Công nghệ Bus số trong các nhà máy nhiệt diện (P.1)

Trước đây, hệ thống điều khiển phân tán (DCS) có độ mở không cao và theo chu trình 15 đến 20 năm sẽ được nâng cấp. Với sự ra đời của máy tính, chu kì cải tiến này đã được giảm xuống còn 3 đến 5 năm. Cuộc cách mạng công nghệ internet, fieldbus và điều khiển cũng theo sau với phiên bản máy tính của Moore có nhiều ứng dụng trong khi giá thành giảm.

Nếu đã qua thực tế, bạn có thể thấy nhiều trường hợp điển hình trong các lĩnh vực đo lường, các thiết bị cảm biến chỉ cung cấp giá trị đơn lẻ và chỉ kết nối với hệ thống điều khiển bằng một đường dây riêng rẽ. Ngày nay, các thiết bị có thể thực hiện chẩn đoán liên tục và cung cấp nhiều thông tin hơn so với việc cung cấp một giá trị trong quá trình đơn lẻ. Hơn nữa, hầu hết các thiết bị này giờ đây có thể sử dụng và trao đổi dữ liệu, tạo ra khả năng thực hiện các điều khiển sử dụng công nghệ bus số như Foundation fieldbus.

Các thiết bị thông minh sử dụng HART protcol đã xuất hiện hơn 15 năm qua. Rất nhiều ngành sử dụng thiết bị này do chúng có giá cạnh tranh so với các thiết bị truyền thống và có thể trực tiếp thay thế (1 thay 1) các thiết bị hiện nay mà không cần kết nối dây.

Các tiêu chuẩn bus số như Foundation fieldbus, Profibus DP và DeviceNet (tại đó mọi thông tin được truyền dưới dạng số) trong một số trường hợp cung cấp thêm nhiều tính năng hơn so với các thiết bị thông minh gốc. Giao diện fielbus trực tiếp trong các hệ thống điều khiển giúp cho người sử dụng truy cập dữ liệu đầy đủ. Gói phần mềm quản lí thiết bị sử dụng dữ liệu này để cung cấp thông tin chẩn đoán chi tiết và các chức năng phân tích bảo trì dự phòng. Độ chính xác điều khiển cũng được nâng cao do các tín hiệu không bị chuyển đổi sang 4-20mA để chuyển tới modul I/O DCS sau đó chuyển đổi trở lại giá trị số để sử dụng trong điều khiển.

Hình 1: Minh họa cách nối dây truyền thống (trên) và của công nghệ Fieldbus số.

Sử thay đổi hệ thống điều khiển

Dù các công nghệ bus số như Foundation và DeviceNet trong hệ thống điều khiển có đôi chút thay đổi, nhưng nhiều tính năng vẫn được duy trì. Các công nghệ bus số không thay đổi về thiết kế điều khiển, đồ họa, cơ sở dữ liệu cũng như kiến trúc chính của hệ thống điều khiển. Chúng cũng không thay đổi đáng kể quy tắc tài liệu thiết kế. Giao diện cho định chỉnh kỹ thuật, kinh doanh, bảo trì, ghi lịch sử cũng như các ứng dụng hệ thống khác cũng không thay đổi. Đối với quá trình hiệu chỉnh kỹ thuật sử dụng tín hiệu I/O, điều khiển và quá trình cũng vậy.

Tuy nhiên, công nghệ bus số lại thay đổi cấu trúc kết nối với I/O. Thay vì việc kết nối bằng dây chuyên dụng từ mỗi một thiết bị hiện trường tới I/O DCS, kiến trúc bus cho phép kết nối cáp đơn với nhiều thiết bị số. Giao diện với I/O mà các thiết bị mô tả được chuyển đến modul fieldbus số (Hình 1).

Sự giống nhau đơn giản nhất là kênh I/O truyền thống được định vị trong thiết bị và bus I/O được sử dụng để đọc các kênh giờ đây là cáp fieldbus thay vì bảng cắm. Cáp này, với nhiều điểm dữ liệu, giảm đáng kể việc sử dụng dây cáp trong nhà máy. Việc ghi chép tài liệu cũng như bảo dưỡng cũng được hạn chế.

“Không gian” modul I/O đòi hỏi trong bộ điều khiển cho một hay nhiều giao diện bus số cũng được hạn chế đáng kể so với các modul I/O và các thiết bị đầu cuối khác. Foundation fieldbus sử dụng kết nối dây đôi (STP) mang nguồn và dữ liệu trên cùng một cặp dây trong khi đó DeviceNet sử dụng đến 4 dây với dữ liệu và nguồn phân tán. Điều này có thể cần thêm một số “không gian” cho việc cấp nguồn các thiết bị fieldbuss, các modul phân tán và các máy điều phối cấp nguồn.

Thiết kế DCS với công nghệ bus số và cấu hình tích hợp cùng phần mềm quản lí thiết bị nhà máy là vô cùng quan trọng. Thiết kế này nên hỗ trợ HART truyền thống, I/O analog, I/O rời rạc cũng như I/O chuyên dụng đòi hỏi tốc độ, độ phân giải cao và an toàn. Ngoài ra, nó cũng nên hỗ trợ nhiều loại fieldbus. Trong đó có Foundation fieldbus, được sử dụng chủ yếu cho điều khiển analog, và DeviceNet hay Profibus DP, được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển rời rạc. Trong một số trường hợp, các tính năng của thiết bị đòi hỏi sẽ điều khiển ứng dụng của nhiều loại bus số.

Nguồn: hiendaihoa.com, 18/01/2008