¸c chøc n¨ng c¬ b¶n cña c¸c bé phËn ®iÒu hµnh s¶n xuÊt, quan hÖ gi÷a c¸c bä phËn ®ã víi nhau vµ víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. Th«ng qua m¹ng m¸y tÝnh thèng nhÊt vµ phÇn mÒm chuyªn dông hÖ T§H §HSX ®¶m b¶o viÖc xö lý c¸c th«ng tin vÒ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt nh­ lËp kÕ ho¹ch s¶n xuÊt, thiÕt kÕ s¶n phÈm, cung cÊp vËt t­, tµi chÝnh kÕ to¸n, nh©n lùc vµ kinh doanh tiÕp thÞ v.v. 45
  46. CAD M« pháng Ph©n tÝch §¸nh gi¸ thiÕt kÕ B¶n vÏ thiÕt kÕ kü thuËt ThiÕt kÕ s¶n phÈm Bé phËn kinh doanh CAM §¬n ®Æt hµng §¸nh gi¸ gi¸ thµnh KÕ ho¹ch KÕ to¸n Kinh doanh QTCN Ho¹ch ®Þnh c«ng nghÖ s¶n xuÊt Thanh to¸n LËp tr×nh m¸y NC Ho¸ ®¬n LËp kÕ ho¹ch s¶n xuÊt §iÒu khiÓn s¶n xuÊt CAM §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh Gi¸m s¸t qu¸ tr×nh §iÒu khiÓn c¸c m¸y KiÓm tra-b¶o d­ìng H×nh 4-5: HÖ thèng §K T§H QTSX 46
  47. II. C¸c phÇn mÒm øng dông trong hÖ §K T§H QTSX 1. Giíi thiÖu chung Ngµy nay cã nhiÒu lo¹i phÇn mÒm ®­îc øng dông trong hÖ §K T§H QTSX + PhÇn mÒm thùc hiÖn mét nhiÖmvô riªng rÏ nh­ : - PhÇn mÒm qu¶n lý nh©n sù - PhÇn mÒm kÕ to¸n - tµi chÝnh - PhÇn mÒm qu¶n lý vËy t­ - kho v.v. + PhÇn mÒm tÝch hîp qu¶n lý toµn bé qu¸ tr×nh s¶n xuÊt tõ lËp kÕ ho¹ch s¶n xuÊt, ®iÒu khiÓn s¶n xuÊt ®Õn ph©n phèi, b¸n s¶n phÈm. §Ó øng dông lo¹i phÇn mÒm nµy doanh nghiÖp ph¶i ®­îc tæ chøc l¹i thµnh c¸c hÖ con hîp lý, qu¶n lý chÊt l­îng theo ISO 9000 v.v. Lo¹i phÇn mÒm nµy th­êng rÊt ®¾t, nh­ng còng ®­a l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ to lín. V× vËy c¸c c«ng ty trªn thÕ giíi ®Òu øng dông hÖ thèng §K T§H QTSX trong ®ã cã phÇn mÒm tÝch hîp. HiÖn nay trªn thÕ giíi cã nhiÒu phÇn mÒm chuyªn dông dïng cho hÖ §K T§H QTSX- phæ biÕn nhÊt lµ hai lo¹i phÇn mÒm sau: + PhÇn mÒm MRPII (Mü) - Manufacturing Resources Planning II - PhÇn mÒm kÕ ho¹ch ho¸ nguån lùc s¶n xuÊt, phiªn b¶n 2. PhÇn mÒm nµy th­êng dïng cho c¸c c«ng ty, doanh nghiÖp lín. + PhÇn mÒm EMRP (Mü) -Enteprise Manufacturing Resources Planning - PhÇn mÒm ho¹ch ®Þnh kÕ ho¹ch s¶n xuÊt vµ tµi nguyªn doanh nghiÖp. PhÇn mÒm nµy th­êng dïng cho c¸c doanh nghiÖp nhá vµ võa. 2. PhÇn mÒm MRPII Bèn nguån lùc chÝnh hîp thµnh doanh nghiÖp: + Dßng vèn + Dßng d÷ liÖu 47
  48. + Dßng nguyªn liÖu, n¨ng l­îng + Dßng nh©n c«ng MRPII gióp doanh nghiÖp ho¹ch ®Þnh c¸c nguån lùc trªn H×nh 4-6 tr×nh bµy vÞ trÝ cña phÇn mÒm MRPII trong doanh nghiÖp. Cét däc trªn H×nh 4-6 lµ hÖ §K T§H QTCn víi m¸y s¶n xuÊt lµ CNC. Cét ngang trªn H×nh 4-6 lµ hÖ §K T§H QTSX víi phÇm mÒm chuyªn dông ®iÒu hµnh s¶n xuÊt MRPII. CONCEPT CAD CAE CAPP CAM Demand MRPII PP CNC Storage Distribution CAQ H×nh 4-6: VÞ trÝ cña MRPII trong doanh nghiÖp Chó thÝch : Concept - ý ®å thiÕt kÕ s¶n phÈm CAD - Computer Aided Design - ThiÕt kÕ ®­îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh CAM - Computer Aided Manufacturing - §iÒu khiÓn s¶n xuÊt ®­îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh 48
  49. CAE - Computer Aided Engineering - ThiÕt kÕ kü thuËt ®­îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh. CAPP - Computer Aided Proces Planing - Ho¹ch ®Þnh qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®­îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh. CNC - Computer Numerical Control - §iÒu khiÓn sè b»ng m¸y tÝnh. CAQ - Computer Aided Quality Control - KiÓm tra chÊt l­îng ®­îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh. PP - Production Planing - Ho¹ch ®Þnh s¶n phÈm. Demand - Yªu cÇu cña kh¸ch hµng. Storage - Kho tµng Distribution - Ph©n phèi s¶n phÈm Theo cét däc cña H×nh 4-6 ta thÊy qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ra s¶n phÈm ®i theo c¸c b­íc sau: - §Çu tiªn lµ ý ®å thiÕt kÕ s¶n phÈm. - Sau khi cã ý t­ëng vÒ s¶n phÈm tiÕp theo lµ thiÕt kÕ s¶n phÈm CAD vµ thiÕt kÕ kü thuËt cña s¶n phÈm CAE. - B­íc ba lµ x¸c ®Þnh c«ng nghÖ chÕ t¹o s¶n phÈm CAPP - B­íc bèn lµ ®iÒu khiÓn s¶n xuÊt CAM, ë ®©y cã c¸c ch­¬ng tr×nh ®Ó ®iÒu khiÓn s¶n xuÊt. - M¸y s¶n xuÊt lµ m¸y ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh CNC. - B­íc cuèi cïng lµ b­íc kiÓm tra chÊt l­îng s¶n phÈm CAQ. Theo hµng ngang cña H×nh 4-6 lµ qu¸ tr×nh qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ta thÊy cã c¸c b­íc sau: - B­íc ®Çu tiªn lµ c¸c ®¬n ®Æt hµng cña kh¸ch hµng. - Qu¸ tr×nh qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ®­îc thùc hiÖn bëi phÇn mÒm chuyªn dông MPRII ë b­íc thø hai. 49
  50. - B­íc ba lµ b­íc ®Æt kÕ ho¹ch s¶n xuÊt s¶n phÈm vÒ sè l­îng, tiÕn ®é, v.v. KÕ ho¹ch nµy ®­a tíi m¸y s¶n xuÊt CNC ®Ó thùc hiÖn. - S¶n phÈm s¶n xuÊt ra ®­îc ®­a vµo kho (storage) ®Ó ®­a sang bé phËn xuÊt hµng (distributing). H×nh 4-6 chØ râ tÊt c¶ c¸c kh©u trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Òu ®­îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh v× vËy nh÷ng hÖ thèng s¶n xuÊt lo¹i nµy th­êng cã tªn lµ hÖ thèng s¶n xuÊt tÝch hîp m¸y tÝnh CIM (Computer Intergrated Manufacturing). H×nh 4-7 tr×nh bµy quan hÖ gi÷a qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phÇn mÒm qu¶n lý MPRII vµ c¬ së d÷ liÖu cña nhµ m¸y. Shop-Floor Customer Schedling Forecast Orders CAD rules To CAPP Customer Data CAM Planing Algáithm & Information Algorithm Inventory NC Production Materials Plan Plan Production CAQ Packing H×nh 4-7: MRPII vµ C¬ sá d÷ liÖu Chó thÝch : Shop - floor Scheduling Rules - Quy t¾c lËp lÞch s¶n xuÊt ë ph©n x­ëng 50
  51. Forecast - Dù b¸o thÞ tr­êng Customer orders - §Æt hµng cña kh¸ch hµng Planing Algorithm - ThuËt to¸n ®Æt kÕ ho¹ch Production Plan - KÕ ho¹ch s¶n phÈm Materials Plan - KÕ ho¹ch nguyªn vËt liÖu Production - S¶n phÈm Packing - Bao gãi Inventory - Kho tµng To Customers - §Õn kh¸ch hµng Data & Information - C¬ së d÷ liÖu C¸c H×nh 4-8 ®Õn H×nh 4-12 tr×nh bµy c¸c bé phËn chÝnh (c¸c hÖ con) cña phÇn mÒm qu¶n lý tù ®éng ho¸ MPRII. H×nh 4-8 tr×nh bµy hÖ thèng b¸n hµng. Sau khi cËp nhËt vÒ s¶n phÈm vµ nhËn ®­îc mÖnh lÖnh xuÊt hµng, hÖ thèng sÏ lµm phiÕu thu ®­a sang nhµ kho vµ lµm ho¸ ®¬n cho kh¸ch hµng. H×nh 4-9 tr×nh bµy hÖ thèng giao hµng. Sau khi nhËn lÖnh tõ hÖ thèng b¸n hµng (H×nh 4-8) hÖ thèng giao hµng sÏ lµm lÖnh chuyÓn giao s¶n phÈm cho kh¸c hµng. H×nh 4-10 tr×nh bµy hÖ thèng s¶n xuÊt. D÷ liÖu ®Çu vµo cña hÖ thèng s¶n xuÊt lµ yªu cÇu tõ hÖ thèng b¸n s¶n phÈm. Tõ yªu cÇu nµy ng­êi ta lËp kÕ ho¹ch ph©n phèi s¶n phÈm ®Ó ®­a ®Õn bé phËn s¶n xuÊt t¹i nhµ m¸y. H×nh 4-11 tr×nh bµy hÖ thèng thiÕt kÕ s¶n phÈm vµ quan hÖ víi c¸c hÖ thèng kh¸c trong hÖ thèng. Cuèi cïng H×nh 4-12 lµ hÖ thèng mua s¾m vËt t­ nguyªn liÖu dïng cho s¶n xuÊt vµ mèc quan hÖ víi c¸c hÖ con kh¸c trong hÖ thèng. H×nh 4-12 cho ta mét c¸ch nh×n tæng thÓ vÒ hÖ thèng §K T§H QTSC, mèc quan hÖ gi÷a c¸c bé phËn, dßng th«ng tin vµ dßng s¶n phÈm l­u chuyÓn trong hÖ thèng. 51
  52. Dßng th«ng tin Dßng s¶n phÈm PhiÕu thu §iÒu tra d÷ liÖu B¶ng kª MÖnh lÖnh Nhµ kho Lµm lÖnh xuÊt MÖnh lÖnh Lµm hãa ®¬n Th«ng tin ChuyÓn giao Dßng s¶n phÈm D÷ liÖu vÒ hãa ®¬n H×nh 4-8 : HÖ thèng b¸n hµng 52
  53. §iÒu tra d÷ liÖu MÖnh lÖnh hÖ thèng b¸n s¶n phÈm Cung cÊp s¶n phÈm hÖ thèng bè trÝ nhµ kho hÖ thèng dì lÊy s¶n MÖnh lÖnh Nhµ kho phÈm h­íng dÉn hÖ thèng ph©n phèi H×nh 4-9: HÖ thèng chuyÓn giao s¶n phÈm 53
  54. Cung cÊp s¶n phÈm §iÒu tra d÷ liÖu hÖ thèng b¸n KÕ HO¹CH MÖnh s¶n phÈm ph©n phèi lÖnh hÖ thèng ®iÒu khiÓn s¶n phÈm yªu cÇu vÒ Nhµ m¸y phô tïng hÖ thèng lÖnh cung chuyÓn giao yªu cÇu vÒ cÊp s¶n phÈm nguyªn liÖu hîp ®ång phô MÖnh lÖnh h­íng dÉn Nhµ kho C¸c mÖnh lÖnh H×nh 4-10: HÖ thèng s¶n xuÊt 54
  55. Cung cÊp s¶n phÈm Nghiªn cøu thiÕt kÕ chi tiÕt ý ®å thiÕt kÕ thiÕt kÕ s¬ bé kü thuËt Nhµ m¸y §iÒu tra d÷ liÖu hÖ thèng b¸n MÖnh lÖnh hÖ thèng MÖnh lÖnh s¶n phÈm s¶n xuÊt MÖnh lÖnh hÖ thèng Nhµ kho chuyÓn giao s¶n phÈm MÖnh lÖnh h­íng dÉn H×nh 4-11: HÖ thèng thiÕt kÕ s¶n phÈm 55
  56. ý ®å hÖ thèng thiÕt ThiÕt kÕ kÕ §iÒu tra d÷ liÖu hÖ thèng b¸n MÖnh lÖnh hÖ thèng MÖnh lÖnh s¶n phÈm s¶n xuÊt Nhµ m¸y hÖ thèng chuyÓn giao hÖ thèng hÖ thèng s¶n phÈm th«ng tin vÒ hîp ®ång ng­êi cung cÊp phô hÖ thèng hÖ thèng Nhµ kho hãa ®¬n vµ mÖnh lÖnh kiÓm tra MÖnh lÖnh h­íng dÉn MÖnh lÖnh Cung cÊp s¶n phÈm H×nh 4-12: HÖ thèng mua s¾m 56
  57. III. KÕt luËn Trong thêi ®¹i ngµy nay khoa häc c«ng nghÖ ph¸t triÓn rÊt nhanh. Dùa trªn nh÷ng thµnh tùu cña c«ng nghÖ ®iÖn tö vµ tin häc, c«ng nghÖ tù ®éng ho¸ cã tèc ®é ph¸t triÓn rÊt cao. Ngµy nay c«ng nghÖ tù ®éng ho¸ ®· x©m nhËp vµo mäi lÜnh vùc s¶n xuÊt vµ ®êi sèng cña con ng­êi. HÖ thèng §K T§H QTSX kh«ng nh÷ng gãp phÇn gi¶m nhÑ søc lao ®éng ch©n tay mµ cßn gi¶m nhÑ søc lao ®éng trÝ ãc cu¶ con ng­êi. HÖ thèng §K T§H QTSX n©ng cao n¨ng suÊt chÊt l­îng vµ ®­a l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ to lín. V× vËy ngµy nay hÖ thèng §K T§H QTSX ngµy cµng ®­îc øng dông réng r·i vµ trë thµnh chØ tiªu ®Ó d¸nh gi¸ tr×nh ®é tù ®éng ho¸ cña mét nhµ m¸y, mét doanh nghiÖp. C¸c c«ng nghÖ míi nh­ m¹ng m¸y tÝnh, hÖ truyÒn th«ng c«ng nghiÖp, hÖ ®iÒu khiÓn ph©n t¸n DCS (Distributed Control System) hÖ gi¸m s¸t vµ thu thËp sè liÖu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) v.v. ®· gióp cho hÖ §K T§H QTCN kh«ng nh÷ng ®­îc ¸p dông vµo c¸c doanh nghiÖp lín mµ cßn ®­îc ¸p dông rÊt hiÖu qu¶ ®èi víi c¸c doanh nghiÖp nhá vµ võa. 57
  58. Tài liệu tham khảo 1. Mikell P. Groover Automation Production system and Computer Intergrated Manufacturing . Prentice-Hall, 1987. 2. Methods model based process control .1995 Nato 3. Bolkov I.M. ACYTII .1977 4. Biegle John. Production Control .1971 5. Nguyễn Công Hiền. Bài giảng “Hệ thống tự động hoá quá trình công nghệ”, 1999 6. Tài liệu kỹ thuật về hệ thống điều khiển nhà máy xi măng Hoàng Thạch. 58