PCS7 Siemens: Hệ thống điều khiển

Đoạn văn này giới thiệu hệ thống điều khiển quá trình PCS7 của Siemens như một giải pháp phổ biến và đáp ứng đầy đủ các tính năng của một hệ thống điều khiển hiện đại. Nhu cầu tự động hóa trong sản xuất ngày càng tăng, đòi hỏi chất lượng sản phẩm cao hơn, giá thành thấp hơn và khả năng đồng đều sản phẩm tốt hơn. PCS7 nổi bật nhờ khả năng đáp ứng những yêu cầu này. Hệ thống được xây dựng trên nền tảng phần cứng và phần mềm của Siemens, tạo nên sự thống nhất, đồng bộ và xuyên suốt trong toàn bộ hệ thống. Sự đa dạng của các sản phẩm Siemens góp phần làm cho PCS7 ngày càng phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, ở nhiều quy mô khác nhau. Điều này chứng tỏ sự hiệu quả và tính linh hoạt của PCS7 trong việc đáp ứng nhu cầu đa dạng của các nhà sản xuất.

Thông qua trạm ES, các phần tử trong hệ thống PCS7 như động cơ, van, và bộ điều khiển được mô phỏng trực quan trên phần mềm. Điều này giúp kỹ sư công nghệ dễ dàng hiểu rõ hoạt động của hệ thống mà không cần kinh nghiệm sâu rộng về lập trình. PCS7 được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu chính như: thiết lập hệ thống hoạt động liên tục, giám sát và điều chỉnh quá trình hoạt động, và nâng cấp hệ thống. Người dùng có thể tham gia thiết lập hệ thống thông qua các phần mềm CAD hoặc CAE, tạo thuận lợi cho các kỹ sư công nghệ, kỹ sư quản lý quá trình hoặc quản lý sản xuất trong việc lập kế hoạch. Trạm điều khiển trung tâm thường được cấu hình bằng PLC S7-400, đặc biệt là S7-400H, với khả năng dự phòng tự động, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho hệ thống.

SIMATIC Manager đóng vai trò quan trọng trong việc lập trình và cấu hình hệ thống PCS7. Phần mềm này cho phép tạo lập hoặc mở các tập tin cấu hình, cung cấp thư viện các trạm PLC phục vụ cho việc thiết lập các thành phần của PCS7. Hệ thống hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn IEC 1131, bao gồm Continous Function Chart (CFC) cho các hàm liên tục, Sequential Function Chart (SFC) cho các quá trình tuần tự, và Technological hierarchy (TH) hiển thị cấu trúc hệ thống theo thứ tự các phần tử. Việc sử dụng các ngôn ngữ lập trình trực quan này giúp đơn giản hóa quá trình lập trình, kiểm tra và điều chỉnh hệ thống, làm cho PCS7 dễ dàng sử dụng và bảo trì hơn.

Phần này nhấn mạnh vai trò quan trọng của thiết bị trường trong hệ thống PCS7. Thiết bị trường là bộ phận trực tiếp tương tác với quá trình công nghệ, thực hiện các nhiệm vụ đo đạc, lấy thông số trạng thái hoạt động của máy móc, đánh giá chất lượng sản phẩm và truyền dữ liệu về bộ điều khiển. Thông tin này được sử dụng để quản lý và điều chỉnh quá trình sản xuất một cách chính xác và hiệu quả. Thiết bị trường đóng vai trò then chốt trong việc thu thập dữ liệu thời gian thực, phản ánh chính xác tình trạng hoạt động của toàn bộ hệ thống. Vì vậy, độ chính xác, độ tin cậy và tốc độ phản hồi của thiết bị trường là yếu tố quyết định đến hiệu quả của toàn bộ quá trình tự động hóa.

SIMATIC PDM (Process Device Manager) được giới thiệu là một phần mềm quan trọng trong việc quản lý và cấu hình thiết bị trường trong hệ thống PCS7. Phần mềm này cho phép thiết lập cấu hình phần cứng, đặt thông số, khảo sát các thiết bị trường thông minh và kết nối chúng với trạm PCS7. SIMATIC PDM giúp giảm chi phí đầu tư bằng cách cho phép thiết lập nhiều thiết bị trường trên giao diện máy tính. Phần mềm này có khả năng hoạt động độc lập trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Windows 95/98, Windows NT/2000, hoặc các thiết bị lập trình chuyên dụng. Một ưu điểm nổi bật của SIMATIC PDM là việc hiển thị thông số giống nhau đối với mọi loại thiết bị, bất kể giao diện truyền thông PROFIBUS DP/PA, giúp đơn giản hóa quá trình quản lý và vận hành.

Phần này tập trung vào DP/PA Link, một hình thức liên kết giữa thiết bị trường và modul PA với mạng công nghiệp thông qua Profibus DP. Liên kết này cần sử dụng một hoặc hai modul giao diện IM 157 để cung cấp cổng vào từ hệ thống Profibus DP Master đến Profibus PA. Phần mềm Step7 V5.2 được sử dụng để định hình kết nối này, trong khi Simatic PDM hỗ trợ thiết lập thông số của thiết bị trường thông qua thiết bị lập trình hoặc PC. Profibus DP đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu từ thiết bị trường đến trung tâm điều khiển, đảm bảo sự liên lạc thông suốt giữa các thành phần của hệ thống. Việc sử dụng Profibus DP góp phần tăng hiệu quả và tính ổn định của hệ thống tự động hóa.

Đoạn văn này định nghĩa mạng công nghiệp là hệ thống mạng truyền thông số, truyền nối tiếp dùng để kết nối các thiết bị công nghiệp. Nó cho phép liên kết mạng ở nhiều hình thức, từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành đến máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, và máy tính quản lý. Tài liệu đề cập đến 4 cấp mạng truyền thông: cấp mạng công ty, cấp mạng xí nghiệp, cấp bus hệ thống (bus quá trình), và cấp bus trường (bus thiết bị). Mỗi cấp có chức năng khác nhau và yêu cầu về thời gian thực cũng khác nhau. Cấp dưới đòi hỏi tính thời gian thực cao, trong khi cấp trên cần xử lý lượng thông tin lớn hơn. Sự phân cấp này phụ thuộc vào mức độ tự động hóa và cấu trúc hệ thống cụ thể.

Mạng công ty đóng vai trò đường cao tốc thông tin, kết nối các máy tính văn phòng, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hàng (thư viện điện tử, email, hội thảo từ xa...). Mạng này đòi hỏi tốc độ, an toàn và độ tin cậy cao (Fast-Ethernet, FDDI, ATM). Mạng xí nghiệp kết nối máy tính cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát, xử lý lượng thông tin lớn về trạng thái làm việc, số liệu thống kê sản xuất. Bus hệ thống (Ethernet công nghiệp) kết nối máy tính điều khiển và máy tính cấp giám sát, cho phép phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình. Ở cấp bus hệ thống, phạm vi chức năng và dịch vụ quan trọng hơn thời gian phản ứng (Ethernet, PROFIBUS-FMS, Modbus). Bus trường (bus thiết bị) chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển và quyết định điều khiển xuống cơ cấu chấp hành, đòi hỏi tính thời gian thực cao (0.1-vài mili giây).

Fieldbus là thuật ngữ chung cho nhiều giao thức mạng công nghiệp khác nhau, với tốc độ truyền dữ liệu từ 500Kbps đến 12Mbps. DeviceNet được sử dụng để nối mạng các thiết bị ở cấp chấp hành, với phương thức giao tiếp chủ-tớ, cấu hình mạng đường trục hoặc đường nhánh (tối đa 64 trạm). Profibus, được chuẩn hóa trong DIN 19245, là hệ thống bus trường nhiều chủ, cho phép kết nối nhiều thiết bị điều khiển và giám sát cùng hoạt động trên mạng bus. Tài liệu mô tả chi tiết Profibus-FMS (giao tiếp hướng đối tượng Client/Server) và Profibus DP (truyền thông nối tiếp tốc độ cao, chủ/tớ), nhấn mạnh vào các đặc điểm kỹ thuật, phương thức truy nhập bus, và môi trường truyền dẫn (đôi dây xoắn). AS-Interface (AS-I) cũng được đề cập như một lựa chọn mạng cấp trường.

Phần kết luận khẳng định đồ án đã hoàn thành tốt các yêu cầu đề ra trong thời gian quy định. Tác giả bày tỏ sự cảm ơn đến các thầy cô hướng dẫn tại Đại học Hàng Hải và Đại học Dân lập Hải Phòng, cụ thể là Ths. Đặng Hồng Hải (Đại học Hàng Hải) và các thầy cô khoa Điện - Điện tử (Đại học Dân lập Hải Phòng). Đồ án đã thực hiện được các công việc nghiên cứu về hệ thống SIMATIC PCS7, bao gồm tổng quan về hệ thống, cấu trúc và hoạt động, cũng như các mạng truyền thông liên quan. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và kiến thức, một số phần chưa được nghiên cứu sâu rộng, đặc biệt là phần mềm.

Phần này nhấn mạnh ưu điểm của hệ thống SIMATIC PCS7. Hệ thống cung cấp hỗ trợ tốt nhất cho việc cấu hình hệ thống tự động hóa quá trình. Việc sử dụng các công nghệ phổ biến và được chuẩn hóa quốc tế giúp PCS7 có khả năng phối hợp với các hệ thống và thiết bị khác một cách dễ dàng và linh hoạt, không bị hạn chế về quy mô. Điều này cho thấy tính mở rộng và khả năng thích ứng cao của hệ thống với nhiều ứng dụng khác nhau. Sự thống nhất và đồng bộ trong hoạt động của các thành phần là một trong những ưu điểm nổi bật, giúp tối ưu hiệu quả hoạt động của hệ thống.