Ứng dụng chuẩn IEEE 1588 vào tự động hóa trong công nghiệp

Việc sản xuất các sản phẩm riêng lẻ thường không nhanh hơn và có độ chính xác cao như nhiều sản phẩm trong một phút. Các giải pháp điều khiển truyền thống có thể đã giới hạn việc đạt được mục tiêu nhanh hơn và chính xác hơn. Chuẩn IEEE 1588 cung cấp một giải pháp điều khiển trên cơ sở thời gian mà có thể được ngành điều khiển công nghiệp chấp nhận một cách dễ dàng trong việc phân bổ thời gian chính xác cho quá trình điều khiển trên cơ sở thời gian ở xưởng sản xuất. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng chuẩn IEEE 1588 vào tự động hóa trong công nghiệp Ứng dụng chuẩn IEEE 1588 vào tự động hóa trong công nghiệp Việc sản xuất các sản phẩm riêng lẻ thường không nhanh hơn và có độ chính xác cao như nhiều sản phẩm trong một phút. Các giải pháp điều khiển truyền thống có thể đã giới hạn việc đạt được mục tiêu nhanh hơn và chính xác hơn. Chuẩn IEEE 1588 cung cấp một giải pháp điều khiển trên cơ sở thời gian mà có thể được ngành điều khiển công nghiệp chấp nhận một cách dễ dàng trong việc phân bổ thời gian chính xác cho quá trình điều khiển trên cơ sở thời gian ở xưởng sản xuất. Tình huống điều khiển cơ sở thời gian Trong hệ thống điều khiển tuần tự truyền thống với các cảm biến đầu vào, các bộ thừa hành đầu ra và các bộ điều khiển công nghiệp nằm rải rác trong một mạng cục bộ, các thuật toán điều khiển luôn luôn dựa trên cơ sở quét quá trình và dị bộ, do đó dễ bị rối loạn. Một số hệ thống sử dụng kỹ thuật thay đổi trạng thái hoặc kích thích theo sự kiện để cải thiện hiệu quả hoạt động. Tuy nhiên, kiểu điều khiển cơ sở thời gian cho ta một lựa chọn có hiệu quả tốt nhất. Điều khiển quét Đối với điều khiển quét, quá trình sẽ như sau đối với một chuỗi đơn giản gồm đầu vào, điều khiển, đầu ra. Số liệu đầu vào từ các thiết bị cảm biến được gửi tới bộ điều khiển theo một chu kỳ thời gian nào đó. Bộ điều khiển chạy thuật toán điều khiển theo một chu kỳ và kết quả đầu ra được gửi tới bộ thừa hành đầu ra theo một chu kỳ. Các đầu vào/ra thay đổi trạng thái một cách dị bộ theo quá trình quét chu kỳ của đầu vào/ra. Cấu trúc mạng Chuỗi đầu vào – xử lý – đầu ra này tạo ra độ trễ rất co dãn từ đầu vào tới đầu ra. Độ trễ này sẽ là một hàm của thời điểm mà đầu vào thay đổi theo chu trình quét dị bộ của quá trình đầu vào, bộ điều khiển và đầu ra, trễ lan truyền, và trễ bên trong thiết bị. Các trễ này được minh họa ở Hình 1. Hình 1 Điều khiển theo sự kiện Điều khiển theo sự kiện hay điều khiển thay đổi trạng thái có thể giảm trễ một cách đáng kể. Đối với vận hành kiểu thay đổi trạng thái, trễ quét đầu vào, điều khiển và đầu ra bị triệt tiêu. Khi thiết bị đầu vào dò tìm được một sự chuyển trạng thái của đầu vào, nó sẽ ngay lập tức gửi đến bộ điều khiển. Bộ điều khiển bị ngắt khi có tín hiệu đầu vào, ngay lập tức thực hiện thuật toán xử lý của nó và gửi kết quả tới thiết bị đầu ra. Khi thông điệp đầu ra xuất hiện ở thiết bị đầu ra, nó kích hoạt ngay lập tức bộ thừa hành. Kiểu tiếp cận này sẽ vẫn vướng phải trễ do truyền số liệu trong mạng. Nếu có rất nhiều đầu vào thay đổi trạng thái cùng một lúc thì nghẽn mạng và mất dữ liệu có thể xảy ra, tạo thêm trễ, thậm chí có thể làm hỏng hệ thống. Ngoài ra, vì có nhiều thiết bị vào/ra không hỗ trợ cơ chế kích hoạt theo sự kiện nên kiểu này thường ít khả thi. Trong thực tế, một hệ điều khiển truyền thống sẽ dùng kết hợp cả hai cơ chế điều khiển quét và điều khiển theo sự kiện. Điều khiển cơ sở thời gian Đối với nhiều ứng dụng, trễ không thành vấn đề nếu thời gian đáp ứng của ứng dụng vẫn thỏa mãn. Thời gian sẽ là một hàm tích phân của hệ thống điều khiển và các thuật toán điều khiển. Mọi thiết bị trong hệ thống có cùng ý niệm về thời gian. Trong một hệ thống như thế, các sự kiện đầu vào có tính thời điểm và các sự kiện đầu ra được lên lịch trình. Hệ thống điều khiển biết chính xác khi nào có tín hiệu đầu vào và có thể xác định chính xác khi nào đầu ra được kích hoạt. Thiết bị đầu ra có thể lên lịch trình đầu ra để kích hoạt ở một thời điểm định trước. Nguồn trễ duy nhất của hệ thống này là những trễ đi kèm với đầu vào và đầu ra theo thời gian chính xác. Ví dụ thực tế Các ưu điểm của kiểu điều khiển cơ sở thời gian có thể được minh họa bằng một ví dụ thực. Trong một ứng dụng về bộ chọn lọc dùng cho băng chuyền tốc độ cao, các sản phẩm được sản xuất riêng lẻ đi dọc theo một băng chuyền với một tốc độ không đổi. Một “sản phẩm” có thể là một thanh sô cô la, một tã giấy hay bất kỳ cái gì được sản xuất riêng rẽ. Trong hệ thống này, mục đích là dò tìm sự có mặt của các sản phẩm riêng lẻ khi chúng chạy dọc theo băng chuyền, thực hiện việc đánh giá nóng sản phẩm để xác định xem nó có phải là phế phẩm không và sau đó kích hoạt bộ thừa hành để loại bỏ phế phẩm. Cấu trúc mạng Nếu độ phân giải của hệ thống điều khiển không phù hợp với tốc độ của hệ thống băng tải sẽ dẫn đến loại bỏ sai hoặc loại bỏ nhiều hơn mức cần thiết. Trong ví dụ này, một cảm biến đầu vào, ví dụ như cảm biến quang điện, được lắp đặt dọc theo băng chuyền để dò tìm sự có mặt của một sản Hình 2 phẩm. Trạng thái đầu vào “tìm được sản phẩm” được gửi tới bộ điều khiển vốn thuộc vòng quét đầu vào và cung cấp một cơ chế đăng ký để dò bám theo sản phẩm khi nó chạy dọc theo băng chuyền. Khi biết được vận tốc của băng chuyền, bộ điều khiển có thể tính toán được vị trí của sản phẩm ở bất kỳ thời điểm nào. Một hệ thống quang học kiểm tra sản phẩm cũng được lắp đặt cạnh băng chuyền. Bộ điều khiển bám theo phế phẩm đã bị hệ thống kiểm tra sản phẩm dò ra khi nó chạy dọc theo băng chuyền và ở một thời điểm thích hợp ra lệnh cho bộ chọn lọc loại bỏ phế phẩm đó. Minh hoạ bằng hình 2 Tốc độ tối đa của băng chuyền, và cùng với đó là số lượng tối đa sản phẩm sản xuất được mỗi phút, sẽ được xác định trước bằng độ trễ tổng cộng từ đầu vào tới đầu ra. Sử dụng các con số từ phần trước đối với điều khiển quét, tốc độ tối đa và số lượng sản phẩm mỗi phút được tính như sau: Độ phân giải sản phẩm = trễ 122 mili giây Tốc độ tối đa = 1/122 =~ 8 sản phẩm mỗi giây Số sản phẩm tối đa mỗi phút = 8*60 = 480 sản phẩm Vận hành điều khiển cơ sở thời gian Bây giờ ta xem xét cũng một hệ thống như thế nhưng dùng điều khiển cơ sở thời gian. Khi cảm biến quang điện dò tìm được một sản phẩm, thời điểm đó được ghi lại. Bộ điều khiển gửi tới hệ thống kiểm tra sản phẩm một lược đồ thời gian để ra tín hiệu khi sản phẩm được tìm thấy và ra tín hiệu khi cần loại bỏ một phế phẩm. Trong trường hợp này, tốc ...