Hệ thống điều khiển là một phần không thể thiếu, được sử dụng đa dạng trong đời sống và sản xuất thực tiễn hiện nay. Cùng tìm hiểu về hệ thống điều khiển nói chung và hệ thống điều khiển công nghiệp nói riêng, phân loại cùng các chức năng qua bài viết sau.
1. Hệ thống điều khiển là gì
Khái niệm “hệ thống” được định nghĩa là một tập hợp các phần tử vật lý được sắp xếp, kết nối theo một thể để có thể hoạt động đồng bộ và thực hiện các tác vụ.
Trong khi đó, “điều khiển” đề cập đến sự điều chỉnh, chỉ đạo và thực hiện các lệnh hoặc tác vụ. Do đó, hệ thống điều khiển là một hệ thống được thiết kế để tự điều chỉnh, định hướng và thực hiện các tác vụ cho chính nó hoặc cho các hệ thống khác.
Hình thức phổ biến nhất của hệ thống điều khiển là hệ thống điều khiển phản hồi. Nó hoạt động để điều khiển một quá trình và tạo ra đầu ra mong muốn. Đầu ra của nó sẽ được điều chỉnh theo tín hiệu điều khiển, có thể là giá trị cố định hoặc giá trị thay đổi.
Hệ thống điều khiển mà không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khiển được gọi là điều khiển tự động.
2. Phân loại hệ thống điều khiển hiện nay
2.1 Hệ thống điều khiển vòng hở
Trong hệ thống này, bộ điều khiển độc lập được sử dụng để thực hiện hành động điều khiển đến “đầu ra của quá trình”. Ví dụ, khi sử dụng một bộ điều khiển độc lập để điều khiển một nồi hơi sưởi ấm trung tâm, nhiệt lượng được cung cấp trong một khoảng thời gian nhất định mà không phụ thuộc vào nhiệt độ của tòa nhà.
2.2 Hệ thống điều khiển vòng kín
Trong hệ thống này, hành động điều khiển phụ thuộc vào giá trị đầu ra mong muốn và giá trị đầu ra thực tế của quá trình, được điều khiển bởi bộ điều khiển. Ví dụ, trong trường hợp nồi hơi sưởi ấm, bộ điều khiển sử dụng bộ điều khiển nhiệt để theo dõi nhiệt độ của tòa nhà và phản hồi lại tín hiệu để duy trì đầu ra của bộ điều khiển, đảm bảo nhiệt độ của tòa nhà đạt giá trị mong muốn được thiết lập trên bộ điều khiển nhiệt.
2.3 Hệ thống điều khiển logic
Hệ thống điều khiển logic cho các máy móc công nghiệp và thương mại ban đầu được triển khai bằng cách sử dụng rơ le kết nối với nhau và được thiết kế bằng ladder logic. Tuy nhiên, ngày nay hầu hết các hệ thống này được xây dựng bằng các bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) hoặc các vi điều khiển. Mặc dù ký hiệu của ladder logic vẫn được sử dụng như một ngôn ngữ lập trình cho PLC.
2.4 Hệ thống điều khiển on – off
Một bộ điều khiển nhiệt là một bộ điều khiển phản hồi âm đơn giản: khi nhiệt độ nằm dưới điểm đặt, lò sưởi sẽ được bật nguồn.
2.5 Hệ thống điều khiển tuyến tính
Hệ thống điều khiển tuyến tính sử dụng phản hồi âm tuyến tính để tạo ra một tín hiệu điều khiển toán học dựa trên các biến khác, nhằm duy trì quá trình điều khiển trong một phạm vi hoạt động chấp nhận được.
3. Hệ thống điều khiển công nghiệp ICS là gì?
ICS (Industrial Control System) là thuật ngữ để chỉ một tập hợp các hệ thống điều khiển và các công cụ liên quan được sử dụng để vận hành và tự động hóa các quy trình công nghiệp. Đây là một hệ thống phức tạp, bao gồm tất cả các thiết bị, hệ thống, mạng và điều khiển có liên quan để giúp quản lý và kiểm soát các hoạt động sản xuất.
ICS được xây dựng để quản lý các tác vụ điện tử một cách hiệu quả. Các hệ thống này có thể được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm sản xuất, năng lượng, dầu khí, hóa chất và nhiều ngành công nghiệp khác.
4. Các loại hệ thống điều khiển công nghiệp
4.1 Hệ thống kiểm soát giám sát và thu nhập dữ liệu – SCADA
Hệ thống điều khiển công nghiệp này không cung cấp cho người dùng quyền kiểm soát đầy đủ. Thay vào đó, nó tập trung vào việc cho phép người dùng kiểm soát ở mức độ giám sát.
Hệ thống SCADA bao gồm nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm bộ điều khiển logic lập trình (PLC) và các mô-đun phần cứng thương mại được phân phối ở nhiều vị trí khác nhau. Chúng thu thập và truyền dữ liệu và có các giao diện HMI giữa người-máy tích hợp cho phép người dùng giám sát và kiểm soát đầu vào và đầu ra của quy trình.
4.2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS
Hệ thống điều khiển sản xuất được quản lý tại một địa điểm duy nhất bằng DCS. Bằng cách gửi điểm đặt đến bộ điều khiển, DCS chỉ đạo van hoặc bộ truyền động để hoạt động trong khi vẫn duy trì giá trị mong muốn.
Điểm đặt là giá trị mong muốn hoặc giá trị mục tiêu cho một biến hoặc giá trị quá trình quan trọng của DCS. Mỗi bộ điều khiển DCS sử dụng một vòng điều khiển giám sát tập trung để quản lý một số bộ điều khiển cục bộ hoặc thiết bị là một phần của quy trình sản xuất tổng thể.
DCS cung cấp dữ liệu sản xuất và vận hành cho các ngành công nghiệp để giảm thiểu tác động của lỗi đơn lẻ lên hệ thống điều khiển tổng thể.
4.3 Thiết bị điện tử thông minh (IED)
IED là một thiết bị điện tử thông minh được thiết kế cho nhiều mục đích, bao gồm truyền thông, đo lường, giám sát và điều khiển điện năng. Chúng được tích hợp vào các cấu trúc ICS để tạo ra các khả năng tự động hóa điện năng phức tạp. IED thường là các thành phần điện tử với bộ xử lý, chẳng hạn như bộ điều khiển mạch và thiết bị điều chỉnh.
Các thiết bị này có khả năng giao tiếp thông qua nhiều giao thức khác nhau, chẳng hạn như Ethernet thời gian thực hoặc Fieldbus – một phương pháp giao tiếp kỹ thuật số. IED được sử dụng trong nhiều quy trình và hệ thống điều khiển công nghiệp như DCS và SCADA.
4.4 Bộ điều khiển tự động hóa có thể lập trình PLC
PLC là một hệ thống điều khiển chắc chắn với cấu trúc trạng thái rắn và nhiều tính năng đặc biệt. Điều khiển I/O, điều khiển PID, cơ chế số học, đếm và định thời và điều khiển tuần tự là một số tính năng tiêu biểu của PLC.
Bộ điều khiển tự động có thể lập trình PLC được thiết kế để có khả năng chống chọi với các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao hoặc thấp, độ ẩm cao, tiếng ồn điện và rung động mạnh. Chúng được sử dụng để giám sát và điều khiển các bộ truyền động và cảm biến trong quá trình sản xuất.
So với các hệ thống máy tính và bộ xử lý thông thường, PLC nổi bật vì có khả năng quản lý một lượng lớn các thiết bị I/O. Ngoài ra, chúng có giao diện lập trình trực quan giúp người dùng dễ dàng lập trình và cấu hình.
4.5 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
4.6 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 hệ thống tự động hóa được sử dụng để điều khiển và giám sát các quá trình sản xuất trong công nghiệp.
IACS bao gồm một loạt các thiết bị điện tử và phần mềm, cho phép nó theo dõi và điều khiển các quá trình thông qua các cảm biến và thiết bị đo lường, chuyển đổi các tín hiệu điều khiển và thông tin qua lại giữa các thiết bị khác nhau, và thực hiện các chức năng điều khiển tự động.
IACS được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ chính xác của các quy trình sản xuất, giảm thiểu sự cố và tăng độ an toàn trong quá trình sản xuất.
