Hệ thống điều khiển công nghiệp là gì?

 Hệ thống điều khiển công nghiệp (Industrial Control System – ICS) càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, năng lượng, giao thông,… Cùng tìm hiểu xem hệ thống điều khiển là gì, các hệ thống điều khiển trong công nghiệp và vai trò của nó nhé.

Hệ thống điều khiển công nghiệp là gì?

Hệ thống điều khiển công nghiệp là tập hợp những dụng cụ, thiết bị điện tử, được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sự chuyển đổi nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất.

[caption id="attachment_1166" align="aligncenter" width="600"] Hệ thống điều khiển công nghiệp[/caption]

Hệ thống điều khiển công nghiệp thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn.

Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn toàn được sử dụng kết hợp với máy tính chủ, đó là PLC.

Ngoài ra, nó còn giao diện để kết nối với các thiết bị khác như: bảng điều khiển, động cơ, contact, cuộn dây,…

Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn. Ngoài ra, nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển.

5 thành phần trong hệ thống điều khiển

Trong hệ thống điều khiển công nghiệp, bộ điều khiển cung cấp khả năng tính toán, điện toán và quản lý một số cổng I/O của một hệ thống tự động. Dựa vào bộ điều khiển ta có thể phân loại hệ thống điều khiển công nghiệp thành 5 loại như sau:

• Bộ điều khiển lập trình logic (PLCs),
• Bộ điều khiển nhiệt độ,
• Hệ thống điều khiển phân phối (DCSs),
• Bộ điều khiển nhúng và hệ thống, máy tính.

1. Bộ điều khiển lập trình logic (PLCs)

Bộ điều khiển lập trình logic (PLCs), được sử dụng rộng rãi để điều khiển tầng trong hệ thống tự động. Về bản chất, đây là các máy tính kỹ thuật số được sử dụng điều khiển các quá trình xử lý cơ điện. PLC được sử dụng trong các ngành công nghiệp và máy móc, như đóng gói và máy bán tự động. PLC được thiết kế để quản lý nhiều cổng vào/ra, mở rộng dải đo nhiệt độ, khử nhiễu, chịu được các rung động và ảnh hưởng khác. Các chương trình điều khiển thường được lưu trữ trong pin dự phòng hoặc bộ nhớ điện tĩnh. PLC là một ví dụ cho hệ thống thời gian thực vì kết quả của ngõ ra sẽ tác động lại điều kiện của ngõ vào trong một khoảng thời gian giới hạn, nếu không thì việc hoạt động ngoài ý muốn sẽ là kết quả trả lại.

[caption id="attachment_1161" align="aligncenter" width="600"] Bộ điều khiển lập trình PLC[/caption]

Các nhà sản xuất PLC thường bán phần mềm lập trình kèm theo thiết bị. Các gói phần mềm này được làm phù hợp với thiết bị của họ, nên không thể sử dụng phần mềm của các nhà sản xuất khác. Phần mềm bổ sung thường được đính kèm trong chương trình chung phù hợp, cần thiết cho việc kết nối thông số cho hệ thống và chương trình HMI.

Trước khi có được các lợi ích từ hệ thống máy tính, logic thường được làm một cách thủ công sử dụng các kỹ thuật tương tự việc thiết kế hệ thống điều khiển bằng rơ le và sau đó biến đổi thành dạng tốc ký để có thể áp dụng cho bàn phím cầm tay hay văn bản trên máy tính. Nhờ sự tiên tiến trong công nghệ, logic có thể được làm trên màn hình máy tính. Nó thường được chuyển đổi sang dạng tốc ký và dạng tập tin. Logic còn thường được in ra thành dạng đồ họa.

Việc mô tả comment cho cuộn coil và các cấu trúc khác không được lưu trong bộ nhớ PLC vì bộ nhớ có giới hạn. Các thiết bị thường được dùng ký hiệu để thay thế, nhưng nói chung thì chúng đơn giản là liên quan đến bit hoặc số nguyên. Đăng ký địa chỉ được lưu theo kiểu dữ liệu như bit, word, hoặc float. Counter và timer được lưu trong phần toán học.

2. Bộ điều khiển nhiệt độ

Một bộ điều khiển chuyên dụng sử dụng rộng rãi chính là bộ điều khiển nhiệt độ. Những thiết bị này thực hiện việc điều khiển đóng/mở thiết bị gia nhiệt trong các phản ứng để cảm nhận nhiệt độ hoặc điều khiển nhiều tầng bằng cách điều khiển PID. Bộ điều khiển được thiết kế theo kiểu cảm biến nhiệt độ hoặc được cấu hình bằng phần mềm, thiết bị ngắt.

[caption id="attachment_1162" align="aligncenter" width="580"] Bộ điều khiển nhiệt độ[/caption]

Bộ điều khiển nhiệt độ độc lập theo kích thước của hệ thống DIN, tiêu chuẩn Đức. Chúng được phân loại theo kích thước 1/4 DIN , 1/16 DIN hoặc 1/8 DIN. Timer và counter cũng được thiết kế theo tiêu chuẩn này. Điều này giúp cho bộ điều khiển phù hợp về kích thước nhất định của bảng điều khiển. Các thông số như giá trị cài đặt (SV) hoặc giá trị quá trình(PV) được hiển thị bằng các màu khác nhau để dễ sử dụng. Việc cài đặt thông số được hoàn thành thông qua một bàn phím nút phía trước bộ điều khiển.

3. Hệ thống điều khiển phân phối (DCSs)

Hệ thống điều khiển phân phối (DCSs) được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển quá trình ở các nhà máy hóa chất.

[caption id="attachment_1163" align="aligncenter" width="600"] Hệ thống điều khiển phân phối[/caption]

Một hệ thống DCSs thông thường bao gồm chức năng phân phối theo địa lý của bộ điều khiển số để thực hiện từ 1 đến 256 hoặc nhiều vòng lặp qui định trong một hộp điều khiển. Thiết bị I/O là không thể thiếu đối với bộ điều khiển hoặc điều khiển từ xa thông qua mạng. Một tên khác cho thiết bị này là bộ phân loại I/O. Bộ điều khiển ngày nay có khả năng xử lý điện toán rất cao, điều khiển PID, và có thể thực hiện điều khiển logic, điều khiển tuần tự.

Một hệ thống có thể thực hiện một hoặc nhiều trạm và có thể điều chỉnh thông số tại trạm hoặc các ứng dụng cá nhân không kết nối mạng. Mạng truyền thông cục bộ được xử lý qua một mạng điều khiển. Một server và chip xử lý có thể được gộp trong hệ thống để tăng khả năng tính toán, thu thập dữ liệu, và khả năng báo cáo.

4. Bộ điều khiển nhúng và hệ thống

Bộ điều khiển nhúng là một hệ thống máy tính được sử dụng với mục đích đặc biệt. Chúng thường được thiết kế một hay nhiều chức năng chuyên dụng, thường bị hạn chế trong tính toán thời gian thực.

[caption id="attachment_1164" align="aligncenter" width="600"] Hệ thống nhúng và điều khiển[/caption]

Chúng thường được kết hợp như một phần của một thiết bị hoàn chỉnh bao gồm phần cứng và phần mềm. Ngược lại, một máy tính thông thường như máy tính cá nhân, có thể làm nhiều công việc khác nhau dựa vào việc lập trình. Hệ thống nhúng có thể điều khiển được những thiết bị đang sử dụng ngày nay. Các thành phần chung của một hệ thống nhúng bao gồm bộ nhớ tạm thời hay bộ nhớ flash, vi điều khiển hoặc CPU, RAM.

Nói một cách tổng quát, hệ thống nhúng không chính xác là một thuật ngữ được xác định như các hệ thống có các phần tử lập trình.

5. Máy tính

Bên cạnh việc được sử dụng như một công cụ để viết chương trình cho hệ thống điều khiển, máy tính còn được sử dụng để điều khiển cơ cấu chấp hành cho một số máy móc.

[caption id="attachment_1165" align="aligncenter" width="600"] Máy tính[/caption]

Máy tính có những lợi thế liên quan đến giá thành thấp bởi vì nó được sử dụng rộng rãi. Vì máy tính đã có sẵn màn hình và một số thiết bị con trỏ như chuột máy tính nên chương trình HMI cũng có được sử dụng dễ dàng trên các máy tính tiêu chuẩn.

Hệ thống vận hành của máy tính không thường được tối ưu hóa để thực hiện quá trình điều khiển thực tế trên máy móc. Hầu như các hệ thống PC đều chạy trên các hệ điều hành Window khác nhau, là nơi thường chứa những yếu tố không cần thiết trong một hệ thống điều khiển. Do vậy, một thể đặc biệt là Microsoft Window CE, đã được phát triển để loại bỏ các tính năng không cần thiết cho một hệ thống điều khiển. Window CE sử dụng bộ nhớ ít hơn và vì vậy nên nó phù hợp cho việc điều khiển thời gian thực hơn. Bộ điều khiển kết hợp đã bắt đầu sử dụng Windows CE như một nền tảng tiêu chuẩn.

Vai trò của hệ thống điều khiển công nghiệp

Hệ thống điều khiển đóng vai trò vô cùng quan trọng hiện nay, nhất là trong thời đại tự động hóa 4.0.

Không giống như hệ thống công nghệ thông tin, trong ba thuộc tính: tính vẹn toàn, tính bí mật và tính sẵn sàng, hệ thống điều khiển công nghiệp đặt tính sẵn sàng lên hàng đầu.

Về bản chất, hệ thống điều khiển công nghiệp là các hệ thống liên tục, do đó, sự cố hoặc sự ngưng trệ trên các hệ thống này là không được chấp nhận.

Vậy nên, hệ thống điều khiển công nghiệp giúp cho nhà máy luôn vận hàng liên tục, nhanh chóng khắc phục các sự cố để đảm bảo không bị ngưng trệ gây ảnh hưởng đến năng suất sản xuất.

Hệ thống điều khiển công nghiệp là gì? các thành phần có trong hệ thống cũng như vai trò. Hy vọng Thuận Nhật giúp quý khách được những thông tin đang cần.