1

HÖ THèNG §iÒu khiÓn Tù §éng ho¸

qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

GS. TS. NGUYỄN CÔNG HIỀN

TS. VÕ VIỆT SƠN

ðại học Bách khoa Hà nội

MỞ ðẦU

Nửa cuối của thế kỷ 20 nhân loại chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của

khoa học kỹ thuật. Thừa hưởng những thành tựu to lớn của công nghệ ñiện

tử, công nghệ máy tính và công nghệ thông tin, công nghệ tự ñộng hoá ñã có

bước phát triển nhảy vọt. Nếu như trước kia người ta chỉ thực hiện ñược tự

ñộng hoá từng máy riêng rẽ thì ngày nay người ta thực hiện tự ñộng hóa cả

quá trình công nghệ và cao hơn nữa tự ñộng hoá cả quá trình sản xuất ñồng

thời trình ñộ tự ñộng hoá ñã có sự thay ñổi về chất. Trong hệ thống ñiều

khiển tự ñộng hoá quá trình công nghệ ( ðK TðH QTCN ) con người là một

khâu quan trọng của hệ thống, giữa người và quá trình công nghệ luôn luôn

có sự trao ñổi thông tin với nhau. Hệ thống ðK TðH QTCN ñã ñem lại hiệu

quả to lớn : nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất lao ñộng và hạ giá

thành sản phẩm. Vì vậy ngày nay hệ thống ðK TðH QTCN ngày càng ñược

ứng dụng rộng rãi.

Trong hệ thống sản xuất, ngoài quá trình công nghệ còn có các quá trình

ñiều hành sản xuất khác như : thiết kế sản phẩm, lập kế hoạch sản xuất, kế

2

hoạch vật tư, lao ñộng, kế toán tài chính, kinh doanh tiếp thị v.v..Ngày nay

nhờ ứng dụng máy tính mà hệ thống ñiều hành sản xuất này ñã ñược tự ñộng

hoá ở mức ñộ cao. Những hệ thống như vậy ñược gọi là hệ thống tự ñộng

hoá ñiều hành sản xuất ( TðH ðHSX ). Một cách ñơn giản người ta có thể

coi hệ thống ñiều khiển tự ñộng hóa quá trình sản xuất là hệ thống ñiều

khiển tự ñộng hoá quá trình công nghệ cộng với hệ thống tự ñộng hoá ñiều

hành sản xuất. Như vậy có thể viết Hệ TðH QTSX = Hệ TðH QTCN + Hệ

TðH ðHSX. Trong thực tế ranh giới giữa hai hệ trên không hoàn toàn tách

biệt mà có sự kết hợp hữu cơ vói nhau thành một thể thống nhất.

Trong giáo trình này, ba chương ñầu ñược dành ñể trình bày về hệ thống

TðH QTCN. Các vấn ñề cơ bản của hệ TðH QTCN như cấu trúc của hệ,

các hệ ñảm bảo, vai trò của con người và máy tính trong hệ v.v. ñược trình

bày chi tiết. Trên cơ sở ñó, chương thứ tư trình bày về hệ TðH QTSX như là

một bước phát triển cao của hệ thống sản xuất hiện ñại.

3

CHƯƠNG I

CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ðIỀU KHI ỂN TỰ ðỘNG

HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGH Ệ

I. MỞ ðẦU

1. Nhu cầu và hiệu quả của việc áp dụng hệ thống ñiều khiển tự ñộng

hoá quá trình công nghệ (ðK TðH QTCN).

Xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay là ứng dụng kỹ thuật

ñiện tử, kỹ thuật tin học, cơ khí chính xác ñể thực hiện tự ñộng hoá. Tự ñộng

hoá ñược áp dụng cho từng máy, tổ hợp máy ñến cả dây chuyền công nghệ,

cả nhà máy và tiến tới tự ñộng hoá cả một ngành sản xuất.

Trong qúa trình phát triển của tự ñộng hoá(TðH), lượng thông tin trao

ñổi giữa người với máy, giữa máy với máy không ngừng tăng lên. Ngày nay

ñể sản xuất một sản phẩm có chất lượng tốt người ta phải khống chế ñiều

chỉnh hàng chục hàng trăm thông số, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác nhau. ðể

ñiều khiển một phân xưởng một xí nghiệp hoạt ñộng nhịp nhàng, người ñiều

khiển quản lý hàng ngày hàng giờ phải thu thập và xử lý một lượng thông tin

rất lớn về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu thị trường, v.v… ðể ñiều khiển một

ngành sản xuất, ñể ra ñược các quyết ñịnh chính xác kịp thời thông thường

người ta phải xử lý qua nhiều cấp rất nhiều thông tin khác nhau. Nếu việc xử

lý các thông tin ñó không chính xác không kịp thời sẽ dẫn ñến quyết ñịnh sai

lầm gây tổn hại lớn cho sản xuất.

ðể thu thập, gia công, xử lý, truyền tải và tàng trữ thông tin thông thường

chúng ta phải sử dụng một bộ máy rất ñông người ñể ghi chép, thống kê, báo

cáo rất phức tạp nặng nề và chậm chạp.

4

Từ khi máy tính ra ñời, tình hình nói trên ñã thay ñổi cơ bản. Máy tính

ñược dùng như một thiết bị ñiều khiển vạn năng ñược ñặt trực tiếp trong dây

chuyền công nghệ ñể ñiều khiển các thông số kỹ thuật. Hơn thế nữa máy

tính còn ñược dùng trong hệ thống ñiều khiển, quản lý quá trình công nghệ,

quá trình sản xuất ñể thu thập xử lý một khối lượng lớn các thông tin kinh

tế-kỹ thuật nhằm trợ giúp con người ñiều khiển tối ưu quá trình sản xuất.

Như vậy nhờ có máy tính người ta ñã xây dựng các hệ thống ñiều khiển

(quản lý) tự ñộng quá trình công nghệ (sản xuất).

Nếu như cơ khí hoá giảm nhẹ sức lao ñộng chân tay của con người thì tự

ñộng hoá không những giảm nhẹ sức lao ñộng chân tay mà cả lao ñộng trí óc

của con người. ðiều này làm cho tự ñộng hoá trở thành ñặc trưng của nền

công nghiệp hiện ñại.

Các hệ thống ðK TðH QTCN ñã ñưa lại hiệu quả kinh tế xã hội rõ rệt:

nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao ñộng, hạ giá thành sản

phẩm, sử dụng hợp lý nguyên liệu và năng lượng, giảm số người không trực

tiếp sản xuất. v.v.

Do tính hiệu quả của nó nên ngày nay hệ thống ðK TðH QTCN ñã ñược

ứng dụng vào hầu hết các lĩnh vực kinh tế quốc dân. Nhờ thừa hưởng ñược

các tiến bộ kỹ thuật về ñiện tử, tin học, tự ñộng, máy tính.v.v. các hệ thống

ðK TðH QTCN ngày càng ñảm nhiệm ñược nhiều chức năng nhưng kích

thước ngày càng gọn nhẹ và vận hành thuận tiện.

5

CÊp 3

CÊp 2

CÊp 1

CÊp 0

Supervisory controlmanagement systemHÖ §K T§H QTSX

Central computerSupervision

Process controlHÖ §K T§H QTCN

Local controlHÖ §KT§

ControllersPIDPLC

Individual controlC¬ cÊu chÊp hµnh ,

®iÒu khiÓn

Sensors measurementactuators, motors,

relay, valves

ComputersTerminals

QTCN- PROCESS

H×nh 1.1 CÊu tróc ph©n cÊp cña hÖ ®iÒu khiÓn

2. ðịnh nghĩa- Phân loại hệ thống ðK TðH QTCN

Các hệ thống ñiều khiển có thể ñược cấu trúc theo tháp hình nón và phân

ra làm 4 cấp như Hình 1-1. Cấu trúc như vậy ñược gọi là cấu trúc phân cấp.

- Quá trình công nghệ( QTCN- Process) là ñối tượng ñiều khiển, có thể

là một máy sản xuất hay một tập hợp máy sản xuất nhằm hoàn thành

một nhiệm vụ sản xuất ñịnh trước.

- Cấp 0 (Individual control) là cấp tiếp xúc giữa hệ ñiều khiển và

QTCN. Ở ñây có các cảm biến, các thiết bị ño dùng ñể thu nhận các

tin tức từ QTCN. Ở cấp này còn có các cơ cấu chấp hành, rơ le, ñộng

cơ, van, kích .v.v dùng ñể nhận thông tin ñiều khiển và chấp hành các

lệnh ñiều khiển.

6

- Cấp 1 là cấp ñiều khiển cục bộ (local control). Ở ñây thực hiện việc

ñiều khiển từng máy, từng bộ phận của QTCN. Các hệ thống ñiều

khiển tự ñộng (ðKTð) nhận thông tin của QTCN ở cấp 0 và thực hiện

các thao tác (operation, monitoring) tự ñộng theo chương trình của

con người ñã cài ñặt sẵn. Một số thông tin về QTCN và kết qủa của

việc ñiều khiển sẽ ñược chuyển lên cấp 2. Ớ cấp này thường ñặt các

bộ ñiều khiển PID, các controllers, hiện nay phổ biến dùng các bộ

ñiều khiển lập trình ñược PLC (Programable Logic Controller). PLC

ñược xây dựng trên cơ sở thiết bị vi xử lý (microprocessor) có các

cổng I/O analog và digital nên rất thuận tiện trong việc trao ñổi thông

tin giữa QTCN và máy tính. Nhờ có khả năng lập trình mà PLC có

tính mềm dẻo, có thể dùng vào các công nghệ khác nhau do ñó có thể

coi PLC là thiết bị ñiều khiển vạn năng.

- Cấp 2 là cấp ñiều khiển tự ñộng hoá quá trình công nghệ-ðK TðH

QTCN (Process Control). Ở cấp 2 có các máy tính (MT) hoặc mạng

máy tính. MT thu nhận các thông tin về QTCN (từ cấp 1 ñưa lên) xử

lý các thông tin ñó và trao ñổi thông tin với người ñiều khiển (NðK).

Thông qua MT, NðK có thể can thiệp vào QTCN, như vậy hệ ñiều

khiển ở ñây thuộc hệ người –máy.

- Cấp 3 là cấp ñiều khiển tự ñộng hoá quá trình sản xuất- ðK TðH

QTSX (Supervisory Control, Management system). Ở cấp 3 có các

trung tâm máy tính (TTMT). Ở ñây không những xử lý các thông tin

về quá trình sản xuất như tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài

chính, lực lượng lao ñộng, tình hình cung cầu trên thị trường .v.v.

Trung tâm máy tính xử lý một khối lượng thông tin lớn và ñưa ra

những giải pháp tối ưu ñể người ñiều khiển lựa chọn. Người ñiều

khiển có thể ra các lệnh ñể can thiệp sâu vào quá trình sản xuất thậm

7

chí thay ñổi mục tiêu của sản xuất. Cũng như hệ ðK TðH QTCN (ở

cấp 2) hệ thống ðK TðH QTSX là một hệ người –máy nhưng ở cấp

cao hơn, phạm vi ñiều khiển rộng hơn.

Những ñịnh nghĩa sau ñây giúp chúng ta phân biệt giữa các hệ ðKTð

và các hệ ðK TðH (QTCN hoặc QTSX).

- Hệ ðKTð (automatic control system) là hệ thực hiện các thao tác một

cách tự ñộng theo logic chương trình ñịnh trước (do con người ñặt

trước). Hệ làm việc không có sự can thiệp của con người. Con người

chỉ ñóng vai trò khởi ñộng hệ. Trong thực tế ñó là các bộ ñiều chỉnh,

các controllers PID, PLC, các mạch rơ le- contactơ làm việc ở cấp

ñiều khiển 1 trong sơ cấu trúc phân cấp của hệ ñiều khiển trên Hình

1.1. Con người chỉ có thể thay ñổi hành vi của hệ ðKTð bằng cách

cắt nó ra khỏi QTCN ñể thay ñổi cấu trúc hoặc nạp lại chương trình.

- Hệ ðK TðH (Process control system) là một hệ tự ñộng hoá quá trình

xử lý thông tin trong quá trình công nghệ hoặc quá trình sản xuất.

Trong hệ này con người là một khâu quan trọng của hệ. Thường

xuyên có sự trao ñổi thông tin giữa người và máy tính vì vậy hệ ðK

TðH thuộc hệ người máy. Con người làm việc ở những nơi quan

trọng như hoạch ñịnh mục tiêu hoạt ñộng của hệ và ra các quyết ñịnh

quan trọng ñảm bảo hệ ñi ñúng mục tiêu ñã ñịnh. Trong thực tế ñó là

các hệ ðK TðH QTCN và ðK TðH QTSX làm việc ở cấp ñiều khiển

2 và 3 trong sơ ñồ cấu trúc phân cấp của hệ ñiều khiển trên Hình 1-1.

Thực chất của vấn ñề ñiều khiển là quá trình thu thập, lựa chọn, xử lý,

lưu trữ và truyền ñạt thông tin ñiều khiển.Trước ñây việc xử lý thông tin nêu

trên (ứng với cấp 2, cấp 3 ở Hình 1-1) do con người ñảm nhiệm, xem Hình

1-2. Ngày nay các hệ ðK TðH QTCN (QTSX) ñảm nhiệm việc tự ñộng hoá

quá trình xử lý thông tin nói trên, xem Hình 1-3. Trong các hệ này con người

8

ñóng vai trò quan trọng ở những khâu then chốt của hệ. Máy tính ñảm nhiệm

việc xử lý các thông tin của quá trình công nghệ sau ñó trao ñổi thông tin ñã

xử lý với con người. Con người sau khi xử lý thông tin sẽ ñưa ra các quyết

ñịnh, các thông tin ñiều khiển có tính chiến lược.Máy tính trực tiếp ñưa ra

các thông tin có tính chiến thuật ñể ñiều khiển QTCN.

Phân loại các hệ thống ñiều khiển tự ñộng hoá

Theo phạm vi ñiều khiển các hệ ðK TðH có thể ñược phân ra:

- Hệ thống ðK TðH QTCN (Process Control)-(cấp 2 trong Hình 1-1).

Hệ thống này ñược dùng ñể tự ñộng hoá việc ñiều khiển một quá trình

công nghệ nhất ñịnh nhằm ñiều khiển tối ưu các thông số kỹ thuật ñể có

ñược sản phẩm chất lượng cao. Tin tức ñược xử lý trong hệ ðK TðH

QTCN chủ yếu liên quan ñến các thông số kỹ thuật.

- Hệ thống ðK TðH QTSX (Supervisory control, Management system)

Các hệ thống này ñược dùng ñể tự ñộng hóa việc ñiều khiển quá trình sản

xuất. Hệ thống không những có khả năng giải các bài toán về công nghệ

như hệ ðK TðH QTCN mà còn giải các bài toán về kế hoạch sản xuất,

tài chính, cung ứng vật tư, lao ñộng, phân phối sản phẩm.v.v.

QTCN

NhiÔu

Th«ng tin®Çu vµo

Th«ng tin®iÒu khiÓn

H×nh 1.2: Qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin trong hÖ ®iÒu khiÓn th«ng th−êng

9

H×nh 1.3: Qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin trong hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸

QTCN

NhiÔu

Th«ng tin®5 xö lý

Th«ng tin§K chiÕn l−îc

MT

Th«ng tin§K chiÕn thuËt

Th«ng tinvÒ QTCN

§Çu vµo S¶n phÈm

Các hệ ðK TðH QTSX ứng với cấp 3 trong sơ ñồ hình 1-1

- Hệ thống ðK TðH ngành

Các hệ thống này ñược dùng ñể tự ñộng hoá việc ñiều khiển một ngành

kinh tế, phối hợp với việc lập kế hoạch sản xuất, ñiều khiển việc tổ chức

các bộ phận của ngành. Ví dụ hệ ðK TðH ngành như: hệ ñiều khiển hệ

thống ñiện, giao thông ñường thuỷ, ñường không, ñường sắt, ngành luyện

kim,chể tạo máy .v.v.

Theo nhiệm vụ và ñối tượng ñiều khiển các hệ ðK TðH có thể ñược

phân ra thành các hệ dùng trong công nghiệp, giao thông, y tế, tài chính,

quân sự, xã hội .v.v.

10

II. CẤU TRÚC CỦA HỆ ðK TðH QTCN

1. Cấu trúc hệ thống lớn - cấu trúc hệ con

Hệ ðK TðH QTCN thuộc loại hệ thống lớn có cấu trúc phức tạp. Hệ

thường ñược phân thành các hệ con và tổ chức theo kiểu phân cấp

(hierarchy).Các thông tin trước tiên ñược xử lý ở cấp dưới sau ñó ñược

truyền về các cấp cao hơn. Ở cấp trên, người ta ñiều khiển nhận các thông

tin ñã qua xử lý ở cấp dưới và các thông tin bổ xung ñể ñưa ra các quyết

ñịnh ñiều khiển.

Hệ ðK TðH QTCN có thể ñược phân thành các hệ con chức năng và hệ

con ñảm bảo như Hình 1-4

• Các hệ con chức năng

Số lượng và nhiệm vụ của các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ

thể. Ví dụ nếu QTCN là một nhà máy thì các hệ con chức năng có thể ñược

phân ra như Hình 1-4. Nếu QTCN là một cơ sở ñào tạo thì các hệ con chức

năng có thể là : phòng ñào tạo, phòng quản lý sinh viên, phòng tài vụ, phòng

tổ chức. v.v.

11

KÕ ho¹ch s¶n xuÊt

Lao ®éng tiÒn l−¬ng

VËt t− thiÕt bÞ

KÕ ho¹ch tµi vô

Hµnh chÝnh

§¶m b¶oto¸n häc

§¶m b¶oth«ng tin

§¶m b¶okü thuËt

C¸c hÖ conchøc n¨ng

C¸c hÖ con ®¶m b¶o

H×nh 1-4: CÊu tróc hÖ con cña hÖ §K T§H QTCN

.

.

.

.

.

.

• Các hệ con ñảm bảo

Khác với các hệ con chức năng phụ thuộc vào QTCN cụ thể, các hệ con

ñảm bảo là các hệ con cơ bản mà bất cứ hệ ðK TðH QTCN nào cũng phải

có ñể ñảm bảo cho hệ hoạt ñộng bình thường .

Có ba hệ con ñảm bảo là : ñảm bảo thông tin, ñảm bảo toán học và ñảm

bảo kỹ thuật. Có thể coi ñảm bảo thông tin và toán học là phần mềm của hệ

12

và ñảm bảo kỹ thuật của phần cứng của hệ. Các hệ con dảm bảo này sẽ ñược

trình bày kỹ ở các phần sau.

2. Cấu trúc phân cấp

Hệ ðK TðH QTCN ñược tổ chức theo kiểu phân cấp như trình bày trên

Hình 1-5, ñây là sơ ñồ cấu trúc song song.

Trung t©m®iÒu khiÓn

Trung t©mtÝnh to¸n

TG

T

T

TG

T

T

TG

Terminal

T

H×nh 1.5: CÊu tróc ph©n cÊp cña hÖ §K T§H QTCN

Tr¹mtrung gian

Cấp thấp nhất của hệ ñiều thống là các thiết bị ñầu cuối - Terminal.

Terminal là nơi tiếp xúc giữa hệ ñiều khiển với QTCN. Terminal thu

nhận các thông tin từ các sensor, các thiết bị ño lường, lưu trữ và sơ bộ xử lý

các thông tin ñó rồi truyền lên các trạm trung gian TG.

13

Trạm trung gian có các máy tính hoặc máy mạng máy tính. Ở trạm trung

gian thông tin ñược xử lý tiếp ñể ñưa ra các quyết ñịnh ñiều khiển ñể truyền

xuống Terminar rồi tác ñộng ñến QTCN.

Thông tin ñã ñược xử lý ở trạm trung gian, ñược truyền lên trung tâm

ñiều khiển. Nhờ có trung tâm tính toán mà trung tâm ñiều khiển có thể xử lý

ñược khối lượng thông tin lớn, giải các bài toán phức tạp của quá trình ñiều

khiển.

Lấy ví dụ về hệ ðK TðH QTCN của một nhà máy thì các Terminar là

các tủ ñiều khiển ñặt tại các công ñoạn sản xuất, các Terminarl cũng có thể

ñặt tại các phòng ban ñể trực tiếp thông tin cho ban giám ñốc .

Các trạm trung gian là các trạm ñiều khiển ñược ñặt tại các phân xưởng

lớn ñể nhận thông tin từ các Terminar chuyển tới. Trung tâm ñiều khiển

ñược ñặt tại nơi làm việc của ban giám ñốc ñể ñiều khiển toàn bộ nhà máy.

Ngày nay nhờ kỹ thuật máy tính phát triển vì vậy ngay cả các Terminal,

người ta cũng có thể ñặt các máy vi tính có dung lượng lớn, tốc ñộ nhanh có

khả năng xử lý nhiều thông tin và giải ñược nhiều bài toán ñiều khiển. Trong

trường hợp này trạm trung gian không cần thiết nữa, các Terminal trực tiếp

nối với trung tâm ñiều khiển, xem Hình 1-6. Chúng ta có sơ ñồ cấu trúc hình

tia. So với sơ ñồ cấu trúc song song (Hình 1-5) thì sơ ñồ cấu trúc hình tia có

ưu ñiểm là ñơn giản và giảm ñược các ñường dây liên lạc giữa các bộ phận

của hệ. Tuy vậy cấu trúc hình tia còn có nhược ñiểm là các Terminal không

trực tiếp trao ñổi các thông tin với nhau.

14

TT§K

TT T

TTTT

TT T

H×nh 1-6: S¬ ®å cÊu tróc h×nh tia

T

TT T

T TT§K

H×nh 1-7: S¬ ®å cÊu tróc kiÓu Bus

Kỹ thuật truyền tin giữa các máy tính bằng các Bus cho phép chúng ta

xây dựng ñược sơ ñồ ñiều khiển kiểu bus (truyền tin hai chiều) như trên

Hình 1-7. Trong sơ ñồ này các bộ phận trong hệ thống như Terminal(T) và

trung tâm ñiều khiển (TTðK) có thể trực tiếp trao ñổi thông tin với nhau, do

vậy tính linh hoạt cao, ñưa lại hiệu quả lớn. Tuỳ tình hình cụ thể của QTCN

mà người ta chọn sơ ñồ cấu trúc thích hợp, tuy nhiên do nhiều ưu ñiểm nên

sơ ñồ cấu trúc kiểu bus ñược dùng rộng rãi nhất.

15

CHƯƠNG 2

CÁC HỆ ðẢM BẢO CỦA HỆ ðIỀU KHI ỂN TỰ ðỘNG HOÁ

QUÁ TRÌNH CÔNG NGH Ệ

I. ðẢM BẢO THÔNG TIN

1. Sơ ñồ cấu trúc quá trình xử lý thông tin trong hệ ðK TðH QTCN

Như trên ñã nói về thực chất hệ ðK TðH QTCN là hệ tự ñộng hoá quá

trình xử lý tin trong hệ ñiều khiển. Quá trình xử lý tin ñược trình bày trên

Hình 2-1.

Qu¸ tr×nh s¶n xuÊtDù kiÕn vÒ kÕho¹ch s¶n xuÊt

Tr¹ng th¸i s¶n xuÊtHiÖu lùc ph¸p lý

cña qu¸ tr×nhtÝnh to¸n

Xö lý d÷ liÖu b»ngm¸y tÝnh

C¬ cÊuso s¸nh

KÕt qu¶tÝnh to¸n

YÕu tèt¸c ®éng

TÝnh to¸n l¹i víi d÷ liÖu míi

NhiÔu

H×nh 2-1: Qu¸ tr×nh xö lý tin trong hÖ §K T§H QTCN

HiÖu lùc ph¸p lý cñac¸c d÷ liÖu ban ®Çu

Các dữ liệu về trạng thái sản xuất ñược máy tính xử lý và ñưa ra các kết

quả tính toán dưới dạng lời giải của cá bài toán ñiều khiển. Khi ñược con

16

người chấp nhận, các kết quả tính toán ñó sẽ ñược gán hiệu lực pháp lý. Kết

quả tính toán này cùng với dữ liệu ban ñầu (ñã ñược con người ñưa vào - có

hiệu lực pháp lý) ñể lập ra kế hoạch sản xuất. Quyết ñịnh ñiều khiển sẽ tác

ñộng vào quá trình sản xuất.

Nhìn trên Hình 2-1 chúng ta thấy trong hệ ðK TðH QTCN thông tin

(dưới dạng dữ liệu) ñược trao ñổi giữa nhiều bộ phận và thường xuyên có sự

trao ñổi giữa người và máy và ngược lại. Vì vậy hệ con ñảm bảo thông tin

phải ñảm bảo cho quá trình trao ñổi thông tin ñó ñược nhất quán và thuận

tiện.

2. Cấu tạo của ñảm bảo thông tin.

Trong hệ ðK TðH QTCN con người căn cứ vào thông tin thu nhận ñược

(ñã qua máy xử lý) ñể quyết ñịnh các giải pháp ñiều khiển. Như vậy ñộ

chính xác của các quyết ñịnh phần lớn phụ thuộc vào ñộ chính xác của thông

tin. Có nghĩa là các thông tin có phản ánh ñúng các thông số trạng thái của

các ñối tượng bị ñiều khiển hay không.

Hiểu theo nghĩa rộng ñảm bảo thông tin là hệ thống phản ánh quá trình

sản xuất, là hệ thống các mô hình thông tin dùng ñể mô tả một cách hình

thức quá trình sản xuất nói trên.

Hiểu theo nghĩa hẹp ñảm bảo thông tin bao gồm các phần sau ñây:

- Hệ thống phân loại, ñánh dấu, ñặt tên các phần tử, các ñối tượng bị

ñiều khiển.

- Hệ thống các ñịnh mức, các chỉ tiêu kinh kế kỹ thuật.

- Tổ chức lưu giữ, gia công, xử lý, hiệu chỉnh thông tin.

Như vậy ñảm bảo thông tin là bước ñầu tiên của quá trình xử lý thông tin

trong hệ ðK TðH QTCN.

3. Mô hình thông tin

17

Mô hình thông tin là sự mô tả hình thức quá trình tổ chức và xử lý thông

tin.

Ở mức ñộ ñơn giản mô hình thông tin là các bảng thống kê, các ghi chép

về các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật, các ñịnh mức vật tư, lao ñộng .v.v.

Mô hình thông tin dạng ma trận là một ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh

tế kỹ thuật và quan hệ giữa chúng nên loại mô hình này ñược dùng rộng rãi.

Yêu cầu ñối với mô hình thông tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho sử

dụng, có tính thống nhất và tiêu chuẩn hoá ñể có thể dùng cho các phương

tiện tính toán khác nhau.

4. ðánh dấu, phân loại, ñặt tên các ñối tượng ñược ñiều khiển

Một trong những nhiệm vụ quan trọng của ñảm bảo thông tin là xây dựng

một hệ thống các cách ñánh dấu, phân loại, ñặt tên các phần tử, thiết bị máy

móc, các sản phẩm cùng các quan hệ giữa chúng. Hệ thống ñánh dấu phân

loại này phải thuận tiện cho việc dùng máy tính ñể xử lý thông tin- tức các

thông tin phải ñược mã hoá.

Việc ñánh dấu, phân loại, ñặt tên phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia và

quốc tế như: Tiêu chuẩn Việt nam, IEC, ISO 9000.

5. Hệ thống ñịnh mức- các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật.

Sản xuất bất kỳ sản phẩm nào cũng phải qua nhiều nguyên công, nhiều

công ñoạn. Ứng với mỗi nguyên công cần tiêu phí một lượng nguyên liệu,

nhiên liệu, nhân công nhất ñịnh. Vì vậy, những ñịnh mức kinh tế- kỹ thuật

phải ñược xây dựng ñầy ñủ chi tiết cho từng bộ phận, từng máy ñến cả dây

chuyền công nghệ.

6. Xây dựng ngân hàng dữ liệu

18

Ngân hàng dữ liệu của hệ ðK TðH QTCN là nơi tập trung (trong máy

tính) toàn bộ dữ liệu dùng trong hệ. Vì vậy cần phải tổ chức sao cho lưu trữ,

sử dụng và cập nhật thông tin ñược thuận tiện, khoa học.

- Về lưu trữ dữ liệu cần giải quyết các vấn ñề sau ñây:

o Tập trung hoá các dữ liệu

o Tối thiểu hoá ñộ dư của dữ liệu

o Mô tả dữ liệu bằng ngôn ngữ chung không phụ thuộc vào ngôn

ngữ lập trình

o Sử dụng các mô tả dữ liệu có cấu trúc

- Về sử dụng dữ liệu cần giải quyết các vấn ñề sau ñây:

o Có khả năng lấy ra bất kỳ một nhóm dữ liệu nào không phụ

thuộc vào nơi ghi các dữ liệu ñó

o Có khả năng ñổi mới, cập nhật các dữ liệu

o Sử dụng các phương pháp tìm kiếm dữ liệu tối ưu

o Có khả năng bảo vệ tính chính xác, nguyên vẹn, bí mật của dữ

liệu

Chú ý rằng “dữ liệu” ở ñây hiểu theo nghĩa rộng, nó có thể là các số liệu

nhưng cũng có thể là các chương trình tính toán, bản thiết kế hoặc quy trình

công nghệ .v.v.

Một trong những vấn ñề quan trọng của việc xây dựng ngân hàng dữ liệu

là tổ chức vào ra thông tin. Hiện nay phương pháp ñưa thông tin vào còn khá

chậm so với tốc ñộ xử lý của máy tính và chưa thuận tiện cho việc trao ñổi

trực tiếp giữa người với máy. Việc ñưa thông tin ra (màn hình, máy in, ñĩa

mềm, …) có nhiều tiến bộ nên việc lấy thông tin ra ngày càng dễ dàng hơn.

II. ðẢM BẢO TOÁN HỌC

1. Cấu trúc của ñảm bảo toán học

19

ðảm bảo toán học bao gồm những thành phần sau:

- Các mô hình toán (còn gọi là ñảm bảo mô hình) dùng ñể mô hình các

ñối tượng ñược ñiều khiển, các quá trình công nghệ ñể giải các bài

toán ñiều khiển.

- Các thuật toán (còn gọi là ñảm bảo thuật toán) là các phương pháp

giải các bài toán ñiều khiển. Các thuật toán thường phụ thuộc vào mô

hình toán ñã chọn. Chọn thuật toán ñúng sẽ ảnh hưởng tới tốc ñộ tính

toán và ñộ chính xác của lời giải.

- Các chương trình (còn gọi là ñảm bảo chương trình) dùng ñể xử lý,

tính toán các dữ liệu ứng với mô hình và thuật toán ñã chọn. Như vậy

mô hình toán học và thuật toán dùng ñể xây dựng hệ thống, còn

chương trình tính toán dùng ñể vận hành hệ thống.

Ngày nay có nhiều ngôn ngữ dùng ñể lập trình. Việc chọn ngôn ngữ nào

và kỹ thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn ñến tốc ñộ tính và kết quả tính.

2. Mô hình toán học

Xây dựng mô hình toán học là một trong những giai ñoạn quan trọng

nhất của việc xây dựng hệ thống ñiều khiển. Thông thường công việc này

phải do các chuyên gia am hiểu về quá trình công nghệ và nắm vững về

toán học ñảm nhiệm.

Hiện nay người ta xử dụng nhiều loại mô hình toán học, thường dùng các

loại mô hình sau ñây:

- Mô hình quy hoạch (tuyến tính, không tuyến tính)

- Mô hình mô phỏng (mô hình trạng thái, mô hình phục vụ ñám ñông)

- Mô hình trò chơi

- Mô hình quy hoạch thực nghiệm

Sau ñây chúng ta ñiểm qua một vài loại mô hình.

20

- Mô hình quy hoach

Dùng ñể giải các bài toán ñánh giá chất lượng, giải các bài toán tối ưu.

Loại mô hình này ñược xây dựng trên các dữ liệu ñã biết trước như các ñịnh

mức, các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật .v.v. Trong thực tế, rất nhiều thông số

không thể xác ñịnh bằng một giá trị cụ thể mà chỉ có thể biết xác suất xuất

hiện của nó. Trong trường hợp này người ta phải xây dựng mô hình xác suất.

- Mô hình mô phỏng

Ngày nay nhờ có kỹ thuật máy tính phát triển người ta có thể thực hiện

một số lượng lớn các phép tính và lưu trữ nhiều dữ liệu, nhờ vậy người ta có

thể thực hiện phương pháp mô phỏng (Simulation).

Trong mô hình mô phỏng người ta mô phỏng hành ñộng dáng ñiệu của

các yếu tố, bộ phận của hệ thống cũng như mô tả các quan hệ giữa chúng và

giữa hệ thống với môi trường xung quanh. Thông thường trong hệ có nhiều

yếu tố ngẫu nhiên tác ñộng, vì vậy mô hình nghiên cứu sẽ là mô hình ngẫu

nhiên.

Phương pháp mô phỏng sẽ phát huy ưu việt của nó khi mô phỏng các hệ

ngẫu nhiên.

ðể làm ví dụ ta hãy nghiên cứu mô hình phục vụ ñám ñông (server

Queueing System) của hệ ðK TðH QTCN.

Như ta ñã biết, hệ ðK TðH QTCN có các terminal các trung tâm tính

toán, các thiết bị này ñược coi là ñiểm phục vụ (servers). Các thông tin ñi

vào hệ : từ ñồng hồ ño, sensor, hoặc là từ các terminals lên trung tâm tính

toán ñược gọi là khách hàng (customer) hoặc là các yêu cầu. Thời ñiểm

khách hàng xuất hiện, ñộ lớn của khách hàng mang tính ngẫu nhiên. Dòng

khách hàng là một dòng ngẫu nhiên, nếu dòng này là một dòng dừng, không

hậu quả và ñơn trị thì nó là một dòng tối giản. Trong trường hợp này khoảng

cách giữa các sự kiện – khách hàng - sẽ tuân theo luật phân bố mũ.

21

Do các khách hàng (thông tin) mang tính ngẫu nhiên nên thời gian phục

vụ khách hàng (thời gian xử lý thông tin) cũng mang tính ngẫu nhiên. Nếu

dòng khách hàng là tối giản thì dòng phục vụ cũng là tối giản.

Thông thường cường ñộ dòng khách hàng lớn hơn khả năng phục vụ nên

khách hàng phải sắp hàng (queue). Tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà có các

luật sắp hàng và phục vụ khác nhau như:

- ðến trước phục vụ trước(FIFO- First In First Out)

- ðến sau phục vụ trước (LIFO- Last In First Out)

Như vậy trong trường hợp ñơn giản nhất là hệ ðK TðH QTCN ñược mô

phỏng bằng hai hệ con: dòng khách hàng và dòng phục vụ

Phương pháp mô phỏng như sau: mô phỏng hoạt ñộng theo thời gian của

hai dòng khách hàng và phục vụ nói trên, cho hai dòng ñó “xếp chồng” lên

nhau ta ñược mô hình của hệ. Mỗi một thay ñổi của khách hàng hoặc của

quá trình phục vụ ñều làm hệ thay ñổi trạng thái.

Các bài toán có thể ñược giải bằng mô phỏng là:

o Xác ñịnh số ñiểm phục vụ ñể ñảm bảo xử lý hết khách hàng,

tức xác ñịnh số lượng và dung lượng của các terminal.

o Xác ñịnh số khách hàng có trong hàng ñợi và thời gian chờ ñợi,

dữ liệu này ñể xác ñịnh số Terminal và bộ nhớ ñể lưu giữ số

liệu.

o Xác ñịnh số khách hàng phải bỏ ñi do thời gian chờ ñợi quá

một giá trị cho trước, dữ liệu này dùng ñể xác ñịnh tổn thất

thông tin trong hệ ñiều khiển.

o Xác ñịnh thời gian phục vụ , thời gian chờ ñợi sắp hàng trung

bình, dữ liệu này ñể ñánh giá ñộ nhạy của hệ thống ñiều khiển.

- Mô hình trò chơi

22

Khi trong hệ có nhiều lực lượng tham gia có quyền lợi ñối nghịch nhau

thì người ta dùng mô hình trò chơi. Ví dụ giải bài toán tối ưu giữa ñầu tư ñổi

mới công nghệ ñể hạ giá thành sản phẩm và tăng lợi nhuận.

3. Thuật toán (Algorithm, thuật giải)

Mô hình toán học tuy rất quan trọng nhưng chỉ mới là cấu trúc hình thức

của việc xử lý thông tin chứ chưa phải là quá trình xử lý theo không gian và

thời gian. Giải quyết vấn ñề này là nhiệm vụ của ñảm bảo thuật toán, có

nghĩa là trên cơ sở mô hình toán học ñã chọn phải xây dựng các thủ tục, các

phương pháp giải ñể cho kết quả chính xác thời gian tính toán ngắn, ít tốn bộ

nhớ .v.v. Thuật toán là một ngành chuyên sâu và có tác dụng rất lớn trong

việc giải các bài toán ñiều khiển.

4. Chương trình tính toán

Chương trình tính toán là một tập chương trình dùng ñể tính trên máy

tính. Chương trình này thể hiện mô hình toán học và thuật toán ñã chọn.

Chương trình tính toán phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình và loại máy

tính. Thông thường cần có các cán bộ chuyên sâu về lập trình ñảm nhiệm

việc này.

Các ngôn ngữ lập trình hiện nay thường gặp là PASCAL, C++. ðể giảm

nhẹ việc lập trình ngày nay người ta xây dựng các loại ngôn ngữ chuyên

dùng. Ví dụ như mô phỏng có GPSS (The General Purpose Simulation

System), SIMSCRIPT, SIM++.v.v. Về thực chất các ngôn ngữ loại này là tập

hợp của nhiều chương trình con, người sử dụng chỉ cần khai báo những

thông số cần thiết, còn thuật toán, biểu diễn kết quả dưới dạng bảng số, ñồ

hoạ .v.v. ñều do các chương trình con ñảm nhận.

Tuỳ thuộc ñặc ñiểm công nghệ và yêu cầu của bài toán ñặt ra mà người

ñiều khiển xây dựng những chương trình tính thích hợp.

23

Tập các chương trình tính toán là phần mềm chính của hệ ðK TðH

QTCN.

III. ðẢM BẢO KỸ THUẬT

1. Cấu trúc của ñảm bảo kỹ thuật

ðảm bảo kỹ thuật là toàn bộ thiết bị kỹ thuật của hệ ðK TðH QTCN,

hay còn gọi là phần cứng của hệ. Như vậy ñảm bảo kỹ thuật chiếm vốn ñầu

tư và công sức rất lớn trong việc xây dựng và vận hành hệ.

ðảm bảo kỹ thuật bao gồm các thiết bị kỹ thuật dùng ñể chọn lọc, truyền

ñạt, xử lý, cất giữ và phản ánh thông tin trong hệ ñiều khiển.

Như ở Hình 1-5 ñã chỉ rõ, ñảm bảo kỹ thuật bao gồm:

- Các terminals

- Các hệ thống truyền tin (dữ liệu)

- Các trung tâm tính toán.

2. Terminal

Terminal là thiết bị ñầu cuối của hệ ðK TðH QTCN, là nơi tiếp xúc giữa

hệ ñiều khiển và QTCN, Terminal làm nhiệm vụ thu nhận các thông tin về

QTCN, sơ bộ xử lý chúng và truyền lên cấp trên, ñồng thời nó cũng thu nhận

các thông tin ñiều khiển ñã ñược xử lý ở cấp trên ñể truyền ñến các ñối

tượng ñược ñiều khiển. Con người có thể trao ñổi thông tin với Terminal qua

các thiết bị vào ra.

Ngày nay nhờ kỹ thuật vi tính phát triển, người ta có thể ñặt tại Terminal

các máy vi tính tốc ñộ xử lý tin nhanh, dung lượng bộ nhớ lớn, do ñó ngay

tại terminal cũng có thể giải ñược nhiều bài toán ñiều khiển, vì vậy có thể

giảm bớt lượng thông tin phải truyền về trung tâm và có thể thực hiện ñược

nguyên tắc ñiều khiển phân tán.

24

Tuỳ theo công dụng mà Terminal ñược chế tạo thành nhiều loại khác

nhau, ví dụ:

- Terminal ñể thu thập các thông tin về QTCN, thiết bị chính của loại

terminal này là các bộ ghi số liệu

- Terminal in, thực chất là một máy telec

- Terminal có màn hình, dùng ñể ñưa thông tin ra trên màn hình ñể

người vận hành quan sát.

- Terminal xử lý thông tin từ xa.

Ngày nay do kỹ thuật vi ñiện tử, vi xử lý phát triển, các thiết bị tính toán

và xử lý tin ñược chế tạo gọn nhẹ, do ñó người ta có xu hướng chế tạo các

terminal vạn năng.

Trong tương lai, khi mạng máy tính phát triển (LAN, INTERNET,…)

người ta có thể thực hiện các “văn phòng kiểu mới”, lúc ñó các nhân viên

của các cơ quan, nhà máy sẽ ñược trang bị các terminal và có thể làm việc

ngay tại nhà mình, ñiều ñó sẽ giải toả sức ép về giao thông ñô thị và không

cần thiết phải xây dựng những chỗ làm việc tập trung ñồ sộ nữa.

3. Hệ thống truyền tin (dữ liệu)

Nhu cầu truyền tin trong hệ ðK TðH QTCN rất lớn, thường xuyên phải

truyền các thông tin từ dưới lên trung tâm ñể xử lý, và truyền các thông tin

ñã xử lý (các mệnh lệnh ñiều khiển) từ trên xuống các terminal ñể tác ñộng

vào QTCN.

Một hệ truyền tin có cấu trúc như Hình 2-2

25

NT MH §C §CN DM CH §TTT TH KLLTH TH+N TH+N TT

NhiÔu

H×nh 2-2: S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ truyÒn tin

NT: Nguồn tin

MH: Thiết bị mã hoá

DM: Thiết bị dịch mã

ðC: Thiết bị ñiều chế

ðCN: Thiết bị ñiều chế ngược

KLL: Kênh liên lạc

CH: Cơ cấu chấp hành

ðT: ðối tượng ñiều khiển

TT: Tin tức

TH: Tín hiệu

Nguồn tin (NT) bao gồm các tin tức như mệnh lệnh, trạng thái thiết bị

(làm việc, nghỉ, sự cố) thông số kỹ thuật (nhiệt ñộ, áp suất, tốc ñộ .v.v.). ðể

truyền tin ñi xa, các tin tức này phải ñược mã hoá (MH) sau ñó ñiều chế

(ðC) thành các tín hiệu (TH) có tham số (biên ñộ, tần số, pha) thích hợp với

truyền tin ñi xa. Mã hoá là quá trình biến ñổi một- một giữa tin tức và tín

hiệu. Trong từ mã ngoài nhóm tín hiệu mang tin còn có các tín hiệu dự dùng

ñể chống nhiễu. Tín hiệu ra khỏi thiết bị ñiều chế ñược ñưa vào kênh liên lạc

(dây dẫn, cáp, radio). Thông thường trong kênh liên lạc có các loại nhiễu

(dưới dạng xung ñiện).Nhiễu làm cho nhóm tín hiệu (từ mã) ñược truyền ñi

bị sai lệch, tín hiệu 1->0 và ngược lại tín hiệu 0->1. Ở cuối ñường dây liên

lạc ta thu ñược tín hiệu trong ñó có cả nhiễu. Thiết bị ñiều chế ngược (ðCN)

26

dùng ñể phục hồi lại tín hiệu ñã bị suy giảm trong quá trình truyền qua kênh

liên lạc. Thiết bị dịch mã (DM) kiểm tra phát hiện và sửa sai trog từ mã nhận

ñược, sau ñó dịch ra tin tức ban ñầu (TT) ñã ñược truyền. Tin tức ñược ñưa

vào cơ cấu chấp hành (CH) ñể tác ñộng lên ñối tượng (ðT).

Vấn ñề quan trọng của hệ truyền tin là ñảm bảo ñộ chính xác và tốc ñộ

truyền tin. ðối với những hệ ñiều khiển trực tuyến (online) thì việc truyền

tin, xử lý tin phải ñược thực hiện kịp với quá trình diễn biến công nghệ.

Những hệ truyền tin như vậy gọi là hệ làm việc trong thời gian thực. Ngày

nay người ta thường dùng tốc ñộ truyền tin từ 4800 bit/s trở lên. Truyền tin

như vậy là rất nhanh, do ñó vấn ñề chống nhiễu, nâng cao ñộ chính xác

truyền tin là một trong những vấn ñề quan trọng nhất của hệ truyền tin.

4. Hệ thống thiết bị tính toán

Hệ thống thiết bị tính toán bao gồm các bộ phận sau ñây:

- Bộ xử lý trung tâm

- Thiết bị nhớ trong, nhớ ngoài

- Thiết bị vào ra

- ðường truyền dữ liệu

Thiết bị tính toán là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ ðK

TðH QTCN. Ngày nay ñã xuất hiện máy tính thế hệ thứ tư, các máy vi tính

gọn nhẹ, tốc ñộ xử lý tin cao, bộ nhớ lớn, giao tiếp vào ra thuận tiện. Tất cả

những ñiều ñó ñã làm thay ñổi một cách cơ bản bộ mặt của hệ ðK TðH

QTCN, tạo nên khả năng ứng dụng rộng rãi các hệ ðK TðH QTCN vào

nhiều lĩnh vực kinh tế- xã hội khác nhau.

IV. CÁC HỆ CON CHỨC NĂNG

Như ở Hình 1-4 ñã chỉ rõ hệ ðK TðH QTCN bao gồm các hệ con ñảm

bảo và hệ con chức năng.

27

Chức năng ở ñây hiểu theo nghĩa rộng là một hình thái hoạt ñộng của hệ,

là tập hợp các giải pháp ñiều khiển của một phần tử hoặc một mặt hoạt ñộng

của hệ. Như vậy việc phân ñịnh chức năng của hệ chỉ là tương ñối và phụ

thuộc vào mục ñích ñiều khiển và xử lý tin trong hệ, ñồng thời gắn chặt với

QTCN cụ thể.

Mỗi một hệ con ñều có thiết bị kỹ thuật- phần cứng của hệ- là các máy

tính, các thiết bị truyền tin, ghép nối, thiết bị vào ra, ñồng thời có phần mềm

tương ứng- ñảm bảo thông tin và ñảm bảo toán học phụ hợp với ñặc ñiểm

của từng hệ con.

V. VÀI NÉT V Ề PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRI ỂN CỦA ðK

TðH QTCN Ở NƯỚC TA TRONG GIAI ðOẠN SẮP TỚI

1. Xu hướng phát triển tự ñộng hoá ở nước ta

ðặc ñiểm của nền kinh tế nước ta hiện nay là ñi lên từ mức thấp thô sơ

ñơn giản nhưng ñồng thời cũng tiếp thu ngay các công nghệ tiên tiến của

thế giới.

Vì vậy bên cạnh những xí nghiệp nhỏ mới cơ khí hoá từng bộ phận chúng

ta ñã có những nhà máy lớn có trình ñộ cơ khí hoá, tự ñộng hoá ở mức cao

như nhà máy xi măng Hoàng Thạch, Hà Tiên, nhà máy giây Bãi Bằng, Tân

Mai, nhà máy nhiệt ñiện Phả Lại, Phú Mỹ, hệ thống ñiện Bắc Nam, hệ thống

khai thác dầu khí, các nhà máy sợi, dệt, bia, nước ngọt, hàng không, hàng

hải.v.v.

Với chiến lược công nghiệp hoá và hiện ñại hoá nước nhà, chủ trương

trong một thời gian tương ñối ngắn ñưa nước ta trở thành một nước công

nghiệp. Trong bối cảnh ñó việc phát triển tự ñộng hoá ở nước ta là một nhu

cầu cấp bách, vì trong hoàn cảnh hiện nay tự ñộng hoá là chìa khoá ñể các

28

doanh nghiệp tạo ra ñược những sản phẩm có chất lượng cao có sức cạnh

tranh ñáp ứng ñược thị trường trong và ngoài nước.

2. Từ ñiều khiển quá trình công nghệ ñến ñiều khiển quá trình sản xuất

Ranh giới giữa QTCN và QTSX không thật rõ ràng. Hiểu theo nghĩa rộng

thì QTCN cũng chính là QTSX, công nghệ ở ñây có nghĩa là một nhiệm vụ

kinh tế xã hội nào ñó. Hiểu theo nghĩa hẹp QTCN là một quá trình kỹ thuật

gắn liền với máy móc và sản phẩm, còn QTSX là bao gồm QTCN cộng thêm

vào các yếu tố về tài chính, thị trường quản lý .v.v. Như vậy QTCN không

tách rời QTSX. Vì thế cho nên ngày nay có xu hướng ứng dụng các hệ ðK

TðH QTSX trong ñó không những giải quyết các bài toán về tài chính, thị

trường, tiếp thị và quản lý ñiều hành mà còn giải các bài toán về kỹ thuật

công nghệ nữa.

Các hệ ðK TðH không những áp dụng ñược trong lĩnh vực công nghiệp

mà còn ñược ứng dụng vào nhiều lĩnh vực xã hội khác nhau như quản lý

hành chính, trợ giúp quá trình ra quyết ñịnh, dạy học, nghiên cứu khoa học.

v.v. Thực chất ñó là tự ñộng hoá quá trình xử lý thông tin, giúp cho con

người phát triển nâng cao năng suất lao ñộng trí óc.

29

CHƯƠNG 3

THI ẾT BỊ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ðIỀU KHI ỂN

TỰ ðỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGH Ệ

I. CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ðIÊU KHI ỂN TỰ

ðỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGH Ệ

Thiết bị kỹ thuật của hệ thống ñiều khiển tự ñộng hoá quá trinh công

nghệ (ðK Tð QTCN ) nhằm ñảm bảo vấn ñề kỹ thuật cho hệ, ở ñây ñược

xem là phần cứng của hệ. Các thiết bị này về tổng quát có thể chia thành các

nhóm cơ bản sau : Thiết bị thu nhận thông tin, thiết bị truyền tin truyền dữ

liệu, thiết bị xử lý tin, thiết bị ra và xử lý thông tin.

Sơ ñồ cấu trúc chung của thiết bị kỹ thuật ở hệ ðK TðH QTCN như

Hình 3-1.

1. Nhóm thiết bị thu nhận và ñưa thông tin vào

1.1- Thiết bị thu nhận và ñưa thông tin vào

1.1.1- Thiết bị thu nhận thông tin tự ñộng về quá trình

-Các bộ biến ñổi ño các ñại lượng vật lý (cảm biến..)

-Các bộ biến ñổi ño cá thông số hoạt ñộng của các máy.

- Các biến ñổi ño các thông số của sản phẩm sản xuất.

1.1.2 -Thiết bị thu nhận thông tin bằng tay về quá trình

-Các thiết bị bằng tay (Nút ấn, bàn phím ….)

-Các thiết bị bán tự ñộng ( cảm biến ño chuyên dùng…)

1.2 -Thiết bị ñưa thông tin vào

1.2.1- Thiết bị xử lý các tín hiệu và thông tin.

- Khuyếch ñại tín hiệu

- Biến ñổi dạng năng lượng của tín hiệu

30

- Các bộ lọc tín hiệu

- Biến ñổi các tín hiệu (tương tự, số..)

- Các tín hiệu nhận tin từ bọ nhớ.

- Các thiết bị cho toán tử.

1.2.2.-Thiết bị nhận thông tin ñã mã hoá

- Cảm biến thẻ ñục lỗ

- Cảm biến băng ñục lỗ

- Cảm biến các băng từ, ñĩa từ

1.2.3. - Thiết bị có cảm biến nhận từ thông tin ñồ thị

- Thiết bị cảm nhận bằng mã chữ, ký hiệu.

- Thiết bị cảm nhận ñồ thị, thông báo

- Thiết bị cảm nhận từ phim (microfim)

1.2.4. - Thiết bị tiếp xúc trực tiếp với người ñiều hành.

- Các dạng bàn phím, bàn ñiều khiển.

- Bút vẽ ñiện, ánh sáng.

- Thiết bị thu nhận thông tin từ lời nói.

1.2.5 - Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin

- Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin cho thẻ ñục lỗ, băng ñục lỗ

- Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin cho băng từ, thẻ từ, ñĩa từ.

- Thiết bị chuẩn bị bằng tay cho phim.

2. Thiết bị truy ền tin, truy ền dữ liệu.

2.1. Các thông báo

- Các bảng thông báo cố ñịnh

- Các bảng thông báo di ñộng

2.2. Thiết bị truyền tin

- Các bộ biến ñổi, thiết bị mã hoá, dịch mã, chuyển mạch ghép nối.

31

- Các thiết bị chống nhiễu

- Kênh liên lạc truyền tin

3. Nhóm thiết bị xử lý thông tin

Các thiết bị kiểu máy tính số

- Máy tính vạn năng

- Máy tính ñiều khiển

- Vi xử lý và máy tính PC

- Các máy tính chuyên dụng

4. Nhóm thiết bị ñầu ra và sử dụng thông tin

4.1. Các thiết bị cho thông tin ñầu ra

4.1.1. Thiết bị cho quan hệ trực tiếp với ngươi ñiều hành

- Chỉ thị số, bảng chữ cái

- Các thiết bị chỉ báo tương tự

- Thiết bị có hình ảnh, lời nói

- Thiết bị kiểm tra và tín hiệu hoá

4.1.2. Các thiết bị thông tin dạng ñồ thị

- Máy chữ, các máy in

- Các thiết bị ghi ñồ thị thông số của quá trình, hệ thống

- Các thiết bị vẽ theo toạ ñộ

- Các thiết bị ghi dạng phim.

4.1.3- Các thiết bị ghi thông tin dạng mã

- Thẻ ñục lỗ, băng ñục lỗ

- ðĩa từ, băng từ

4.1.4.Các thiết bị xử lý thông tin và tín hiệu ra.

- Các thiết bị cho công chúng

- Các thiết bị lưu trữ tin

32

- Các bộ biến ñổi A/D, D/A

- Các bộ biến ñổi năng lượng ñiện- cơ, ñiện- thuỷ lực, ñiện- Khí nén.

- Các bộ khuyếch ñại tín hiệu

4.2. Các thiết bị sử dụng thông tin ñể tác ñộng lên qúa trình

4.2.1. Thiết bị xử dụng thông tin tự ñộng

- Thiết bị ñiều khiển các aptomat

- Thiết bị ñiều khiển công suất

- Các phần tử chấp hành ñược ñiều khiển trực tiếp

4.2.2. Thiết bị tín hiệu hoá giao tiếp với người vận hành

- Các thiết bị tạo tín hiệu quang học

- Các thiết bị tạo tín hiệu thông tin bằng lời nói, âm thanh.

5. Thiết bị ñảm bảo năng lượng cho hệ thống

5.1. Các thiết bị cung cấp năng lượng

- Thiết bị ghép nối với năng lượng chung

- Thiết bị nguồn dự phòng

5.2.Các thiết bị kiểm tra, sửa chữa

5.3.Các thiết bị bảo vệ môi trường làm việc

33

1.2.4 2.1

1.2.3

1.2.2

1.2.5

2.2

4.1.1

4.1.2

4.1.32.2

ThiÕt bÞ xö lý th«ng tin

2.2

2.2

2.2

2.2

2.2

2.2

2.21.2.1 4.2

1.1

1.1.1

4.1.4

4.2.11.1.2 4.2.2

Qu¸ tr×nh ®−îc ®iÒu khiÓn

Ng−êi vËn hµnhcÊp c¬ së

Liªn kÕt sù cè

Ng−êi vËn hµnh cÊp cao

H×nh 3-1: CÊu tróc chung c¸c thiÕt bÞ kü thuËt cña hÖ §K T§H QTCN

5.1

5.2

5.3

34

II. CÁC KI ỂU GHÉP MÁY TÍNH ðIỀU KHI ỂN VỚI QUÁ TRÌNH CÔNG NGH Ệ - CÁC MẠCH VÒNG CƠ BẢN CỦA HỆ ðIỀU KHI ỂN.

Máy tính có vai trò quan trọng ñặc biệt trong hệ ðK TðH QTCN. Tuỳ mức

ñộ máy tính tham gia vào quá trình ñiều khiển mà người ta có thể phân ra

nhiều kiểu sơ ñồ ghép nối máy tính khác nhau.

1. Máy tính ở chế ñộ cố vấn cho quá trình ñiều khiển.

Hình 3-2 trình bày sơ ñồ cấu trúc của hệ ðK TðH QTCN trong ñó máy tính

làm việc ở chế ñộ cố vấn. Máy tính thu nhận thông tin từ QTCN, giải các bài

toán ñể cố vấn cho người vận hành. Như vậy máy tính làm việc ở chế ñộ

ngoại tuyến (off-line)

H×nh 3-2: S¬ ®å cÊu tróc m¸y tÝnh ë chÕ ®é cè vÊn

HÖ ®−îc®iÒu khiÓn

Thu thËpnguån th«ng tin

......

C¸c ®¹i l−îng ra

C¸c ®¹i l−îng vµo

C¸c c¬ cÊu®iÒu chØnh

§iÒu khiÓnl«gic

HÖ thèng®iÒu khiÓn

tù ®éng

Bµn ®iÒu khiÓnVi xö

lýM¸ytÝnh

§−a tíi HT-§KQTCN cÊp cao h¬n

Ng−êi vËnhµnh

...

§iÒu khiÓn trùc tiÕp

35

2. Máy tính ñiều khiển như một ñơn vị ñiều khiển trung tâm (ñiều

khiển theo chương trình ki ểm tra)

Hệ thống loại này ñựơc trình bà như Hình 3-3. Máy tính nằm trong mạch

vòng kín của hệ thống ñiều khiển . Trong chế ñộ này thông thường nhiệm vụ

diều khiển ñã ñược chương trình hoá, ñiểm làm việc của quá trình công nghệ

sẽ ñược ñiều khiển về ñiểm gần với chế ñộ tối ưu của quá trình.

H×nh 3-3: S¬ ®å m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn nh− mét ®¬n vÞ ®iÒu khiÓn trung t©m

HÖ ®−îc®iÒu khiÓn

Thu thËpnguån th«ng tin

......

C¸c ®¹i l−îng ra

C¸c ®¹i l−îng vµo

C¸c c¬ cÊu®iÒu chØnh

§iÒu khiÓnl«gic

HÖ thèng®iÒu khiÓn

tù ®éng

Bµn ®iÒu khiÓnVi xö

lýM¸ytÝnh

§−a tíi HT-§KQTCN cÊp cao h¬n

Ng−êi vËnhµnh

§iÒu khiÓn trùc tiÕp

36

Con người chỉ cần thiết trong một số trường hợp ngoại lệ ( ví dụ : nhiều

sự cố ..) Ưu ñiểm của hệ thống loại này là chất lượng của sản phẩm rất ít phụ

thuộc vào người vận hành. Hệ thống có thể tác ñộng nhanh.

3. Máy tính thực hiện chức năng ñiều khiển trực tiếp

Hệ thống này có dạng như Hình 3-4

H×nh 3-4: S¬ ®å m¸y tÝnh thùc hiÖn ®iÒu khiÓn trùc tiÕp

HÖ ®−îc®iÒu khiÓn

Thu thËpnguån th«ng tin

......

C¸c ®¹i l−îng ra

C¸c ®¹i l−îng vµo

C¸c c¬ cÊu®iÒu chØnh

§iÒu khiÓnl«gic

HÖ thèng®iÒu khiÓn

tù ®éng

Bµn ®iÒu khiÓnVi xö

lýM¸ytÝnh

§−a tíi HT-§KQTCN cÊp cao h¬n

Ng−êi vËnhµnh

§iÒu khiÓn trùc tiÕp

Nếu như ở sơ ñồ 3-2, 3-3 Máy tính làm việc ở chế ñộ “gián tiếp” máy

tính tính toán các chế ñộ làm việc còn người vận hành trực tiếp ñiều khiển

ñối tượng thì ở sơ ñồ Hình 3-4, máy tính làm việc ở chế ñộ “ trực tiếp”. Các

37

kết quả tính toán của máy tính ñược ñưa ñến trực tiếp ñiều khiển các cơ cấu

ñiều chỉnh.

Việc sử dụng máy tính diều khiển trực tiếp liên quan ñến vấn ñề xây

dựng các bộ ñiều chỉnh tương ứng. Cũng như máy tính ñiều khiển theo

chương trình kiểm tra, ở ñây máy tính cũng giải bài toán tối ưu trong ñiều

khiển .

4. Các mạch vòng cơ bản của hệ dùng máy tính ñiều khiển trực tiếp.

Hình 3-5 trình bày các mạch vòng ñiều khiển cơ bản của hệ dùng máy tính

ñiều khiển trực tiếp.

Có hai mạch vòng chính: Mạch vòng ñiều khiển cấp cao và mạch vòng

ñiều khiển cấp ñịa phương. Giữa các mạch vòng ñiều khiển và người vận

hành luôn luôn trao ñổi thông tin qua lại với nhau.

38

M¸y tÝnh trung t©m

ThiÕt bÞ ghÐp nèi víi qu¸ tr×nh

RaVµo

C¸c bébiÕn ®æi

M¸y tÝnh, PLC ëmøc thÊp

C¸c phÇn tö®o l−êng

C¸c phÇn töchÊp hµnh

qu¸ tr×nh c«ng nghÖ

C¸c bébiÕn ®æi

M¸y tÝnh cÊpcao h¬n

Liªn kÕt

§iÒu khiÓncÊp cao

§iÒu khiÓn cÊp®Þa ph−¬ng

ThiÕt bÞtiÕp cËn víi

qu¸ tr×nhc«ng nghÖ

H×nh 3-5: C¸c m¹ch vßng ®iÒu khiÓn c¬ b¶n

5. Quan hệ giữa các hệ ñiều khiển

Hình 1-1ñã trình bày cấu trúc phân cấp của hệ ñiều khiển ñó là một tháp

hình nón nói nên quan hệ dọc giữa các hệ ñiều khiển.

Hình 3-6 sau ñây cũng trình bày quan hệ giữa các hệ ñiều khiển cơ bản,

ngoài quan hệ dọc còn trình bày các quan hệ ngang giữa các hệ ñiều khiển

và các bộ phận trong hệ.

39

Vµo: Nguyªn vËt liÖuRa: C¸c s¶n phÈm

H5ng

C¸c sè liÖu tõ phßng thÝnghiÖm,kÕ ho¹chvµ tiªu thô

Nhµ m¸y

C¸c th«ng sè vÒ chÊt l−îngvµ §K tèi −u qu¸ tr×nh

Ph©n x−ëng SX

C¸c th«ng sè céng nghÖcña thiÕt bÞ, m¸y

ThiÕt bÞ

Th«ng sè ®iÒu khiÓn. C«ngnghÖ tr¹ng th¸i cña thiÕt bÞ

ThiÕt bÞ c¬ së

HÖ thèng ho¸vµ xö lý tr−íc

c¸c sè liÖu

M« h×nh SXHT-T§HQTSXH

Trung t©m®iÒu hµnh hÖ

thèng

HÖ thèng ho¸ ®iÒukhiÓn vËn hµnh HT

T§H-QTSX

Trung t©m®iÒu hµnh

HT-T§H-QTCN

HÖ thèng ®iÒukhiÓn chÝnh

HÖ thèng b¶ovÖ sù cè

N¬i ®iÒu hµnhcña ng−êi §K

qu¸ tr×nh

Bµn ®iÒu khiÓncÊp ®Þa ph−¬ng

(§KT§)

C¸c thiÕt bÞchØ thÞ

HÖ ®iÒukhiÓn

At«m¸t

HÖ thèngb¶o vÖ sù

cè

§iÒu khiÓncôc bé

ChØ thÞ ra vµghi nhËn

ChØ thÞ ra vµghi nhËn

ChØ thÞ ra vµghi nhËn

Vµo c¸c ®¹i l−îng yªu cÇu

ChØ thÞ vµ ghinhËn

Vµo c¸c ®¹i l−îng yªu cÇu

ChØ thÞ

Vµo c¸c ®¹i l−îng yªu cÇu

1

3

4

2

5

T§

H-Q

TC

NT§

H-Q

TSX

HT

-T§

H-Q

TSX

H×nh 3-6: Quan hÖ gi÷a c¸c hÖ §K T§H QTSX vµ §K T§H QTCN

40

Khai th¸c®¸ v«i vµ

®Êt sÐt

§Ëp ®¸v«i

§¹p d¸sÐt

Kho®ång

nhÊt s¬bé

XØ s¾t

C¸t th¹chanh

NghiÒnliÖu

§ångnhÊt

LßnungchÝnh

ChøaClinke

NghiÒnxi

m¨ng

§ãngbao

NhiªnliÖu

Th¹chcao

Trî dung

Nguyªn liÖu tùnhiªn hoµn

toµn

§Ëp ®¸ vÒ kÝchth−íc yªu cÇu

B¨ng t¶i

Xe

NghiÒn kh«®¹t ®é mÞn

yªu cÇu

PP thæikhÝ qua

c¸c SILO

Lß quayvµ gianhiÖt

Kho¸ngClinke

NghiÒn kh«®¹t ®é mÞn

yªu cÇu

§ãng baohoÆc n¹pvµo SILO

XuÊt xim¨ng

D©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt xi m¨ngH×nh 3.1: S¬ ®å c¸c c«ng ®o¹n s¶n xuÊt xi m¨ng

41

Ch−¬ng 4

HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸

qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

I. Tõ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®Õn

tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

Ngµy nay kh¸i niÖm tù ®éng ho¸ kh«ng cßn bã hÑp trong viÖc ®iÒu

khiÓn tù ®éng c¸c m¸y mãc riªng rÏ mµ më réng ra tù ®éng ho¸ qu¸

tr×nh c«ng nghÖ vµ ë møc cao h¬n lµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.

H×nh 4-1 d−íi ®©y tr×nh bµy th¸p ®iÒu khiÓn víi c¸c møc ®iÒu khiÓn tõ

thÊp ®Õn cao vµ quan hÖ gi÷a c¸c møc ®ã.

H×nh 4-1 : Th¸p ®iÒu khiÓn

C¶m biÕn, c¬ cÊu chÊp hµnh, ®éng c¬, van, r¬le

Qóa tr×nh c«ng nghÖ

3

0

1

2

Controller PID, PLC

M¸y tÝnh Terminals

M¸y tÝnh trung t©m

HÖ §K T§H QTSX

HÖ §K T§H QTCN

§iÒu khiÓn t¹i chæ

§iÒu khiÓn riªng

42

Nhê cã m¸y tÝnh mµ viÖc trao ®æi th«ng tin gi÷a ng−êi vµ m¸y trë nªn

thu©n tiÖn, trªn c¬ së ®ã c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng

nghÖ ra ®êi. NÕu nh− c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng tr−íc ®©y lµm viÖc hoµn

toµn tù ®éng kh«ng cã sù can thiÖp cña con ng−êi ( con ng−êi chØ ®ãng

vai trß khëi ®éng m¸y mµ th«i ) th× c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸

tr×nh c«ng nghÖ thuéc hÖ ng−êi - m¸y, trong ®ã lu«n cã sù trao ®æi

th«ng tin gi÷a m¸y víi m¸y vµ ng−êi víi m¸y. Con ng−êi lµ mét kh©u

cña hÖ thèng, lµm viÖc ë nh÷ng kh©u quan träng nh− lËp kÕ ho¹ch, ra

quyÕt ®Þnh v.v. Ngµy nay hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng

nghÖ rÊt ph¸t triÓn ngµy cµng ®−îc hoµn thiÖn vµ ®−îc dïng réng r5i

trong nhiÒu lÜnh vùc s¶n xuÊt. C¸c nhµ m¸y míi nh− NhiÖt ®iÖn Ph¶ L¹i

2, côm NhiÖt ®iÖn ch¹y khÝ Phó Mü, c¸c nhµ m¸y xi m¨ng Bót S¬n,

Nghi S¬n, Hoµng Mai, nhµ m¸y giÊy B5i B»ng, T©n Mai v.v ®Òu dïng

c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh− ®5 tr×nh bµy ë

trªn. C¸c hÖ thèng nµy th−êng cã tªn lµ hÖ DCS - Distributed Control

System . Trë l¹i th¸p ®iÒu khiÓn ë H×nh 4-1, ta thÊy ë cÊp ®iÒu khiÓn cao

nhÊt lµ hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. §©y lµ hÖ thèng

®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ bao gåm c¶ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ vµ qu¸ tr×nh

qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt. Tr−íc ®©y ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ®Òu do con

ng−êi ®¶m nhiÖm, con ng−êi thu thËp th«ng tin ®Çu vµo cña qu¸ tr×nh

c«ng nghÖ, xö lý nã råi ra lÖnh ®iÒu khiÓn tíi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ

H×nh 4-2. Ngµy nay do tÝnh phøc t¹p cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, do

l−îng th«ng tin vÒ s¶n xuÊt, kinh doanh vµ thÞ tr−êng t¨ng lªn rÊt lín

khiÕn cho con ng−êi khã cã thÓ xö lý kÞp thêi ®−îc. Do ®ã ng−êi ta ®5

øng dông m¸y tÝnh vµ c«ng nghÖ th«ng tin ®Ó tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh

qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt. Nh− vËy trong hÖ thèng ®iÒu hµnh s¶n

xuÊt, m¸y tÝnh ®ãng vai trß cña thiÕt bÞ thu thËp, xö lý th«ng tin, trao

®æi th«ng tin quan träng víi con ng−êi vµ nhËn c¸c th«ng tin diÒu

khiÓn cña con ng−êi ®Ó t¸c ®éng vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt H×nh 4-3

43

Nh×n chung, hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cã

cÊu tróc c¬ b¶n nh− ë H×nh 4-4. PhÇn ë gi÷a lµ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, ®Çu

vµo lµ nguyªn nhiªn vËt liÖu, ®Çu ra lµ s¶n phÈm. PhÇn bao quanh lµ qu¸

tr×nh xö lý th«ng tin bao gåm 4 phÇn chÝnh : lËp kÕ ho¹ch s¶n xuÊt, thiÕt

kÕ s¶n phÈm, ®iÒu khiÓn s¶n xuÊt vµ kinh doanh. Bé phËn qu¶n lý s¶n

xuÊt t−¬ng øng víi c¸c hÖ con chøc n¨ng trªn H×nh1-4 tr−íc ®©y do con

ng−êi ®¶m nhiÖm. Ngµy nay ng−êi ta øng dông m¸y tÝnh ®Ó tù ®éng ho¸

qu¸ tr×nh xö lý th«ng tin qu¶n lý vµ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt gäi t¾t lµ HÖ §K

T§H QTSX. Nh− vËy toµn bé qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Òu ®−îc tù ®éng ho¸.

Mét c¸ch ng¾n gän cã thÓ ®Þnh nghÜa hÖ thèng tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh

s¶n xuÊt nh− sau:

HÖ §K T§H QTSX = HÖ §K T§H QTCN + HÖ §K T§H §HSX

Gi÷a hai hÖ T§H QTCN vµ T§H QTSX cã quan hÖ mËt thiÕt vµ t¸c

®éng qua l¹i víi nhau.

QTSX

H×nh 4-2: HÖ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt theo kiÓu cò theo kiÓu cò

QTSX

M¸y tÝnh

H×nh 4-3: HÖ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ®−îc tù ®éng ho¸

44

ThiÕt kÕs¶n phÈm

Kinh doanh

Qu¸ tr×nh xölý th«ng tin

§iÒu khiÓns¶n xuÊt

Qu¸ tr×nhc«ng nghÖ

Nguyªn liÖuNhiªn liÖu

S¶n phÈm

H×nh 4-7: HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

KÕ ho¹chs¶n xuÊt

H×nh 4-5 tr×nh bµy c¸c chøc n¨ng c¬ b¶n cña c¸c bé phËn ®iÒu hµnh

s¶n xuÊt, quan hÖ gi÷a c¸c bä phËn ®ã víi nhau vµ víi qu¸ tr×nh c«ng

nghÖ. Th«ng qua m¹ng m¸y tÝnh thèng nhÊt vµ phÇn mÒm chuyªn dông

hÖ T§H §HSX ®¶m b¶o viÖc xö lý c¸c th«ng tin vÒ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt

nh− lËp kÕ ho¹ch s¶n xuÊt, thiÕt kÕ s¶n phÈm, cung cÊp vËt t−, tµi chÝnh

kÕ to¸n, nh©n lùc vµ kinh doanh tiÕp thÞ v.v.

45

CADM« phángPh©n tÝch

§¸nh gi¸ thiÕt kÕB¶n vÏ thiÕt kÕ kü thuËt

CAM§¸nh gi¸ gi¸ thµnh

Ho¹ch ®Þnh c«ng nghÖLËp tr×nh m¸y NC

LËp kÕ ho¹ch s¶n xuÊt

CAM§iÒu khiÓn qu¸ tr×nhGi¸m s¸t qu¸ tr×nh

§iÒu khiÓn c¸c m¸yKiÓm tra-b¶o d−ìng

Bé phËn kinh doanh§¬n ®Æt hµng

KÕ to¸nThanh to¸n

Ho¸ ®¬n

QTCN

ThiÕt kÕs¶n phÈm

KÕ ho¹chs¶n xuÊt

§iÒu khiÓns¶n xuÊt

Kinh doanh

H×nh 4-5: HÖ thèng §K T§H QTSX

46

II. C¸c phÇn mÒm øng dông trong hÖ §K T§H QTSX

1. Giíi thiÖu chung

Ngµy nay cã nhiÒu lo¹i phÇn mÒm ®−îc øng dông trong hÖ §K T§H

QTSX

+ PhÇn mÒm thùc hiÖn mét nhiÖmvô riªng rÏ nh− :

- PhÇn mÒm qu¶n lý nh©n sù

- PhÇn mÒm kÕ to¸n - tµi chÝnh

- PhÇn mÒm qu¶n lý vËy t− - kho v.v.

+ PhÇn mÒm tÝch hîp qu¶n lý toµn bé qu¸ tr×nh s¶n xuÊt tõ lËp kÕ ho¹ch

s¶n xuÊt, ®iÒu khiÓn s¶n xuÊt ®Õn ph©n phèi, b¸n s¶n phÈm. §Ó øng dông lo¹i

phÇn mÒm nµy doanh nghiÖp ph¶i ®−îc tæ chøc l¹i thµnh c¸c hÖ con hîp lý,

qu¶n lý chÊt l−îng theo ISO 9000 v.v. Lo¹i phÇn mÒm nµy th−êng rÊt ®¾t,

nh−ng còng ®−a l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ to lín. V× vËy c¸c c«ng ty trªn thÕ giíi

®Òu øng dông hÖ thèng §K T§H QTSX trong ®ã cã phÇn mÒm tÝch hîp.

HiÖn nay trªn thÕ giíi cã nhiÒu phÇn mÒm chuyªn dông dïng cho hÖ §K

T§H QTSX- phæ biÕn nhÊt lµ hai lo¹i phÇn mÒm sau:

+ PhÇn mÒm MRPII (Mü) - Manufacturing Resources Planning II -

PhÇn mÒm kÕ ho¹ch ho¸ nguån lùc s¶n xuÊt, phiªn b¶n 2. PhÇn mÒm nµy

th−êng dïng cho c¸c c«ng ty, doanh nghiÖp lín.

+ PhÇn mÒm EMRP (Mü) -Enteprise Manufacturing Resources

Planning - PhÇn mÒm ho¹ch ®Þnh kÕ ho¹ch s¶n xuÊt vµ tµi nguyªn doanh

nghiÖp. PhÇn mÒm nµy th−êng dïng cho c¸c doanh nghiÖp nhá vµ võa.

2. PhÇn mÒm MRPII

Bèn nguån lùc chÝnh hîp thµnh doanh nghiÖp:

+ Dßng vèn

+ Dßng d÷ liÖu

47

+ Dßng nguyªn liÖu, n¨ng l−îng

+ Dßng nh©n c«ng

MRPII gióp doanh nghiÖp ho¹ch ®Þnh c¸c nguån lùc trªn

H×nh 4-6 tr×nh bµy vÞ trÝ cña phÇn mÒm MRPII trong doanh nghiÖp. Cét

däc trªn H×nh 4-6 lµ hÖ §K T§H QTCn víi m¸y s¶n xuÊt lµ CNC. Cét ngang

trªn H×nh 4-6 lµ hÖ §K T§H QTSX víi phÇm mÒm chuyªn dông ®iÒu hµnh

s¶n xuÊt MRPII.

Chó thÝch :

Concept - ý ®å thiÕt kÕ s¶n phÈm

CAD - Computer Aided Design - ThiÕt kÕ ®−îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh

CAM - Computer Aided Manufacturing - §iÒu khiÓn s¶n xuÊt ®−îc trî

gióp b»ng m¸y tÝnh

CONCEPT

CAD

CAPP

CAM

CAQ

PP MRPII Demand

CAE

CNC Storage Distribution

H×nh 4-6: VÞ trÝ cña MRPII trong doanh nghiÖp

48

CAE - Computer Aided Engineering - ThiÕt kÕ kü thuËt ®−îc trî gióp b»ng

m¸y tÝnh.

CAPP - Computer Aided Proces Planing - Ho¹ch ®Þnh qu¸ tr×nh c«ng

nghÖ ®−îc trî gióp b»ng m¸y tÝnh.

CNC - Computer Numerical Control - §iÒu khiÓn sè b»ng m¸y tÝnh.

CAQ - Computer Aided Quality Control - KiÓm tra chÊt l−îng ®−îc trî

gióp

b»ng m¸y tÝnh.

PP - Production Planing - Ho¹ch ®Þnh s¶n phÈm.

Demand - Yªu cÇu cña kh¸ch hµng.

Storage - Kho tµng

Distribution - Ph©n phèi s¶n phÈm

Theo cét däc cña H×nh 4-6 ta thÊy qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ra s¶n phÈm ®i theo

c¸c b−íc sau:

- §Çu tiªn lµ ý ®å thiÕt kÕ s¶n phÈm.

- Sau khi cã ý t−ëng vÒ s¶n phÈm tiÕp theo lµ thiÕt kÕ s¶n phÈm CAD vµ

thiÕt kÕ kü thuËt cña s¶n phÈm CAE.

- B−íc ba lµ x¸c ®Þnh c«ng nghÖ chÕ t¹o s¶n phÈm CAPP

- B−íc bèn lµ ®iÒu khiÓn s¶n xuÊt CAM, ë ®©y cã c¸c ch−¬ng tr×nh ®Ó

®iÒu khiÓn s¶n xuÊt.

- M¸y s¶n xuÊt lµ m¸y ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh CNC.

- B−íc cuèi cïng lµ b−íc kiÓm tra chÊt l−îng s¶n phÈm CAQ.

Theo hµng ngang cña H×nh 4-6 lµ qu¸ tr×nh qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ta

thÊy cã c¸c b−íc sau:

- B−íc ®Çu tiªn lµ c¸c ®¬n ®Æt hµng cña kh¸ch hµng.

- Qu¸ tr×nh qu¶n lý ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ®−îc thùc hiÖn bëi phÇn mÒm

chuyªn dông MPRII ë b−íc thø hai.

49

- B−íc ba lµ b−íc ®Æt kÕ ho¹ch s¶n xuÊt s¶n phÈm vÒ sè l−îng, tiÕn ®é,

v.v. KÕ ho¹ch nµy ®−a tíi m¸y s¶n xuÊt CNC ®Ó thùc hiÖn.

- S¶n phÈm s¶n xuÊt ra ®−îc ®−a vµo kho (storage) ®Ó ®−a sang bé phËn

xuÊt hµng (distributing).

H×nh 4-6 chØ râ tÊt c¶ c¸c kh©u trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Òu ®−îc trî gióp

b»ng m¸y tÝnh v× vËy nh÷ng hÖ thèng s¶n xuÊt lo¹i nµy th−êng cã tªn lµ hÖ

thèng s¶n xuÊt tÝch hîp m¸y tÝnh CIM (Computer Intergrated

Manufacturing).

H×nh 4-7 tr×nh bµy quan hÖ gi÷a qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phÇn mÒm qu¶n lý

MPRII vµ c¬ së d÷ liÖu cña nhµ m¸y.

Chó thÝch :

Shop - floor Scheduling Rules - Quy t¾c lËp lÞch s¶n xuÊt ë ph©n x−ëng

Shop-Floor Schedling

rules Forecast

Customer Orders CAD

CAPP

CAM

NC

Production

P

lani

ng

Alg

áith

m

Materials Plan

Production Plan

Inventory

To Customer

Data &

Information

CAQ Packing

H×nh 4-7: MRPII vµ C¬ sá d÷ liÖu

50

Forecast - Dù b¸o thÞ tr−êng

Customer orders - §Æt hµng cña kh¸ch hµng

Planing Algorithm - ThuËt to¸n ®Æt kÕ ho¹ch

Production Plan - KÕ ho¹ch s¶n phÈm

Materials Plan - KÕ ho¹ch nguyªn vËt liÖu

Production - S¶n phÈm

Packing - Bao gãi

Inventory - Kho tµng

To Customers - §Õn kh¸ch hµng

Data & Information - C¬ së d÷ liÖu

C¸c H×nh 4-8 ®Õn H×nh 4-12 tr×nh bµy c¸c bé phËn chÝnh (c¸c hÖ con) cña

phÇn mÒm qu¶n lý tù ®éng ho¸ MPRII.

H×nh 4-8 tr×nh bµy hÖ thèng b¸n hµng. Sau khi cËp nhËt vÒ s¶n phÈm vµ

nhËn ®−îc mÖnh lÖnh xuÊt hµng, hÖ thèng sÏ lµm phiÕu thu ®−a sang nhµ kho

vµ lµm ho¸ ®¬n cho kh¸ch hµng.

H×nh 4-9 tr×nh bµy hÖ thèng giao hµng. Sau khi nhËn lÖnh tõ hÖ thèng b¸n

hµng (H×nh 4-8) hÖ thèng giao hµng sÏ lµm lÖnh chuyÓn giao s¶n phÈm cho

kh¸c hµng.

H×nh 4-10 tr×nh bµy hÖ thèng s¶n xuÊt. D÷ liÖu ®Çu vµo cña hÖ thèng s¶n

xuÊt lµ yªu cÇu tõ hÖ thèng b¸n s¶n phÈm. Tõ yªu cÇu nµy ng−êi ta lËp kÕ

ho¹ch ph©n phèi s¶n phÈm ®Ó ®−a ®Õn bé phËn s¶n xuÊt t¹i nhµ m¸y.

H×nh 4-11 tr×nh bµy hÖ thèng thiÕt kÕ s¶n phÈm vµ quan hÖ víi c¸c hÖ

thèng kh¸c trong hÖ thèng.

Cuèi cïng H×nh 4-12 lµ hÖ thèng mua s¾m vËt t− nguyªn liÖu dïng cho

s¶n xuÊt vµ mèc quan hÖ víi c¸c hÖ con kh¸c trong hÖ thèng. H×nh 4-12 cho

ta mét c¸ch nh×n tæng thÓ vÒ hÖ thèng §K T§H QTSC, mèc quan hÖ gi÷a c¸c

bé phËn, dßng th«ng tin vµ dßng s¶n phÈm l−u chuyÓn trong hÖ thèng.

51

PhiÕu thu

B¶ng kª

Lµm lÖnh xuÊt

Lµm hãa ®¬n

Nhµ kho

H×nh 4-8 : HÖ thèng b¸n hµng

§iÒu tra d÷ liÖu

Dßng s¶n phÈm

MÖnh lÖnh

D÷ liÖu vÒ hãa ®¬n

MÖnh lÖnh

ChuyÓn giao Dßng s¶n phÈm

Th«ng tin

Dßng th«ng tin

52

hÖ thèng bè trÝ nhµ kho

hÖ thèng dì lÊy s¶n phÈm

Nhµ kho

H×nh 4-9: HÖ thèng chuyÓn giao s¶n phÈm

§iÒu tra d÷ liÖu

MÖnh lÖnh

MÖnh lÖnh h−íng dÉn

hÖ thèng b¸n s¶n phÈm

hÖ thèng ph©n phèi

Cung cÊp s¶n phÈm

53

KÕ HO¹CH ph©n phèi

yªu cÇu vÒ

phô tïng

H×nh 4-10: HÖ thèng s¶n xuÊt

yªu cÇu vÒ nguyªn liÖu

Cung cÊp s¶n phÈm

Nhµ m¸y

Nhµ kho

hîp ®ång phô

lÖnh cung cÊp

hÖ thèng ®iÒu khiÓn s¶n phÈm

hÖ thèng b¸n s¶n phÈm

§iÒu tra d÷ liÖu

MÖnh lÖnh

hÖ thèng chuyÓn giao

s¶n phÈm

MÖnh lÖnh h−íng dÉn

C¸c mÖnh lÖnh

54

Nghiªn cøu

thiÕt kÕ

s¬ bé

H×nh 4-11: HÖ thèng thiÕt kÕ s¶n phÈm

Cung cÊp s¶n phÈm

Nhµ m¸y

Nhµ kho

§iÒu tra d÷ liÖu

MÖnh lÖnh

MÖnh lÖnh h−íng dÉn

MÖnh lÖnh

thiÕt kÕ chi tiÕt

thiÕt kÕ kü thuËt

hÖ thèng b¸n s¶n phÈm

hÖ thèng s¶n xuÊt

hÖ thèng chuyÓn giao

s¶n phÈm

ý ®å

MÖnh lÖnh

55

hÖ thèng

th«ng tin vÒ ng−êi cung cÊp

H×nh 4-12: HÖ thèng mua s¾m

Cung cÊp s¶n phÈm

Nhµ m¸y

Nhµ kho

§iÒu tra d÷ liÖu

MÖnh lÖnh

MÖnh lÖnh h−íng dÉn

MÖnh lÖnh hÖ thèng b¸n s¶n phÈm

hÖ thèng s¶n xuÊt

hÖ thèng chuyÓn giao

s¶n phÈm

ý ®å ThiÕt kÕ

hÖ thèng hîp ®ång

phô

hÖ thèng mÖnh lÖnh

hÖ thèng hãa ®¬n vµ

kiÓm tra

hÖ thèng thiÕt kÕ

MÖnh lÖnh

56

III. KÕt luËn

Trong thêi ®¹i ngµy nay khoa häc c«ng nghÖ ph¸t triÓn rÊt nhanh. Dùa

trªn nh÷ng thµnh tùu cña c«ng nghÖ ®iÖn tö vµ tin häc, c«ng nghÖ tù ®éng

ho¸ cã tèc ®é ph¸t triÓn rÊt cao. Ngµy nay c«ng nghÖ tù ®éng ho¸ ®5 x©m

nhËp vµo mäi lÜnh vùc s¶n xuÊt vµ ®êi sèng cña con ng−êi.

HÖ thèng §K T§H QTSX kh«ng nh÷ng gãp phÇn gi¶m nhÑ søc lao

®éng ch©n tay mµ cßn gi¶m nhÑ søc lao ®éng trÝ ãc cu¶ con ng−êi. HÖ

thèng §K T§H QTSX n©ng cao n¨ng suÊt chÊt l−îng vµ ®−a l¹i hiÖu qu¶

kinh tÕ to lín. V× vËy ngµy nay hÖ thèng §K T§H QTSX ngµy cµng ®−îc

øng dông réng r5i vµ trë thµnh chØ tiªu ®Ó d¸nh gi¸ tr×nh ®é tù ®éng ho¸

cña mét nhµ m¸y, mét doanh nghiÖp.

C¸c c«ng nghÖ míi nh− m¹ng m¸y tÝnh, hÖ truyÒn th«ng c«ng nghiÖp,

hÖ ®iÒu khiÓn ph©n t¸n DCS (Distributed Control System) hÖ gi¸m s¸t vµ

thu thËp sè liÖu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) v.v.

®5 gióp cho hÖ §K T§H QTCN kh«ng nh÷ng ®−îc ¸p dông vµo c¸c

doanh nghiÖp lín mµ cßn ®−îc ¸p dông rÊt hiÖu qu¶ ®èi víi c¸c doanh

nghiÖp nhá vµ võa.

57

Tài liệu tham khảo

1. Mikell P. Groover Automation Production system and

Computer Intergrated Manufacturing . Prentice-Hall, 1987.

2. Methods model based process control .1995 Nato

3. Bolkov I.M. ACYTII .1977

4. Biegle John. Production Control .1971

5. Nguyễn Công Hiền. Bài giảng “Hệ thống tự ñộng hoá quá

trình công nghệ”, 1999

6. Tài liệu kỹ thuật về hệ thống ñiều khiển nhà máy xi măng

Hoàng Thạch.