Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 2: Kiến trúc các hệ thống thông tin công nghiệp

©2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
C
h
ư
ơ
n
g
1
Hệ thống 
thông tin công nghiệp
12/30/2005
Chương 2: Kiến trúc các HTTTCN
2©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
2.1 Cấu trúc cơ bản một HTĐK&GS
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN
ĐO LƯỜNG VÀ TRUYỀN ĐỘNG
I/O
I/O
HỆ THỐNG KỸ THUẬT
Nối qua mạng Nối thông thường
3©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
2.2 Mô hình phân cấp chức năng
HỆ THỐNG KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN GIÁM
SÁT
Giám sát, vận hành, chẩn đoán
Điều khiển cao cấp, phối hợp
Quản lý dữ liệu, lập báo cáo
ĐIỀU KHIỂN
Điều khiển, điều chỉnh,
Bảo vệ, an toàn,
Ghi chép, cảnh giới
CHẤP HÀNH & CẢM BIẾN
Đo lường, truyền động
Chấp hành, đóng/cắt
Chuyển đổi tín hiệu
ĐIỀU HÀNH
SẢN XUẤT
Điều khiển cao cấp, phối hợp
Quản lý dữ liệu, lập báo cáo
Tối ưu hoá sản xuất
Q. LÝ
CÔNG TY
Tính toán giá thành, lãi suất
Thống kê số liệu sản xuất, kinh doanh,
Xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên
Cấp
trường
Điều khiển
quá trình
Quản lý
thông tin
4©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Mục ₫ích phân cấp
ƒ Định nghĩa các cấp theo chức năng, không phụ thuộc lĩnh 
vực công nghiệp cụ thể. Mỗi cấp có chức năng và đặc thù
khác nhau
ƒ Với mỗi ngành công nghiệp, lĩnh vực ứng dụng có thể có các 
mô hình tương tự với số cấp nhiều hoặc ít hơn
ƒ Ranh giới giữa các cấp không phải bao giờ cũng rõ ràng. 
ƒ Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính 
chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh 
nhạy, thời gian phản ứng. 
ƒ Càng ở cấp trên quyết định càng quan trọng hơn, lượng 
thông tin cần trao đổi và xử lý càng lớn hơn.
ƒ Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế hệ thống
5©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
2.3 Cấu trúc vào/ra
I/O: input/outputA: actuator S: sensor
A S A S A S
HIỆN TRƯỜNG
MTĐK
I/O
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
A S A S A S
a) Vào/ra tích hợp
MTĐK
I/O
4-20mA
0-10V
...
4-20mA
0-10V
...
b) Vào/ra kiểu module
Î Nối dây truyền thống
Vào/ra tập trung (central I/O)
6©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Vào/ra phân tán (distributed I/O)
S AS A
MTĐK
Compact I/O
S A
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
S A S AS A
Modular I/O
Î Ưu điểm nhiều, song vẫn còn nối dây truyền thống
Còn gọi là vào/ra từ xa (remote I/O)
7©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Vào/ra phân tán với bus trường chuẩn
ƒ Tiết kiệm chi phí dây dẫn và công lắp đặt: Từ bộ điều khiển
xuống tới các vào/ra phân tán chỉ cần một đường truyền
duy nhất.
ƒ Cấu trúc đơn giản: Thiết kế và bảo trì hệ thống dễ dàng
hơn.
ƒ Tăng độ tin cậy của hệ thống: 
— Truyền kỹ thuật số => hạn chế lỗi được hạn chế
— Nếu có lỗi truyền thông cũng dễ dàng phát hiện nhờ các biện
pháp bảo toàn dữ liệu của hệ bus.
ƒ Tăng độ linh hoạt của hệ thống: 
— Tự do hơn trong lựa chọn các thiết bị vào/ra
— Tự do hơn trong thiết kế cấu trúc hệ thống. 
— Khả năng mở rộng dễ dàng hơn
ƒ Vào/ra phân tán không nhất thiết phải đặt gần tại hiện
trường (chỉ lợi dụng ưu điểm cuối cùng)
8©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Thiết bị thường và thiết bị bus trường
D
A
D
A
µP
D
A
Sensor
MT điều khiển
Thiết bị thông thường
4-20mA
D
A
BI
µP
BI
Sensor
MT điều khiển
Thiết bị bus trường
Bus trường
bus 
interface
9©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Vào/ra trực tiếp với thiết bị bus trường
ƒ Cấu trúc đơn giản, dễ thiết kế và lắp đặt
ƒ Giảm chi phí cáp truyền, các khối vào/ra và các phụ kiện
khác
ƒ Giảm kích thước tủ điều khiển
ƒ Đưa vào vận hành và khả năng chẩn đoán các thiết bị trường
qua mạng một cách dễ dàng.
ƒ Khả năng tích hợp các chức năng điều khiển tự động xuống
các thiết bị trường => trí tuệ phân tán (distributed intelligence)
MTĐK
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
S AS AS AS A S AS A
10
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
2.4 Cấu trúc ₫iều khiển
Dây chuyền 1
S AS A
Dây chuyền 2
S AS A
Dây chuyền n
S AS A
MTĐK
I/O
MTĐK
I/O
MTĐK
I/O
Điều khiển cục bộ/₫iều khiển song song
11
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Điều khiển tập trung (centralized control)
Nối dây truyền thống
A
Phân đoạn 1
S A S A S
Phân đoạn 2 Phân đoạn n
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
MTĐK
I/O
12
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Điều khiển tập trung
Sử dụng bus trường
MTĐK
I/O
S A
I/O
S A
I/O
S A
S A S A
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
13
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Điều khiển phân tán (distributed control
bus hệ thống
A
Phân đoạn 1
A A
Phân đoạn 2 Phân đoạn n
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN 
TRUNG TÂM 
HIỆN TRƯỜNG
TRẠM ĐK CỤC BỘ
S S S
MTĐK 1 MTĐK 2 MTĐK n
MTGS MTGS
14
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
Điều khiển phân tán sử dụng bus trường
Phân đoạn 1
MTĐK 1
MTGS MTGS
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN 
TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
bus hệ thống
TRẠM ĐIỀU KHIỂN 
CỤC BỘ
I/O
S A
bus trường
Phân đoạn 2
MTĐK 2
A
Phân đoạn n
MTĐK n
I/O
S A
bus trường
bus trường
S
15
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 2: Kiến trúc hệ thống © 2005 - HMS
2.3 Cấu trúc ₫iều khiển giám sát
Control 
Station 1
OS/ES
SYSTEM BUS
Control 
Station 2
Control 
Station 1
OS
SYSTEM BUS
Control 
Station 2
Control 
Station 3
OS ES
Control 
Station 1
SYSTEM BUS
Control 
Station 2
Control 
Station 3
ESOS OS
Control 
Station 1
OS
SYSTEM BUS
Control 
Station 2
Control 
Station 3
OS
ES
OS
TERMINAL BUS
SERVER