Bài giảng Đo lường và tự động hóa - Chương 4: Các hệ thống điều khiển công nghiệp

14.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo
Công nghiệp xử lý, chế biến
 Nguyên vật liệu: khí; lỏng; bột
Công nghiệp gia công, chế tạo
 Nguyên vật liệu: riêng lẻ; độc lập;
Các hoạt động điển hình trong sản xuất công nghiệp
1LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
Một số công việc theo các cấp độ tự động hóa trong sản xuất
4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo
2LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
Thông số đầu vào & biến đầu ra
4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo
3LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
Xác định thông số đầu vào & biến đầu ra của các cụm chức năng
4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo
4LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
Tín hiệu liên lục:
 Không được ngắt quãng trong quá trình xử lý
 Thường là tín hiệu tương tự (analog) nằm trong khoảng xác định.
 Là biến đầu ra tín hiệu liên tục trong cả quá trình sản xuất công
nghiệp xử lý và công nghiệp chế tạo
 Ví dụ biến đầu ra: lực; nhiệt độ; lưu lượng; áp suất; vận tốc.
Thông số đầu vào & biến đầu ra
Tín hiệu rời rạc:
 Thường ở dạng nhị phận (binary) (ON hoặc OFF)
 Ví dụ: công tắc hành trình; on/off động cơ; có hay không có chi tiết
gia công; chuỗi on/off = pulse
4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo
5LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
So sánh phương pháp điều khiển liên tục và điều khiển rời rạc
6LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
74.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
Trong hệ thống điều khiển liên tục, giá trị biến đầu ra (output)được duy trì
tại giá trị mong muốn bằng cách sử dụng phương pháp điều khiển
vòng lặp (feedback).
4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục
Điều khiển biến đầu ra của quy trình phản ứng
phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và lưu lượng của
các chất phản ứng.
Điều khiển vị trí của chi tiết gia công trong
nguyên công phay bề mặt (vị trí thay đổi theo thời
gian).
Một số ví dụ:
7LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục
Kỹ thuật điều khiển điều chỉnh (Regulatory control)
8LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục
Kỹ thuật điều khiển sớm (Feedforward control)
9LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục
Kỹ thuật điều khiển tối ưu (Steady-State Optimization)
10LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
11
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục
Kỹ thuật điều khiển thích nghi (Adaptive control)
11LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
Trong hệ thống điều khiển rời rạc, thông số đầu vào và biến đầu ra của hệ
thống thay đổi một cách rời rạc và được sắp đặt theo lưu trình sản xuất.
Thường có 02 loại hệ thống điều khiển rời rạc sau:
- Hệ thống điều khiển lưu trình theo sự kiện (trạng thái): bộ điều
khiển thực hiện các tác động theo sự thay đổi trạng thái của các sự
kiện.
- Hệ thống điều khiển lưu trình theo thời gian: hệ thống điều khiển
thực hiện các tác động tại các thời điểm xác định hoặc sau một
khoảng thời gian công tác.
4.2.2 Hệ thống điều khiển rời rạc
12LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
Hệ thống điều khiển lưu trình theo sự kiện
4.2.2 Các hệ thống điều khiển rời rạc
Sự kiện: xuất hiện phôi trên
bàn gá
13LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
Hệ thống điều khiển lưu trình theo sự kiện
4.2.2 Các hệ thống điều khiển rời rạc
Sự kiện: sự thay đổi
mức hạt nhựa trong
phễu
Sự kiện: sự xuất hiện
của sản phẩm
14LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục
Hệ thống điều khiển lưu trình theo thời gian
4.2.2 Các hệ thống điều khiển rời rạc
Thời gian: Quy trình nhiệt
luyện có sự thay đổi nhiệt
độ theo thời gian
15LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
Điều khiển bằng máy tính nhằm giao tiếp & tương tác với quá trình dựa
trên thời gian thực và việc điều khiển theo thời gian thực phải đáp ứng
quá trình trong thời gian ngắn nhất để việc thực hiện quá trình không bị
suy biến.
Các yếu tố ảnh hưởng đến việc điều khiển quá trình sản xuất bằng máy
tính theo thời gian thực:
 Tốc độ CPU và tính tương thích của hệ thống điều khiển
 Khả năng của hệ thống điều khiển
 Phần mềm
 Số lượng các biến input/output
4.3.1 Các yêu cầu điều khiển
16LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
1. Ngắt quá trình: hệ thống điều khiển ngắt (tạm ngừng) việc thực thi quá
trình hiện tại để thực hiện quá trình có tính ưu tiên cao hơn.
2. Thực hiện các tác động theo thời gian: hệ thống điều khiển thực hiện
các tác động tại từng thời điểm xác định. Ví dụ:
- Quét giá trị cảm biến tại từng khoảng thời gian lấy mẫu
- ON/OFF động cơ tại thời điểm xác định trong chu kỳ gia công.
- Hiển thị dự liệu lên bảng điều khiển tại các thời điểm xác định
- Tính toán tối ưu hóa các thông số của quá trình tại thời điểm xác
định
4.3.1 Các yêu cầu điều khiển
17LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
3. Máy tính truyền tín hiệu điều khiển tới quá trình
4. Trạng thái kích hoạt hệ thống và chương trình
Trạng thái kích hoạt hệ thống: truyền thông giữa các máy tính
và thiết bị ngoại vi; tín hiệu feedback; lệnh điều khiển.
Trạng thái kích hoạt chương trình: thực hiện các tác động
không liên quan đến quá trình như in, hiển thị.
Lưu ý: sự kiện kích hoạt hệ thống và chương trình có mức độ ưu
tiên thấp hơn sự kiện ngắt; lệnh tới quá trình; và sự kiện kích hoạt
theo thời gian.
4.3.1 Các yêu cầu điều khiển
18LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
5. Tác động bởi nhân viên vận hành gồm: (1) nạp chương trình mới; (2)
hiệu chỉnh chương trình; (3) nhập dữ liệu khách hàng, số dơn đặt
hàng, khởi tạo dòng lệnh cho việc thực hiện sản xuất; (4) yêu cầu dữ
liệu quá trình; (5) dừng khẩn cấp
4.3.1 Các yêu cầu điều khiển
19LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
a. Lấy mẫu: xác định trạng thái của quá trình tại từng thời điểm thông qua
các việc lấy mẫu các thông số của quá trình
Tần số: thể hiện thời gian giữa 02 lần lấy mẫu
Trình tự: thứ tự các thông số được lấy trong quá trình.
Phương thức:
- thu thập dữ liệu mới từ tất cả các cảm biến trong từng chu kỳ lấy
mẫu
- chỉ cập nhật vào hệ thống các dữ liệu có sự thay đổi khi lấy mẫu.
- thực hiện việc lấy mẫu có ưu tiên (high-level; low-level) hoặc có điều
kiện
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
20LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
b. Khóa lẫn: là kỹ thuật bảo vệ an toàn cho hệ thống khi thực hiện tuần tự
các công đoạn. Nó đảm bảo chắc chắn rằng công đoạn hiện tại được
hoàn thành trước khi thực hiện công đoạn tiếp theo.
Có 02 loại khóa lẫn: khóa lẫn đầu vào & khóa lẫn đầu ra
Khóa lẫn đầu vào thực hiện do tín hiệu nhận từ các thiết bị ngoại vi (cảm
biến, công tắc hành trình.) gửi tới bộ điều khiển và thực hiện một trong
các trường hợp sau:
- Tiếp tục thực hiện chu kỳ làm việc.
- Ngắt việc thực hiện chu kỳ làm việc.
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
21LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
b. Khóa lẫn
Khóa lẫn đầu ra là tín hiệu gửi từ bộ điều khiển tới các thiết bị ngoại vi để
điều khiển hoạt động của các thiết bị này. Ví dụ, bộ điều khiển gửi tín hiệu
đến thiết bị sản xuất để bắt đầu chu kỳ gia công sau khi chi tiết đã được
gá lắp.
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
22LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
c. Ngắt
Cho phép tạm dừng chu kỳ hiện tại để thực hiện công đoạn có mức ưu
tiên cao hơn.
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
23LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
c. Ngắt
Ngắt đơn cấp (single-level interrupt system)
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
24LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
c. Ngắt
Ngắt đa cấp (multilevel interrupt system)
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
25LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
d. Tác động ngoại vi
Tác động ngoại vi có thể được thực hiện thông qua việc lấy mẫu thông số
quá trình hoặc dựa vào tín hiệu ngắt. Thường được thực hiện trong các
trường hợp sau:
- Chất lượng sản phẩm
- Biến đầu ra của quá trình có sự khác thường.
- Nguyên liệu đầu vào sắp hết.
- Các trường hợp gây nguy hiểm.
- Bộ điều khiển vận hành sai.
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
26LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính
Sơ đồ cấp độ điều khiển
quá trình theo cấp độ tự
động hóa trong nhà máy
4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính
27LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) 
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP