Presentation FI15 1day Basic Distributed Control System (DCS CVP

Basic Field Instrument and Automation Training Course

Instrumentation & Automation Education Center ( IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.

“ Basic Field Instrument and Automation Course”

Course title

Centum Operation Course Lesson 09.00 09.0 0 am – 04. 04.30 30 pm Break I 10.30 10. 30 am – 10. 10.45 45 am Lunch break 12.00 12.0 0 pm – 01. 01.00 00 pm Break II 02.30 02.3 0 pm – 02. 02.45 45 pm

Instrumentation & Automation Education Center (IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.

“Professiona Professionall Instrument Engineer Training Program ”

“ CentumVP Fundamental Training Course “

Basic Distributed Control System (DCS)

ระบบการควบคมอ มอตโนมั ตั โนมัตเบ เ บ องต อ งตน



Distributed Control System (DCS)

ประวัตของ ข อง DCS ววัว ัฒนาการของระบบการควบค ฒนาการของระบบการควบคมอั มอัตโนมั ตโนมัต ต ส วนประกอบของระบบ วนประกอบของระบบ DCS หลักการควบค กการควบคมในระบบ มในระบบ DCS การเขยนโปรแกรมในระบบ ยนโปรแกรมในระบบ DCS ตัวอย วอยางการน างการนาระบบ DCS ไปใช ในการควบคม




Basic Distributed Control System (DCS)

ระบบการควบคมอ มอตโนมั ตั โนมัตเบ เ บ องต อ งตน



Distributed Control System (DCS)

ประวัตของ ข อง DCS ววัว ัฒนาการของระบบการควบค ฒนาการของระบบการควบคมอั มอัตโนมั ตโนมัต ต ส วนประกอบของระบบ วนประกอบของระบบ DCS หลักการควบค กการควบคมในระบบ มในระบบ DCS การเขยนโปรแกรมในระบบ ยนโปรแกรมในระบบ DCS ตัวอย วอยางการน างการนาระบบ DCS ไปใช ในการควบคม




ประวัตตของ ของ DCS

การนาเอาระบบการวัดค ดคมอั มอัตโนมั ตโนมัตมาใช ม าใช ในงานวัด ปรมาณทางดานอ มาณทางดานอตสาหกรรม ตสาหกรรม อันไดแก น ไดแก อ อณหภ ณหภม ,อั  ,อัตราการ ตราการ ไหลและความดัน เร มเก มเกดข ดข นราวๆ นราวๆ ปป ค.ศ. 1930 ซ  งใช งใช ใน กระบวนการกลั นน นน ามัน ลักษณะเด กษณะเดนของเทคโนโลย นของเทคโนโลย การวั การวัด คมในช มในช วงเวลาน วงเวลาน ค คอ เคร องม องมอวั อวัดค ดคมจะต มจะตดตั ดตังท งท หองท  บร บรเวณ เวณ  งเป แหลงของขบวนการผล งของขบวนการผลต ซ  งเปนอปกรณ ปกรณวัวัดค ดคมท มท ท ท า ดวย ดวย เคร องจั องจักรกลขนาดใหญ กรกลขนาดใหญ




ววัวัฒนาการของระบบการควบค ฒนาการของระบบการควบค  มอั มอัตโนมั ตโนมัตต

ช วง วง ค.ศ. 1950 ถง 1960 คอ ช วงของการผั วงของการผันเปล นเปล ยนเทคโนโลย ยนเทคโนโลย ช วง วง ค.ศ. 1950 ถง 1960 เทคโนโลยทางดานการวั ท างดานการวัดค ดคม ไดรั บการพัฒนาอย การพั ฒนาอยางมากควบค างมากควบค ไปกั ไปกับการฟ บการฟ  นตั นตัวทางดานเศรษฐก วทางดานเศรษฐกจ ของประเทศญ ป ป  นท  ม ม งไปส งไปส อ อตสาหกรรมเหล ตสาหกรรมเหลก, ปโตรเลยมและ ยมและ  งทอ อตสาหกรรมส ตสาหกรรมส  งทอ ลักษณะของการวั กษณะของการวัดค ดคมจะประกอบดวยเคร มจะประกอบดวยเคร องวั องวัด คมแบบ มแบบ Analog Single Loop Controller จานวนมาก โดยในช วง วง เร มต มตนด  วย  การใช ตัวควบค วควบคมแบบ มแบบ Pneumatic ท ท ทางานดวยลม งานดวยลม แต ดวยความกาวหน วยความก  าวหนาทางด าทางดานอ านอเลคโทรน เลคโทรนคส คส  และขนาดของ และขนาดของ กระบวนการผลตท ตท ขยายใหญ ขยายใหญข ข น อปกรณ ปกรณการวั การวัดค ดคมจ มจงไดรั ง ไดรับการ พัฒนาจากระบบ Pneumatic ไปส ระบบอ ระบบอเลคทรอน เลคทรอนคส คส มาโดยล มาโดยลาดับ




ววัฒนาการของระบบการควบค มอัตโนมัต

ค.ศ. 1960 ปแหงจดเร มตนของคอมพวเตอรก ับงานวัดคม ใน ค.ศ. 1960 นับวาเปนปแหงจดเร มต นของ การนาเอาคอมพวเตอรมาใช งานควบคมกระบวนการ โดยลาดับตามการทางานและความสามารถของ คอมพวเตอร


“Professional Instrument Engineer Training Program ”



Data Logging Display

เปนการนาคอมพวเตอรได ถกนามา บันทกผลและเฝาคม (Recording and Monitoring)

Printing Computer system

Controller Set point Measured value

output





Set Point Control เน องจากคอมพวเตอรมส  มรรถนะทางดานการคานวณท ดข  น  จง ไดถกออกแบบใหทา หนาท  คานวณหาเง อนไขท ดท  ส  ด (Optimum Process Conditions) ของ กระบวนการ การ คานวณหาคาตัวแปรเป าหมาย (SV) ให แกเคร องควบคมแตละตัว โดยสถาปัตยกรรมท กลาว มาน เรยกวา Set Point Control หรอเรยกอกอยางหน งวา Supervisory Process Control Display

Printing Computer system

Controller Set point

Measured value

output





Direct Digital Control หรอ เรยกยอๆ วา DDC ตอมาเม อประมาณป ค.ศ.1965 ได นาเอาคอมพวเตอรท ม สมรรถนะในการ ัย Digital คานวณสงๆ มาใช แทนเคร องควบคมแบบ Analog การควบคมน อาศ Computer เพยงหนวยเดยว ควบคมกระบวนการแบบรวมศนย และรับผดชอบตอ Loop การควบคมจานวนหลายรอย Loop เรยกสถาปัตยกรรมแบบน วา Direct Digital Control หรอ “DDC” แตปัญหาของการควบคมแบบ DDC เน องจากการ ล มเหลวของคอมพวเตอรท ค าดไมถง ไดส งผลทา ใหการปฏบัตการตอกระบวนการ ผลตหยดชะงักงัน (Plant Operation to a Halt) ดั งนันการออกแบบด วยการ ส ารองอปกรณดังเช น CPU, อปกรณการ Back Up และอ นๆ จงกลายเปนส  งจาเปน แตเม อคานงถงคาใช จายท จาเปนตองมส าหรับส ารองอปกรณจงมผลทา ใหระบบ DDC ไมสามารถแทนท ระบบการควบคมแบบ Analog ได ทัง หมด เพราะมราคา แพงมากในตอนนัน





Direct Digital Control (DDC) Display

Many Input Points

Computer system

Printing

Many Output Points I/P





ค.ศ. 1975 ปแหงการเร มตนของ DCS (Distributed Control System) การกาเนดของ Microprocessor ในป ค.ศ. 1970 ได น าไปส ความ เปล ย นแปลงในหลายสาข ารวมทัง ทาง ด า นว ศ วกรรมวัดค ม ด ว ย ราค าของ Microprocessor ท ลดลง กอปรกับสมรรถนะท เพ มสงข นจงเปนผลใหระบบควบคม ท ใช เพยงระบบควบคมด วยคอมพวเตอร 1 หนวย ควบคมแบบรวมศน ย (เพราะตด ปัญหาในดานราคาของ processor)สามารถท จะเปนระบบการควบคมแบบกระจาย ศนย Chip Microprocessor กระจายไปอย ตามแตละ Station ส  อสารกันกับ Operator Station ทาง Terminal ของจอภาพเพ อใช ในการเฝาคมและปฏบัตการ หลังจากป ค.ศ. 1975 บรรดาผ ผลตทั วโลกรวมทังประเทศญ ป  นได  เร มขยายการ ประยกต ตอการควบคมแบบ Batch และการควบคมลาดับขั น (Batch and Sequence Control)





Distributedto 80 Loops Processes

Plant A

Plant B

Distributed Control System (DCS) Plant N

Control Station (Distributed)





Data Communication

(Centralized)

Display


Manipulation And Monitoring Station (Operator Station)

Printing



Parameter Use For Control

PV

Process Variable

SV

Set Point Variable

MV

Manipulated Variable

DV

Deviation Variable

CONTROLLER

PV Instrumentation & Automation Education Center (IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.

SV

MV



System Overview




Yokogawa DCS History Vnet/IP 1 Gbps

2008 CENTUM VP

2004 CENTUM CS3000 R3

Vnet 10 Mbps

Vnet/IP 1 GBPS Dual Redundant Ethernet

HF-BUS 1 Mbps

1993 CENTUM CS

1998 CENTUM CS3000 R3 EWS

AFV10

PICS EWS

F-BUS 250 kbps

Vnet

HF-Bus F-Bus

HIS

10 MBPS

1983 CENTUM V

Redundant 1988 Dual Token Pass CENTUM-XL

ENGS

1MBPS Dual Redundant Token Pass

Vnet/IP Router ICS

COPSV

PFCS BCV LFCS

FFCS KFCS

EOPS

1974 CENTUM CFFS CFCS2 CFCD2

COPS

CFCS EFCD

250 KBPS Dual Redundant Token Pass

CFCS

CFCD




Field Control Station Human Interface Station Ethernet

Eng Vnet/VnetIP




สวนประกอบของระบบ DCS

โครงสรางระบบควบคมอัตโนมัต  (DCS)





ส วนประกอบหลักของระบบการควบคมอ ัตโนมัต  (DCS) ส วนตดตอกับ ผปฏ  บัตง าน (Human Interface Station) 2. ส วนหนวยวศวกรรม (Engineering Station) 3. ส วนในการควบคม (Field Control Station) 1.

ส วนเครอขายส  อสารหลัก (Backbone Network) 5. ส ว นตต อสาย (Marshalling Cabinet) 6. ส วนพมพรายงาน (Printer) 4.





ส วนตดตอก ับผป  ฏบ ัตงาน (Human Interface Station) เป นหน ว ยแส ดง ผลแ ละบัง คับ การ ท  เ ช   อ มระหว า งผ  ใ ช กับ ขบวนการผล ต จะตั งอย ใ นห อ งควบค ม เพ อ ทา หน า ท แ สด งข อ ม ล ของ ั ง ใหทาการ ขบวนการผลตท ส งมาจาก Field Control Station เช น การส เปล ยนคาเป าหมาย (Set Point) ด คาของกระบวนการผลต (PV) หรอการ เปล ยนสถานะโหมดของระบบควบคม (Loop Status)





ส วนหนวยวศวกรรม (Engineering Station) เป น หน ว ยท ใช ใ นการก า หนดค า ส ั ง ต า งๆ ท า งาน หร อ สร า งภาพ แสดงผล ส วนน จะเป นหนว ยท มความส าคัญมากตั งแตเร มต นการสรางระบบ การควบคม จนถงการซ อมบารง และการแก ไขหรอเพ ม เตมระบบการควบคม หน ว ยน จ ะต ออ ย กับ เคร อ ขา ยส  อ สารหลัก แล ะยัง ใช เ ป น ส ว นต ด ต อ กับ ผ ปฏบัตงานไดด วย





ส วนในการควบคม (Field Control Station) เปนหนวยท ใช ในการประมวลผล ตัวควบคมจะประกอบไปดวย 1. แหลงจายพลังงาน (Power Supply Unit) 2. ตัวประมวลผลกลาง (Central Processor Unit) 3. ส วนประกอบรับและส ง ส ัญญาณ (Input and Output Card)




System Configuration HIS0164

HIS0162

ENG

HIS : Human Interface Station Control Bus & Ethernet data

HIS0163

HUB Bus1

HUB Bus2

FCS0101 FFCS-L

FCS : Field Control Station

FCS0103

FCS0102 FFCS-L

ESB BUS LOCAL NODE

Equipment or Field Instrument




System Configuration FFCS-L

ส วนในการควบคม (Field Control Station) Vnet/IP

8 IO slots

EC401 ESB bus interface card Instrumentation & Automation Education Center (IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.

CP451 CPU module

Power supply unit



FFCS-L

Node in FFCS Architecture





ส วนเครอขายส  อสารหลัก (Backbone Network) เปนระบบส  อสารหลักท ใช ในการส งผา นขอมลของระหวา งขอมลตางๆ ของระบบควบคม เครอขายส  อสารหลักจะมความเรวข นอย กับมาตรฐาน เครอขายท นามาใช  เช น Token Bus(IEEE 802.4), Token Ring (IEEE 802.5), Ethernet ส วนหนวยวศวกรรม

ส ว นตดตอกับผป ฏบัตง าน


Eng

เครอขายส  อสารหลัก ส วนในการควบคม

ส วนในการควบคม





Control Bus Interface Card (VI701) SW 1 : Set Domain

SW 2 : Set Station

VI701 Specification Interface: PCI/PCI-X 32bits 3.3V/5.0V Mac Address: Vnet/IP bus1 Vnet/IP bus2 Vnet/IP on TCP/IP Ethernet (for Open)

BNC connector BUS 2

BNC connector BUS 1




Control Bus Interface Card (VI701)

L2SW (Switching Hub)

CAT5E UTP Cables Fiber Optics Cables

Note : L3SW* (for multi domain) Instrumentation & Automation Education Center (IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.



Ethernet

•

Hub Link 10/100 Mbps or 1 Gbps

•

Network Cable (RJ-45connector)

•

Network Interface Card





ส วนตต อสาย (Marshalling Cabinet) เปนส วนท ใช เช  อมตอระหวางสายไฟ จากเคร องมอวัดในกระบวนการผลต ไปยังส วนอนพตและเอาตพตของตัวควบคม





ส วนพมพรายงาน (Printer) เป น เคร อ งพมพส ว นกลางท ต ดตั ง อย บน เค รอ ขา ยหลักส  า หรั บ ใช พ  ม พ รายงานหรอ ส ัญญาณเตอนตางๆ ส วนพมพรายงาน

ส วนหนวยวศวกรรม



Eng

เครอขายส  อสารหลัก


Foundation Fieldbus



Field Network Input/Output “Professional Instrument Engineer Training Program ”



Domain & Station on system Station 1 Station 64 Station 2

Station 63

DOMAIN 1 Station 62

Station 3

Total 64 Station Station 4

Station 61

Domain Max. 16 Domain Instrumentation & Automation Education Center (IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.



หลักการควบค มในระบบ DCS

ส วนอนพตและเอารพต  ของระบบควบคมอตั โ นมัต  (DCS) 1. Analog Input 2. Analog Output 3. Digital Input 4. Digital Output 5. Pulse Input

: ส งส ัญญาณไฟฟาเป น 1-5 V และ 4-20 mA : ส งส ัญญาณไฟฟาเป น 1-5 V และ 4-20 mA : ส งส ัญญาณไฟฟาเปน ON และ OFF (1,0) : ส งส ัญญาณไฟฟาเปน ON และ OFF (1,0) : ส งส ัญญาณไฟฟาเปน Square Wave




Input and Output Module

I/O Node Unit




Local Node in FCS Architecture : KFCS

1 2 3 4 5 6 7 8




Local Node in FCS Architecture : KFCS




Remote Node in FCS Architecture : KFCS




หลักการควบค มในระบบ DCS

หลักการควบคมในระบบควบค มอัตโนมัต  (DCS) 1. การควบคมแบบ Loop Control ( Regulatory Control) ันการควบคมพ นฐานท กระทากระบวนการคานวณ เพ อการ เปนฟังกช ันบลอกจาพวกท เราเรยกวา ควบคม และเฝาคมกระบวนการของฟังกช Regulatory Control Block ั (Sequence Control ) 2. การควบคมแบบลาดบั ข นตอน การควบคมการทางานท ประกอบดวยหลาย ๆ ขันตอนยอย ให ลาดับ กอนหลังของขันตอนยอยเปนไปตามท เรากาหนดอยางแนนอนหรอ เปล ยนแปลงตามสภาพเหตการณ (Event) สภาพเหตการณดังกลาว ทราบไดจากอปกรณทางดาน Digital Input , Internal Switch




การเขยนโปรแกรมในระบบ DCS

การควบคมแบบ Loop Control (Regulatory Contr FCS

CONTROLLER 11F101 PID

AI

I/O MODULE

AO Software

Hardware FT01 Instrumentation & Automation Education Center (IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.

FCV100 “Professional Instrument Engineer Training Program ”



การควบคมแบบ Loop Control (Regulatory Contr อัตราการไหล ท  Transmitter (FT01) อานคา ไดจะถกส งผาน I/O  ง ผใช Module (%Z011101) ซ  ต องเลอกชนดของ I/O Module ให  เหมาะสมกับ ส ัญญาณอนพต จากนัน ส ัญญาณน จะถกนาไปประเมนผลทา ัญญาณเอาทพต (MV) ท  การคานวณท  PID Block (FIC100) หาส เหมาะสม และส ง ส ัญญาณเอาทพต  นัน ผ าน I/O Module (%Z011102)  สงออกไปยังวาลวควบคม (FCV100)





การควบคมแบบการควบคมลาดบั ข นตอน ั (Sequence Control)














Operation and Monitoring




Elements of New HIS Display Windows Desktop = Whole Area of CRT System Message Banner = Alarm Disp lay Area Browser Bar = Navigation Tool Container Window = Container Window or Pop up Window * Frame = An element of Container Wind ow * Tab = Switches display * View = An element of Frame or Pop Up Window (R3 HIS Window)




Display of Centum VP HIS The display of CENTUM VP HIS consists of the System Message Banner, Browser Bar, and HIS Desktop Area.




Examples of Frames and Pop-Up Window Frame = An element of Container Window System Message Banner Pop-Up Window Browser Bar




Access Area of Browser Bar

Overview Tool Box Preset Menu Tool Box Tool button Tool Box Name Input Tool Box

Window History Tool Box




Access Area of Browser Bar

Overview/View

Overview/Trend

Preset Menu


Overview/Plant

Tool Button

Name Input



Standard Display Screens Windows




Graphic window The graphic windows the plant or control status in the format created by the user using graphic builder. Some of graphical primitives can be designed with conditional modifiers that change the colors of the object at different conditions.




Overview window Overview window displays the overview status of certain tags and other windows and Contains call up functions to difference windows




Control group 8 loop window Control group window displays the tag elements a s instrument faceplates, from which you can operate and monitor them.




Control group 16 loop window Control group window displays the tag elements as instrument faceplates, from which you can monitor them.




Trend View The Trend View displays the acquired o r saved trend data in graph s to allow monitoring of time-series changes in the process data. Each Trend View displays 8 pens. Toolbar

Graph Display Area

Legend




Tuning View – Parameter Display Area The Tuning view displays a detailed control status for individual function blocks. This window can be used for monitoring and be used to change tuning parameters.




Control Drawing View The Control Drawing view displays the function blocks defined in the Control Drawing Builder and the status and the progress status of that function blocks.

Control Drawing view displays the controlling status and connection status of multiple function blocks visually. By double-clicking a function block, or pushing the display key when a function block is selected, the window of the block may be called up. The window type depends on the function block type.




Standard Faceplates




Components of Instrument Faceplate PID Control Block Tag Number Tag Comment

Tag mark Mode

Cascade Mark

Alarm status

Engineering Units

Process Variable Set Point Variable Manipulated Variable Index Mark

High Scale

Manipulated Variable Limits

High High alarm setting High alarm setting

Manipulated Variable Setpoint

Index Mark

Process Variable Low Scale

Data Item Caller




Components of Instrument Faceplate




Tag Mark

IMPORTANT TAG

GENERAL TAG

AUXILLARY TAG




Tag Mark Color

CAL

Calibration

NR

Normal

AOF

Alarm Output Off Alarm Occurrence

LO,LL,HI,HH,OOP,IOP

Alarm Occurrence

DV,VEL,MLO,MHI

Tag Without Alarm

No Alarm

Communication error Instrumentation & Automation Education Center (IAEC) Yokogawa (Thailand) Ltd.



Presentation FI15 1day Basic Distributed Control System (DCS CVP

Recommend Documents