Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

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.
Nhiều ngành công nghiệp đã sử dụng cho các loại ứng dụng điện tử hệ thống điều khiển công nghiệp khác nhau. Hầu như tất cả các cơ sở hạ tầng quan trọng và các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, xử lý nước, giao thông vận tải và quản lý điện năng đều yêu cầu một số loại hệ thống điều khiển công nghiệp, cùng với các quy trình và thiết bị liên quan của nó.
 

Hệ thống điều khiển công nghiệp là gì?


Hệ thống điều khiển công nghiệp (ICS) là một thuật ngữ chung được sử dụng để mô tả các loại hệ thống điều khiển khác nhau và thiết bị đo liên quan, bao gồm các thiết bị, hệ thống, mạng và điều khiển được sử dụng để vận hành hoặc tự động hóa các quy trình công nghiệp. Tùy thuộc vào ngành, mỗi ICS có chức năng khác nhau và được xây dựng để quản lý điện tử các tác vụ một cách hiệu quả. Ngày nay, các thiết bị và giao thức được sử dụng trong ICS được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và cơ sở hạ tầng quan trọng như công nghiệp sản xuất, giao thông vận tải, năng lượng và xử lý nước.

 

Các loại hệ thống điều khiển công nghiệp


Hệ thống điều khiển công nghiệp được tổ chức thành nhiều lớp dựa trên mức độ phức tạp tương đối của hành động điều khiển của chúng đối với các chức năng tổng thể của ICS. Các loại phổ biến của các hệ thống điều khiển này sẽ được thảo luận thêm bao gồm:

- Bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC)
- Hệ thống điều khiển phân tán
- Thiết bị điện tử thông minh
- Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
- Bộ điều khiển tự động hóa có thể lập trình
- Giao diện Người-Máy
- Hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp (IACS)
- Đơn vị đầu cuối từ xa
 

1 - Bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC)


Đây là một loại phần cứng được sử dụng như một thành phần điều khiển của một hệ thống tổng thể. Nó cũng cung cấp quản lý cục bộ các quy trình đang được chạy thông qua các thiết bị điều khiển phản hồi như cảm biến và thiết bị truyền động.

PLC cung cấp chức năng tương tự như Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU). Trong hệ thống điều khiển phân tán (DCS), PLC được sử dụng làm bộ điều khiển cục bộ trong sơ đồ điều khiển giám sát. PLC cũng được thực hiện như các thành phần chính trong các cấu hình hệ thống điều khiển nhỏ hơn.
 

2 - Hệ thống điều khiển phân tán


Trong Hệ thống điều khiển phân tán (DCS), có nhiều hệ thống điều khiển khác nhau được phân phối theo cách mà chúng có thể được điều khiển riêng lẻ. Hệ thống điều khiển phân tán là hệ thống bộ điều khiển, cảm biến và máy tính chuyên dụng được phân phối thông qua các nhà máy công nghiệp. Mỗi thành phần của DCS có một chức năng duy nhất, chẳng hạn như hiển thị đồ họa, kiểm soát quá trình, thu thập dữ liệu và lưu trữ dữ liệu. DCS đóng vai trò là “bộ não trung tâm” của nhà máy công nghiệp, với các phần tử của hệ thống giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính điều khiển tập trung, một loại mạng cục bộ. DCS có thể theo dõi các quy trình công nghiệp và đưa ra các quyết định tự động, theo thời gian thực bằng cách sử dụng ma trận và xu hướng sản xuất mà hệ thống ghi nhận trong toàn bộ nhà máy.

DCS có thể được sử dụng trong các ứng dụng hàng loạt và liên tục, đồng thời có các ứng dụng sau:

- Nhà máy hóa chất
- Hệ thống xử lí nước thải
- Nhà máy xử lý nước
- Nhà máy điện hạt nhân
- Khai thác mỏ
- Ứng dụng nông nghiệp
- Hệ thống điều khiển nồi hơi
- Bột giấy, nhà máy giấy
- Hệ thống kiểm soát chất lượng
- Sản xuất ô tô
- Hệ thống kiểm soát môi trường
 

3 - Thiết bị điện tử thông minh (IED)


Thiết bị điện tử thông minh (IED) là thiết bị điện tử được sản xuất cho nhiều mục đích trong các lĩnh vực truyền thông, đo lường, giám sát và điều khiển điện năng. IED được kết hợp vào các cấu trúc ICS để tạo điều kiện cho các khả năng tự động hóa điện năng rất phức tạp. Chúng thường là các thành phần điện tử có bộ vi xử lý, chẳng hạn như bộ điều khiển mạch và thiết bị điều chỉnh. Các thiết bị điện tử này có thể giao tiếp thông qua một số giao thức khác nhau, chẳng hạn như thông qua Ethernet thời gian thực hoặc Fieldbus, một phương pháp giao tiếp kỹ thuật số. IED có thể được tìm thấy trong nhiều quy trình và hệ thống điều khiển công nghiệp như DCS và SCADA.

Có nhiều ứng dụng cho Thiết bị Điện tử Thông minh, chẳng hạn như:

- Nhà máy luyện kim
- Các công cụ kiểm soát môi trường
- Sản xuất dược phẩm
- Thực phẩm và chế biến thực phẩm
- Hệ thống xử lí nước thải
- Kiểm soát chất lượng
- Sản xuất ô tô
- Khai thác mỏ
- Nhà máy xử lý nước
- Nhà máy giấy
- Hóa chất nông nghiệp và phân bón
- Nhà máy lọc đường
- Hóa dầu và nhà máy lọc dầu
- Quản lý nước
 

4 - Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA)


Kiểm soát Giám sát và Thu thập Dữ liệu (SCADA) là một hệ thống máy tính xử lý và thu thập dữ liệu và thực hiện các kiểm soát hoạt động trong khoảng cách đáng kể. Hệ thống SCADA được thiết kế để giải quyết các vấn đề truyền thông, đặc biệt là các vấn đề về tính toàn vẹn và độ trễ của dữ liệu bắt nguồn từ các phương tiện truyền thông khác nhau.

Hệ thống Kiểm soát Giám sát và Thu thập Dữ liệu được sử dụng trong nhiều ứng dụng, một số trong số đó là:

- Hệ thống đường ống
- Truyền tải và phân phối điện
- Vi ba
- Vệ tinh
- Đường dây điện thoại
 

5 - Bộ điều khiển tự động hóa có thể lập trình (PLC)


PLC là hệ thống điều khiển trạng thái rắn với cấu trúc chắc chắn, mạnh mẽ và một bộ các chức năng đặc biệt. Một số chức năng này bao gồm giao diện lập trình trực quan, điều khiển I / O, điều khiển ba chế độ (PID), cơ chế số học, đếm và định thời và điều khiển tuần tự.

PLC được chế tạo để có độ đàn hồi cao, có khả năng chống chọi với các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như nhiệt độ rất cao và thấp, độ ẩm cao, tiếng ồn điện và rung động mạnh. Các bộ điều khiển này được thiết kế để giám sát và quản lý số lượng lớn các bộ truyền động và cảm biến, đồng thời chúng nổi bật khi so sánh với các hệ thống máy tính và bộ xử lý thông thường do số lượng thiết lập I / O cao.

Các ứng dụng của PLC bao gồm:

- Hệ thống kiểm soát ép phun (IMCS) cho nhựa
- Hệ thống điều khiển máy cắt trục
- Hệ thống kiểm soát an toàn trong ngành du lịch
- Hoạt động thang máy và thang máy
- Phay bi, lò trục và lò than trong sản xuất xi măng
- Kiểm soát để xử lý kính phẳng và tỷ lệ vật liệu thủy tinh trong ngành thủy tinh
- Kiểm soát việc sản xuất báo hoặc trang sách trong quy trình in web loại offset
- Máy giặt
- Điều khiển và vận hành tín hiệu giao thông
 

6 - Giao diện người-máy (HMI)


Giao diện Người-Máy (HMI) là phương tiện giao tiếp và trao đổi thông tin dựa trên phần cứng và phần mềm giữa người vận hành và máy móc và / hoặc hệ thống máy tính. Với HMI, các quy trình thiết bị khác nhau có thể được kiểm soát, hiển thị và quản lý thông qua các tương tác giữa người và máy

Có nhiều ứng dụng của HMI, bao gồm:

- Thiết bị cầm tay di động
- Kiểm soát máy móc và quy trình cho các tầng nhà máy
- Các loại máy
- Biển báo kỹ thuật số
- Thiết bị y tế
- Phòng điều khiển tập trung
- Tự động hóa tòa nhà và công nghiệp
- Thiết bị ô tô
 

7 - Hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp (IACS)


Hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp (IACS) là một loại thiết bị cơ khí, cơ điện và trạng thái rắn thực hiện một số quá trình điều khiển, giám sát và tác động trên nhiều thiết bị logic và hệ thống kiểu quy trình phức tạp. IACS có thể theo dõi và kiểm soát nhiều quá trình thông qua các cảm biến trên máy móc, thiết bị thông minh và phần mềm và phần cứng khác giúp biến thông tin cảm biến thành các đầu ra điều khiển khác nhau.

Các ứng dụng của IACS bao gồm:

- Điều khiển động cơ và phụ kiện (phanh AC và DC, bộ điều khiển động cơ, tốc độ điều chỉnh và bộ truyền động tần số thay đổi)
- Máy biến áp tự động, lò phản ứng, đầu dò
- Hệ thống kiểm soát quy trình
- Sản xuất tích hợp
- Các thiết bị giao diện người-máy khác nhau
- Hệ thống điều khiển logic máy (PLC, Bộ điều khiển quá trình (PC), DCS)
- Dịch vụ tích hợp hệ thống
- Ô tô
- Vận chuyển
- Quản lý cơ sở
 

8 - Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU)


Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) là một hệ thống điều khiển công nghiệp dựa trên bộ vi xử lý. RTU kết nối điện tử nhiều loại phần cứng với các hệ thống điều khiển khác như SCADA hoặc DCS. Các đơn vị điện tử này mang dữ liệu cảm biến thông qua các luồng đầu vào và đầu ra, được truyền đến ICS tập trung thông qua một vòng điều khiển. RTU cũng quản lý các kết nối với điều khiển từ xa hoặc cục bộ, đó là lý do tại sao chúng được gọi là đơn vị điều khiển từ xa hoặc đơn vị đo từ xa.s

Một số ứng dụng của RTU là:

- Các giàn khoan và giếng dầu ngoài khơi
- Trạm bơm đường ống (cấp nước, thu gom nước thải)
- Còi cảnh báo ngoài trời
- Mạng lưới khí đốt tự nhiên và các thiết bị liên quan
- Thiết bị không lưu (ILS, GP, DVOR)
- Hệ thống giám sát môi trường (khí thải, ô nhiễm, chất lượng không khí)
 

Tạm kết


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,… 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. Các hoạt động cục bộ thường được điều khiển bởi cái gọi là Thiết bị hiện trường nhận lệnh giám sát từ các trạm từ xa.

Bài viết liên quan:

Tin tức khác