>> Mạng truyền thông công nghiệp Ethernet trong nhà máy xi măng (P1)
3. Cấu trúc hệ thống tự động hóa trong nhà máy xi măng sử dụng Ethernet
a. Cấu trúc mạng và mức độ dự phòng duy trì (Redundancy)
Trong môi trường văn phòng, các yêu cầu về giới hạn xảy ra sự cố sẽ không được thông báo như trong môi trường công nghiệp. Thử hình dung khi một nhà máy sản xuất đang hoạt động phải ngừng vì sự cố mạng truyền thông. Thời gian dừng sẽ gây ra chi phí thiệt hại khá lớn. Với môi trường công nghiệp sẽ có sẵn các thành phần thiết bị có khả năng thay thế dự phòng kịp thời đảm bảo thời gian dừng máy càng thấp càng tốt. Bằng cách này chi phí dừng máy sẽ được giảm một cách đáng kể.
Để đưa ra giải pháp này, cấu trúc mạch vòng (ring) thông thường được lựa chọn trong công nghiệp.
Cấu trúc mạch vòng sẽ có những ưu thế mạnh như sau:
- Thời gian phục hồi (tự cấu hình trở lại) cực nhanh (< 500ms), chính vì thế mà nhanh hơn cấu trúc STP (Spanning Tree) và RSTP (Rapid Spanning Tree).
- Có thể có tối đa 50 Switch được lắp trên 1 mạch vòng (ring), theo cách này thì có thể tạo ra các cấu trúc mạng từ nhỏ đến rất lớn.
- Giảm được các công việc đi cáp và như vậy tiết kiệm được chi phí.
- Việc đi cáp được kết cấp gọn nhẹ và đơn giản không phức tạp.
- Cho phép mở rộng, nâng cấp trong khi nhà máy vẫn đang hoạt động
Thực tế cho thấy hiện nay hầu hết các nhà máy xi măng của VICEM đều đã có hệ thống tự động hóa ứng dụng công nghệ Ethernet trong truyền thông dữ liệu, chẳng hạn như:
1. Dây chuyền 2, 3 xi măng Hoàng Thạch (thiết bị của ABB, Siemens).
2. Xi măng Hải Phòng (thiết bị của Siemens)
3. Xi măng Bút Sơn 1, 2 (thiết bị của Siemens)
4. Xi măng Hoàng Mai (thiết bị của Siemens)
5. Xi măng Tam Điệp (thiết bị của Allen Bradley)
6. Xi măng Bỉm Sơn (thiết bị của Toshiba)
Về cấu trúc mạch vòng Ethernet điển hình cho một nhà máy xi măng:
Trong một nhà máy xi măng có thể hình dung mạng Ethernet được cấu trúc theo 2 kiểu:
- Cấu trúc mạng Ethernet tại CCR: được thiết lập theo cấu trúc hình sao (Star - Topology), các máy tính vận hành (OS) được liên kết với nhau thông qua các Switch tạo thành một mạng LAN.
- Cấu trúc mạch vòng (hoặc bus): các bộ điều khiển PLC tại các trạm liên kết với nhau và với hệ thống máy tính tại CCR nhau theo cấu trúc mạch vòng (hoặc bus).
Để liên kết các bộ PLC với thiết bị máy tính vận hành giám sát tại CCR, thông thường các nhà sản xuất thiết bị điều khiển hàng đầu trên thế giới hiện nay đều đã đưa ra các mô đun chuyên dùng để kết nối chuẩn Ethernet hoặc là các cổng giao tiếp với mạng Ethernet tích hợp ngay trên mô dun CPU. Khi truyền tín hiệu đi xa, cáp quang sẽ được sử dụng thông qua các bộ chuyển đổi quang - điện (OLM).
b. Hệ thống điều khiển được cấu trúc theo dạng bus có dự phòng duy trì (Redundancy).
- Dự phòng về đường truyền gồm 02 đường cáp đồng trục (hoặc cáp sợi quang chạy song song) và kết nối với 2 cổng truyền thông (1 cổng dự phòng) trong mỗi bộ điều kiển PLC của từng công đoạn (02 mô đun Ethernet hoặc CPU với 02 cổng Ethernet).
- Tại CCR cần thiết bố trí 02 máy tính chủ (server) cấu hình như nhau và cài đặt phần mềm hệ th ống để đảm bảo hoạt động song song trong chế độ vận hành bình thường. Khi có sự cố một máy tính chủ sẽ thay thế toàn bộ công việc của máy tính chủ bị lỗi trong khi toàn bộ hệ thống vẫn hoạt động bình thường.
Hình 3: Hệ thống điều khiển nhà máy xi măng theo cấu trúc Bus có dự phòng (Redundancy).
c. Hệ thống điều khiển được cấu trúc theo dạng mạch vòng có dự phòng duy trì (Redundancy)
Các máy tính vận hành tại CCR được liên kết theo kiểu hình sao (Star - Topology) tại CCR thông qua các switch tạo thành một mạng LAN và kết nối với các bộ điều khiển PLC trong từng công đoạn thông qua mạng truyền thông công nghiệp Ethernet tạo nên một mạch vòng khép kín đảm bảo mức độ dự phòng trong quá trình truyền dữ liệu.
Hình 4: Hệ thống điều khiển nhà máy xi măng theo cấu trúc mạch vòng (Ring) Redundancy.
Tóm lại: Công nghệ truyền thông Ethernet ngày nay đã được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong môi trường văn phòng, sản xuất kinh doanh mà còn đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Nhờ có công nghệ này mà ngày nay việc điều hành quản lý, giám sát hoạt động trong nội bộ nhà máy ngày càng đa dạng và thuận lợi hơn rất nhiều. Các hệ thống điều khiển, giám sát rời rạc của nhiều nhà chế tạo khác nhau trên thế giới có thể bắt tay với nhau và được tích hợp vào trong cùng một hệ thống để chia sẻ tài nguyên, tương tác, kiểm soát lẫn nhau, đảm bảo toàn bộ hệ thống thiết bị của nhà máy hoạt động một cách đồng bộ, tin cậy và ổn định.
ximang.vn (Nguồn: Tạp chí Thông tin KHCN-Vicem)