ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ Thiết Kế Hệ MẠNG SCADA GIÁM SÁT VÀ THU THẬP SỐ LIỆU ĐIỆN NĂNG, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ MẠNG SCADA GIÁM SÁT VÀ THU THẬP SỐ LIỆU ĐIỆN NĂNG, bộ điều khiển lập trình[.]
Trang 1ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ Thiết Kế Hệ MẠNG SCADA GIÁM SÁT VÀ THU THẬP SỐ LIỆU ĐIỆN NĂNG, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ MẠNG SCADA GIÁM SÁT VÀ THU THẬP SỐ LIỆU ĐIỆN NĂNG,
bộ điều khiển lập trình SCADA, Ngôn ngữ lập trình SCADA, Thực thi chương trình , LẬP TRÌNH SourceCode
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phần không thể thiếu được trong một hệ thống tự động hoá hiện đại Từ những năm gần đây, sự tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mền đã thực sự đem lại nhiều khả năng mới, giải pháp mới Chưa bao giờ, việc tạo dựng các ứng dụng SCADA lại đơn giản như bây giờ Nếu như trước đây, ngành điện cần phải có những panel điều khiển bằng cả một bức tường với chi chít những đèn báo, công tắc, đồng hồ và vài người đứng xem xét, theo dõi mạng lưới cung cấp điện: nơi non tải, hay những sự cố đứt dây, chập mạch thì nay với giải pháp dùng hệ SCADA, ta chỉ dùng tay tác động vào
“chuột” thì các thông số ở vùng nào muốn theo dõi sẽ hiện lên.Việc điều điện
áp, cắt tải hay mở rộng cửa xả nước để tăng công suất phát điện đó còn được truyền đến các nhà máy phát điện khác để cùng tham gia hòa điện lên trên mạng lưới điện quốc gia.Với sự tiến bộ như vậy, em đã chọn đề tài này để củng cố nhiều kiến thức Và từ đó có nhiều khả năng để xây dựng nên các giải pháp SCADA mà trọng tâm của việc xây dựng các giải pháp này trong thời điểm hiện nay là dùng công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp
hệ thống.Vì vậy trong đề tài về phần mềm em chọn phần mềm SCADA là WinCC Còn các thiết bị bao gồm các bộ đo điện năng là Mach 30, PLC S7-300 CPU 314IFM, PLC S7-200 CPU 226, các contactor, các relay, và tải là các bóng đèn và động cơ không đồng bộ ba pha Trừ động cơ ra tất cả các thiết bị trên được gắn trên panel
Và với nhiệm vụ của đề tài là tìm hiểu về WinCC, Simatic S7-200/300, chuẩn truyền thông Modbus, chuẩn truyền thông Ducati (hỗ trợ cho việc truyền thông giữa máy tính với Mach 30), thiết kế hệ SCADA-giám sát và thu thập số liệu điện năng Nên trong luận văn này ở chương một em giới thiệu về SCADA
và HMI Và vì hệ thống SCADA một phần phát triển trên cơ sở của sự phát triển mạng máy tính và truyền thông công nghiệp nên em giới thiệu khái quát
về mạng công nghiệp ở chương hai Và trong chương ba giới thiệu về PLC
S7-200, PLC S7-300 Thêm vào đó trong chương bốn giới thiệu về Mach 30 Cuối cùng trong chương năm giới thiệu về WinCC
Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn nên trong luận văn này không trách khỏi những sai sót Kính mong quý thầy cô và độc giả nhiệt tình bỏ qua
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ SCADA VÀ HMI
I.Khái niệm về SCADA và HMI
Thị trường tiêu thụ hàng hoá luôn đòi hỏi không ngừng nâng cao chất lượng, giảm giá thành, đổi mới kết cấu, mẫu mã sản phẩm Nhu cầu đó đặt
ra yêu cầu tìm kiếm một phương thức sản xuất mới để tạo nên các dây chuyền sản xuất tự động cho phép nhanh chóng thay đổi mẫu mã, loại sản phẩm Dây chuyền tự động “cứng” gồm nhiều thiết bị tự động chuyên dùng đòi hỏi vốn đầu tư lớn, nhiều thời gian để thiết kế và chế tạo, trong lúc quy trình công nghệ luôn cải tiến, nhu cầu đối với chất lượng và quy cách của sản phẩm luôn thay đổi Bởi vậy nhu cầu mền hoá hay linh hoạt dây chuyền sản xuất ngày càng tăng Các dây chuyền sản xuất có khả năng thay đổi nhanh chóng lại không tốn nhiều công suất để chuyển sang sản xuất sản phẩm mới, sang một quy trình công nghệ mới Để đáp ứng được nhu cầu trên, yêu cầu phải có một hệ thống sản xuất mới
Hệ thống sản xuất tự động linh hoạt hay gọi tắt là hệ thống sản xuất linh
Trang 2hoạt (FMS) áp dụng thành tựu khoa học và kỹ thuật về tin học, kỹ thuật điều khiển số, điều khiển người máy Đặt biệt là mô hình sản xuất tự động Workcell –tế bào sản xuất tự động –là đơn vị cơ bản có khả năng làm việc độc lập hoàn toàn với các bộ phận khác trong nhà máy, nó đảm đương việc thực hiện hoàn tất một công đoạn trong quy trình sản xuất Một workcell hiện đại còn có thể biến đổi chức năng làm việc để phù hợp với nhu cầu mới cũng như kết nối với các workcell khác để tạo nên dây chuyền sản xuất linh hoạt Dây chuyền công nghiệp dùng người máy được điều khiển bằng máy tính điện tử cùng với các thiết bị gia công điều khiển
số dạng NC và CNC tạo ra khả năng dễ dàng thay đổi quy trình làm việc,
sự thuyên chuyển công việc có thể thực hiện chủ yếu chỉ bằng sự thay đổi chương trình cho máy tính Các thiết bị này thay thế dần các máy tự động
“cứng” .Hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm nhiều vấn đề phức tạp như: cấu trúc tổ chức, quản lý các phần tử cơ bản trong hệ thống đến việc đánh giá lợi ích, các vấn đề xã hội mà hệ thống sản xuất gây ra Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phương thức tiên tiến điều khiển hệ thống sản xuất tự động trong công nghiệp và phương thức điều khiển SCADA có thể được ứng dụng vào việc giám sát và điều khiển tế bào sản xuất workcell Vậy ta sẽ giới thiệu sơ lược về hệ thống SCADA
MỤC LỤC Trang
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ SCADA VÀ HMI 1
I Khái niệm về SCADA và HMI 1
II Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA 3
III Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA 4
IV Phân loại hệ thống SCADA 5
V Tiêu chuẩn đánh giá 6
VI SCADA lên WEB 9
VII Nhìn về tương lai 9
Chương 2 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 11
I Khái niệm 11
1 Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp 11
2 Phân loại và đặc trưng các hệ thống MCN 12
II Cơ sở kỹ thuật 16
1 Khái niệm về thời gian thực 16
2 Kiến trúc giao thức 17
3 Chuẩn truyền dẫn 35
III Modbus 43
1 Cơ chế giao tiếp 44
2 Chế độ truyền dẫn 46
3 Cấu trúc bức điện 47
4 Bảo toàn dữ liệu 51
5 Modbus Plus 52
IV Lập trình cổng COM(RS-485) 53
V Cáp chuyển đổi RS-232/485 58
Chương 3 PLC 61
A.Giới thiệu VỀ PLC 61
I Khái niệm về PLC 61
II Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 61
III Cấu trúc 65
IV Cổng truyền thông 66
Trang 3V Ưu nhược điểm của PLC 67
VI Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC 68
B.PLC SIEMENS S7-200 70
I Giới thiệu 70
II Bộ nhớ 70
III Tập lệnh PLC S7-200 72
IV Bảng sự kiện ngắt và thứ tự ưu tiên 76
V Vùng nhớ đặc biệt 77
VI Giới thiệu về SIEMENS SIMATIC S7-200 (CPU 226) 78
C.PLC Siemems S7-300 80
I Thiết bị điều khiển logic khả trình 80
II Ngôn ngữ lập trình 87
III Tổ chức bộ nhớ CPU 88
IV Giới thiệu về CPU 314IFM 90
Chương IV MACH 30 98
I Giới thiệu 98
1 Các tính năng của MACH 30 99
2 Các thông số của MACH 30 99
3 Công suất trung bình 99
4 Hệ số dạng THDF 99
5 Các giá trị đo được hiển thị sẵn 100
6 Mạng nối kết các thiết bị và máy tính 101
7 Ứng dụng 102
II Cách sử dụng MACH 30 102
1 Các menu và các phím chức năng 102
2 Cách kết nối nguồn cung cấp 103
3 Cách kết nối MACH 30 với tải 103
4 Cogeneration 104
5 Hai ngõ vào analog 105
6 Bốn ngõ ra cực thu hở 106
7 Các thông số trong menu đặt cấu hình 107
III Giao thức truyền thông của Ducati 108
1 Giới thiệu 108
2 Ứng dụng 108
3 Diễn tả 108
4 Frame yêu cầu dữ liệu 111
5 Những frame lệnh 119
Chương 5 SIMATIC WINCC CONTROL CENTER 124
A.Giới thiệu 124
I Control Center trong hệ thống WinCC 124
II Project 133
B.Cách lập trình WinCC 136
I Khái niệm 136
1 Cấu trúc 136
2 Giao diện của WinCC 136
II Cách lập trình 138
1 Khái niệm về tag của WinCC 138
2 Driver của WinCC 139
3 Tạo picture 139
4 Cách tạo thư viện liên kết động 140
5 Sử dụng tập tin liên kết động 143 BÁO CÁO KẾT QUẢ THI CÔNG VÀ HƯỚNG
Trang 4PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
1.Kết quả thi công
Thu thập tốt dữ liệu từ các bộ đo Mach 30 về máy tính thông qua bộ chuyển đổi RS-232/485 và phần mềm WinCC và đồng thời từ máy tính thông qua phần mềm này đã điều khiển được các ngõ ra của Mach 30
Vì WinCC có hỗ trợ Driver cho PLC S7-300 nên việc kết nối giữa máy tính với S7-300 CPU 314IFM rất dễ dàng nên em đă kết nối thành công trong việc đọc dữ liệu cũng như điều khiển Còn S7-200 thì WinCC không hỗ trợ nên em viết chương trình con riêng và viết theo frame truyền của Ducati cho PLC S7-200 và WinCC Kết quả đã kết nối thành công
WinCC có hỗ trợ trong việc lưu trữ xử lý dữ liệu (ví dụ như các giá trị đo
và các thông tin báo động)và nên em đã tìm hiểu được các thức mà WinCC lưu dữ liệu và có thể đọc các dữ liệu mà WinCC thu thập được từ Mach 30 cũng như PLC S7-220 và S7-300 từ các phần mềm khác như Excel, Access, ISQL…Và em đã thực hiện trên các phần mềm này thành công trong việc đọc
và xử lý dữ liệu đó
2.Hướng phát triển của đề tài
Đề tài này một phần khẳng định tính năng mở, độ linh hoạt trong hệ thống SCADA tức là có thể dùng mạng truyền thông dựa theo giao thức
Modbus và chuẩn RS-485 này có thể ghép nối nhiều thiết bị (có hỗ trợ giao thức và chuẩn này) thuộc các hãng khác nhau Hơn nữa với sự hỗ trợ mạnh
về cơ sở dữ liệu của như khả năng tích hợp của WinCC nên ta có thể ghép nối với các hệ thống khác và có khả năng mở rộng đến cấp quản lý, chứ không nhất thiết là ở cấp chấp hành và cấp điều khiển Vì vậy hệ thống SCADA này
có khả năng mở rộng và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: khu công nghiệp, khách sạn, nhà hàng, bảo tàng, trung tâm thương mại, hệ thống chuyển mạch ATS, hệ thống kho chứa và phân phối xăng dầu,…
TÀI LIỆU THAM KHẢO
WinCC Configuration Manual(Volume1/Volume2) –Edition February
1999 (Siemens)
WinCC Getting Started Manual -Edition August 1997 (Siemens)
Tự động hoá với SIMATIC S7-300 (Nguyễn Đoãn Phước-Phan Xuân
Minh-Vũ Văn Hà )
Tự động hoá với SIMATIC S7-200 (Nguyễn Đoãn Phước-Phan Xuân Minh)
Tạp chí Tự Động Hoá Ngày Nay(Automation Today)
Mạng Truyền Thông Công Nghiệp (Hoàng Minh Sơn)
SIMATIC Loadable Driver for Point-to-Point CPs: MODBUS Protocol, S7 is master/slave manual Edition 2(Siemens)
SIMATIC Data Highway Reference Manual (Siemens)
·SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation
Manual(Siemens)
·SIMATIC S7-300 Programmable Controller Integrated Functions CPU 312 IFM/314 IFM Manual (Siemens)
·SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual (Siemens)
Các Kỹ Xảo Lập Trình Với Visual Basic Và Borland Delphi (Lê Hữu Đạt)
Trang 5 Kỹ Thuật Lập Trình C (Phạm Văn At)
Tin Học II (Đặng Thành Tín)
Serial Port Complete (Jan Alexlson)
Kỹ Thuật Ghép Nối Máy Tính (Ngô Diên Tập)
Các Luận Văn Tốt Nghiệp của các khoá trước trong bộ môn ĐKTĐ
Cụ thể:
Đây là hình chụp panel:
Hệ SCADA ra đời vào những năm 80 trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp
Giống như nhiều từ viết tắt có tính truyền thống khác, khái niệm SCADA ( Supervisory Control And Acquisition) cũng được hiểu với những ý nghĩa khác nhau, tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng và theo thời gian Có thể, khi nói tới SCADA người ta chỉ liên tưởng tới một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về một khu trung tâm để xử lý Các hệ thống ứng dụng trong công nghiệp khai thác dầu khí và phân phối năng lượng là những ví dụ tiêu biểu Theo cách hiểu này, vấn đề truyền thông được đặt lên hàng đầu Trong nhiều trường hợp, các khái niệm SCADA và “None-SCADA “ lại được dùng để phân biệt các giải pháp điều khiển giám sát dùng công cụ phần mềm chuyên dụng (ví dụ FIX, InTouch, WinCC, Lookout,…) hay phần mềm phổ thông (Acess, Excel, Visual Basic, Delphi, Jbuilder,…) Ở đây, công nghệ phần mềm là vấn đề quan tâm chủ yếu
Nói một cách tổng quát, một hệ SCADA không có gì khác là một hệ thống điều khiển giám sát, tức là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc quan sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển thông thường Đương nhiên, để có thể quan sát và điều khiển từ xa cần phải có một hệ thống truy cập ( không chỉ thu thập! ) và truyền tải dữ liệu, cũng như cần phải
có giao diện người -máy (Human - Machine Interface, HMI) Tuỳ theo trọng tâm của nhiệm vụ mà người ta có những cách nhìn khác nhau Tuy nhiên một hệ SCADA thường phải có đủ những thành phần sau đây :
+Giao diện người – máy (sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác,…)
+Cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp
+Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (drivers cho các PLC, các module vào/ra , cho các hệ thống bus trường
+Cơ sở dữ liệu quá trình
+Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức(Messaging ) và xử lý sự cố (Alarm)
Hỗ trợ lập báo cáo (Reporting)
Hay nói một cách tổng quát hơn, hệ SCADA bao gồm các thành phần chính như sau:
+Trạm điều khiển trung tâm (Master Station ): Có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, xử lý số liệu và đưa ra các lệnh điều khiển xuống các trạm cơ sở
+Hệ thống trạm cơ sở (Operation Station ): là các trạm được đặt tại hiện trường có nhiệm vụ thu thập, xử lý số liệu trong một phạm vi nhất định
và gửi các số liệu về trạm trung tâm đồng thời thực hiện các lệnh điều khiển từ trạm trung tâm
+Mạng lưới truyền tin: Được xây dựng trên cơ sở mạng máy tính và truyền thông công nghiệp có chức năng đảm bảo thông tin hai chiều giữa trạm điều khiển trung tâm và các trạm cơ sở
Như ta thấy, HMI là một thành phần trong hệ SCADA, tuy nhiên không phải chỉ ở cấp điều khiển giám sát, mà ngay ở các cấp thấp hơn người
ta cũng cần giao diện người –máy phục vụ việc quan sát và thao tác vận
Trang 6hành cục bộ Vì lý do giá thành, đặc tính kỹ thuật cũng như phạm vi chức năng, ở các cấp gần với quá trình kỹ thuật này các OP (Operator Panel) chuyên dụng chiếm vai trò quan trọng hơn
Sự tiến bộ trong công nghệ phần mềm và kỹ thuật máy tính PC, đặc biệt
là sự chiếm lĩnh thị trường của hệ điều hành Windows NT cùng với các công nghệ của Microsoft đã thúc đẩy sự phát triển của các công cụ tạo dựng phần mềm SCADA theo một hướng mới, sử dụng PC và Windows NT làm nền phát triển và cài đặt Từ phạm vi chức năng thuần tuý là thu thập dữ liệu cho việc quan sát, theo dõi quá trình, một hệ SCADA ngày nay có thể đảm nhiệm vai trò điều khiển cao cấp, điều khiển phối hợp Phương pháp điều khiển theo mẻ, điều khiển theo công thức (batch control, recipe
control) là những ví dụ tiêu biểu Hơn thế nữa, khả năng tích hợp hệ thống điều khiển giám sát với các ứng dụng khác nhau trong một hệ thống
thông tin, các phần mềm quản lý, tối ưu hoá hệ thống, của toàn công ty cũng trở nên dễ dàng hơn
Trong giải pháp điều khiển phân tán, hệ thống truyền thông ở cấp dưới (bus trường, bus chấp hành – cảm biến) đã có sẵn Nếu như mạng máy tính của một công ty cũng đã được trang bị (chủ yếu dùng Ethernet),thì cơ sở
hạ tầng cho việc truyền thông không còn là vấn đề lớn phải giải quyết Chính vì vậy, trọng tâm của việc xây dựng các giải pháp SCADA trong thời điểm hiện nay là vấn đề lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống
II.Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy tín hiện từ các cơ cấu cảm biến được gắn trên các thiết bị công tác hoặc trên dây truyền sản xuất gửi về cho máy tính (thực hiện phần thu nhận dữ liệu ) Máy tính xử
lý, kiểm tra trạng thái hoạt động của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đã được cài sẵn trong bộ nhớ Đồng thời, máy tính sẽ hiển thị lại những thông tin kỹ thuật của hệ thống trên màn hình, cho phép tự động giám sát và điều khiển hệ thống và phát ra tín hiệu điều khiển đến máy
công tác tạo nên vòng tín hiệu kín (thực hiện chức năng giám sát và điều khiển)
Việc điều khiển giám sát ở đây bao hàm hai ý nghĩa :
+Con người theo dõi và điều khiển
+Máy tính giám sát và điều khiển
Đối với các hệ thống sản xuất tự động trước đây, việc kiểm tra giám sát hoàn toàn do con người đảm trách So với máy tính, tốc độ xử lý tính toán của con người rất chậm và dễ nhầm lẫn Việc tính toán điều khiển của máy tính sẽ tránh được những hậu quả trên Những sai sót nhỏ, đơn giản thường xuyên gặp phải sẽ được máy tính giám sát và xử lý theo chương trình được đặt sẵn Đối với những sự cố lớn máy tính sẽ báo cho người theo dõi biết và tạm dừng hoạt động của hệ thống để chờ quyết định của người điều hành
Vì vậy, bên cạnh khả năng hoạt động toàn hệ thống theo một chương trình định trước, hệ SCADA còn cho phép người vận hành quan sát được trạng thái làm việc của từng thiết bị tại các trạm cơ sở, đưa ra các cảnh báo, báo động khi hệ thống có sự cố và thực hiện các lệnh điều khiển can thiệp vào hoạt động của hệ thống khi có tình huống bất thường hay có sự cố
III.Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA:
1.Giám sát và phân tích hoạt động sản xuất:
Trang 7Ngay khi nhận biết được những thông tin về hoạt động của hệ thống từ các
bộ phận cảm biến gửi về, máy tính sẽ phân tích những tín hiệu đó và so sánh với những tín hiệu chuẩn, với những tín hiệu yêu cầu từ các tập tin
về cấu hình hoạt động của hệ thống sản xuất, hay các bảng cơ sở dữ liệu
về sản phẩm, quy trình sản xuất, các thông số công nghệ của các máy công tác(dữ liệu tham khảo). Nhờ các bộ phận cảm biến, các thiết bị đo lường mà trong quá trình sản xuất luôn thông báo cho người giám sát biết được các thông tin về tiến trình hoạt động sản xuất, các thông số kỹ thuật ,số lượng sản phẩm
Việc giám sát ở đây bao hàm hai ý nghĩa:
+Máy tính giám sát
+Con người giám sát
Việc theo dõi giám sát chủ yếu là do máy tính, con người chỉ đóng vai trò phụ, chuyên theo dõi những biến cố lớn nguy hiểm đến hệ thống sản xuất Những trục trặc nhỏ hay những sai lệch thường xuyên gặp phải sẽ được máy tính sửa chữa theo chương trình được cài sẵn
2.Hoạt động theo chương trình điều khiển
Ngoài các chức năng truyền thống là so sánh để điều khiển cơ cấu tác động, ta còn có thể cho hệ thống hoạt động theo một chương trình đã lập
từ trước. Nhờ có bộ vi xử lý ta có thể lập trình cho hệ thống hoạt động theo những chu trình phức tạp, máy tính sẽ đọc chương trình và xuất tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu hoạt động theo chương trình
Việc thay đổi chu trình hoạt động của máy tính hay thay đổi kích thước mẫu mã sản phẩm chỉ là việc thay đổi chương trình Mẫu mã, kích thước được vẽ trên máy tính bằng các phần mềm chuyên dụng (Cimatron, Pro Engineer ) rồi máy tính sẽ dịch lại theo mã máy để cho các máy điều khiển số (NC,CNC) hiểu được
3.Kiểm tra và đảm bảo chất lượng
Nhờ các thiết bị cảm ứng, các thiết bị đo lường được gắn trên máy mà ta có thể đo, kiểm tra sản phẩm, loại bỏ các phế phẩm ngay từ nguyên nhân hỏng, nhờ đó mà chất lượng sản xuất được nâng cao và giảm bớt chi phí sản xuất; kịp thời phát hiện, báo động những biến cố xảy ra
4.Quản lý quá trình sản xuất
Các thông tin về hệ thống sản xuất đều được truyền về cho máy tính giám sát và thống kê, tổng kết quá trình sản xuất: số lượng sản phẩm, số lượng nguyên vật liệu còn tồn trữ, giúp người quản lý ra quyết định Đặt biệt là khả năng liên kết động (DDE-Dynamic Data Exchange) cho phép các thông tin trên được kết nối, trao đổi cơ sở dữ liệu với các hệ thống SCADA tương tự khác trên một mạng TCP/IP (Transfer Control
Protocol/Intenet Protocol)-một tập tiêu chuẩn (các giao thức) dùng cho quá trình phát truyền và sửa lỗi đối với các dữ liệu, cho phép máy tính được ghép mạng Internet sang máy tính khác) Điều này cho phép các hệ thống
có thể truy xuất dữ liệu cũng như xuất ra tín hiệu điều khiển lẫn nhau
Hệ thống SCADA còn có khả năng liên kết với các hệ thống thương mại
có cấp độ cao hơn, cho phép đọc /viết theo cơ sở dữ liệu chuẩn ODBC như Oracle , Access , Microsoft SQL…
IV Phân loại hệ thống SCADA
Có nhiều loại hệ thống SCADA khác nhau nhưng trên cơ bản chúng được chia làm 4 nhóm với những tính năng cơ bản sau :
+SCADA độc lập/SCADA nối mạng
+SCADA không có chức năng đồ hoạ(Blind)/SCADA có khả năng xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực(real time)
Trang 81.Hệ thống SCADA mờ (Blind) :
Là hệ thống thu nhận, xử lý dữ liệu thu được bằng hình ảnh hoặc đồ thị
Do không có bộ phận giám sát nên hệ thống rất đơn giản và giá thành thấp
2.Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực (run time) :
Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất nhờ các tập tin cấu hình của máy
đã được khai báo trước đó Tập tin cấu hình sẽ ghi lại khả năng hoạt động của hệ thống, các giới hạn không gian hoạt động, giới hạn về khả năng, công suất làm việc của máy Nhờ biết trước khả năng hoạt động của hệ thống sản xuất mà khi có tín hiệu vượt quá tải hay có vấn đề đột ngột phát sinh, hệ thống sẽ báo cho người giám sát biết trước để họ can thiệp vào hoặc tín hiệu vượt quá mức cho phép hệ thống sẽ lập tức cho máy công tác ngưng hoạt động
3.Hệ thống SCADA độc lập:
Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu với một bộ xử lý, thông
thường loại hệ thống SCADA này chỉ điều khiển một hoặc hai máy công cụ hay còn gọi là workcell Do khả năng điều khiển ít máy công tác nên hệ thống sản xuất chỉ đáp ứng được cho việc sản xuất chi tiết, không tạo nên được dây chuyền sản xuất lớn
4.Hệ thống SCADA mạng:
Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu với nhiều bộ xử lý có nhiều bộ phận giám sát được kết nối với nhau thông qua mạng Hệ thống này cho phép điều khiển phối hợp được nhiều máy công tác hoặc nhiều nhóm workcell tạo nên một dây chuyền sản xuất tự động Đồng thời hệ thống
có thể kết nối tới nơi quản lý – nơi ra quyết định sản xuất hay có thể trực tiếp sản xuất theo yêu cầu của khách hàng từ nơi bán hàng hay phòng thiết kế Do được kết nối mạng nên chúng ta có thể điều khiển từ xa các thiết bị công tác mà điều kiện nguy hiểm (như làm việc ở nơi có môi trường phóng xa, nơi có từ trường mạnh …) không cho phép con người đến gần V.Tiêu chuẩn đánh giá
Mục đích trong việc đánh giá và lựa chọn của một người thiết kế hệ thống không phải là tìm ra giải pháp tốt nhất, mà là một giải pháp đủ thoả mãn các nhu cầu về mặt kỹ thuật với giá thành hợp lý, trong phạm vi ngân sách cho phép Để đánh giá một giải pháp SCADA, ta cần đặc biệt chú ý đến những yếu tố sau:
+Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện các màn hình giao diện, chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn
+Khả năng truy cập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, cảm biến, các module vào / ra, qua các thiết bị điều khiển khả trình PLC hay các hệ thống bus trường)
+Tính năng mở rộng của hệ thống
+Khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử
lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting)
+Tính năng thời gian, hiệu suất trao đổi thông tin
+Giá thành hệ thống phần mềm bao gồm công cụ phát triển ( Development Tool ), chương trình chạy (Runtime Engine), tài liệu sử dụng, công đào tạo
và dịch vụ hỗ trợ, bảo trì
Sau đây, ta sẽ đi sâu bàn luận các vấn đề liên quan ba yếu tố đầu tiên, hay nói cách khác là vấn đề liên quan tới công nghệ phần mềm Đó
Trang 9cũng là những khía cạnh làm nổi bật những đặc tính của các giải pháp SCADA thế hệ mới
Tạo dựng một ứng dụng SCADA tối thiểu đòi hỏi hai phần việc chính: xây dựng màn hình hiển thị và thiết lập mối quan hệ giữa các hình ảnh trên màn hình với các biến quá trình Như vậy, công việc tạo dựng một ứng dụng SCADA trên nguyên tắc sẽ phức tạp hơn nhiều so với việc lập trình giao diện đồ hoạ trong các ứng dụng thông thường. Có hai phương pháp
để tạo dựng:
Phướng pháp thứ nhất là sử dụng công cụ lập trình phổ thông như Visual C++, Visual Basic, Jbuilder, Delphi và người lập trình phải tự làm từ đầu, giống như việc phát triển các ứng dụng thông thường Không kể đến việc phải lập trình để kết nối dữ liệu qua các cổng truyền thông, thì công việc lập trình đồ họa mặc dù có các công cụ hỗ trợ rất mạnh cũng gặp nhiều khó khăn Thứ nhất là phương pháp này đòi hỏi mức kiến thức lập trình khá cao ở người lập trình Thứ hai, việc lập trình các biểu tượng, ký hiệu đồ hoạ thường dùng trong kỹ thuật (van, đường ống, bình nước, đồng
hồ, núm xoay…) đòi hỏi nhiều công sức Để giải quyết vấn đề này, ta có thể sử dụng các thư viện phần mềm dưới dạng thư viện lớp(class library) hay
thư viện thành phần (component library) có sẵn Đặc biệt, việc sử dụng các thư viện thành phần như ActiveX –controls hay JavaBeans nâng cao hiệu suất lập trình một cách đáng kể Tuy nhiên trong bất cứ trường hợp nào, việc phải biên dịch lại toàn bộ ứng dụng (tức là phải sử dụng một
compiler) là điều không thể tránh khỏi Do những hạn chế trên đây, phương pháp lập trình này chỉ nên sử dụng trong các ứng dụng quy mô nhỏ và ít có yêu cầu phải thay đổi
Phương pháp thứ hai là sử dụng một công cụ phần mềm chuyên dụng (ví
dụ FIX, InTouch,WinCC,Lookout,…), gọi tắt là phần mềm SCADA Các công
cụ này có chứa các thư viện thành phần cho việc xây dựng giao diện người –máy cũng như phần mềm kết nối với các thiết bị cung cấp dữ liệu thông dụng Nhiều công cụ định nghĩa một ngôn ngữ riêng (thường gọi là script) phục vụ các mục đích này , tuy nhiên độ phức tạp của chúng cũng rất khác nhau Gần nay, xu hướng đơn giản hoá việc tạo dựng một ứng dụng SCADA thể hiện ở sự kết hợp phương pháp lập trình hiển thị với sử dụng một ngôn ngữ script thông dụng như Visual Basic for Application(VBA) và VBScript, tương tự như việc soạn thảo một văn bản Một số công cụ còn đi
xa hơn nữa, cho phép ta sử dụng các biểu tượng, ký hiệu đồ hoạ vừa để xây dựng giao diện người – máy vừa để biểu diễn sự liên quan logic giữa các thành phần của một chương trình dưới dạng biểu đồ khối chức năng (FBD) quen thuộc, không cần tới một dòng lệnh kể cả script Người ta cũng nói đến khái niệm tạo lập cấu hình (configuring) thay cho lập trình ( programming)
Công nghệ đối tượng thành phần và tính năng mở:
Hiện nay, có lẽ không một phần mềm SCADA nào tự nhận là tiên tiến
mà không đưa từ khóa hướng đối tượng vào danh sách các đặc tính ưu việt
để quảng cáo Mặc dù trong đại đa số các trường hợp, cách sử dụng thuật ngữ như vậy mang tính chất lạm dụng, nhưng qua đó ít hay nhiều ta cũng thấy tầm quan trọng của công nghệ đối tượng Thực chất các thư viện phần sẵn có trong những sản phẩm thuộc thế hệ mới thường được xây dựng trên cơ sở một mô hình đối tượng, đặc biệt phải nói tới mô hình COM của Microsoft Việc sử dụng một mô hình đối tượng thành phần chuẩn công nghiệp như COM mang lại nhiều ưu thế như:
Trang 10+Nâng cao hiệu suất công việc thiết kế, xây dựng giao diện người –máy bằng cách sử dụng ActiveX –Controls
+Nâng cao khả năng tương tác và khả năng mở rộng, hay nói cách khác là tính năng mở rộng của hệ thống
+Thuận lợi trong việc sử dụng một chuẩn giao diện quá trình như OPC (OLE for Process Control) để kết nối với các thiết bị cung cấp dữ liệu
quả thật, hầu hết (nếu không nói đến tất cả ) các phần mềm SCADA tiên tiến nhất hiện nay điều hỗ trợ COM, cụ thể là đều có ba đặc điểm nêu trên Nếu trước đây để tạo dựng được một màn hình giao diện đồ hoạ, một người lập trình có kinh nghiệm cần trung bình một vài ngày, thì nay thời gian có thể giảm xuống tới một vài giờ Sử dụng một công cụ tích hợp, ta có thể hoàn toàn tập trung vào công việc chính mà không cần kiến thức chuyên sâu về lập trình Công nghệ đối tượng thành phần và các phương pháp không lập trình đã mở ra khả năng này
VI SCADA lên WEB
Một phép tính cho học sinh phổ thông: để cài đặt một ứng dụng SCADA lên 10 trạm máy tính quan sát cần bao nhiêu thời gian? Mười lần thời gian cài lên một máy !?Không, cũng chỉ bằng một lần! Công nghệ Web cho phép chúng ta làm như vậy
Sử dụng Web làm nền cho các ứng dụng SCADA không chỉ mang lại hiệu quả về thời gian cài đặt phần mềm mà trước tiên là mở khả năng mới cho việc tích hợp hệ thống tự động hoá trong một hệ thống thông tin thống nhất của công ty Điều khiển giám sát không còn là chức năng độc quyền của các chuyên viên kỹ thuật Một giám đốc điều hành sản xuất, hay một tổng giám đốc công ty đều có thể quan sát và tham gia điều hành quá trình sản xuất từ phòng làm việc riêng, chỉ qua màn hình, bàn phím và chuột Tương tự như các báo cáo về tình hình sản xuất cũng như các chỉ thị không nhất thiết phải đi theo con đường giấy tờ hay truyền miệng, mà trực tiếp diễn ra “on-line”
Đưa SCADA lên Web cũng tạo điều kiện thuận lợi cho các dịch vụ bảo trì hệ thống từ xa Các nhà cung cấp giải pháp tự động hoá không cần phải trực tiếp đến cơ sở sản xuất, mà có thể theo dõi toàn bộ diễn biến quá trình kỹ thuật qua một trình duyệt như Internet Explorer hay Netscape
Navigator, trên cơ sở đó có thể chuẩn đoán, xác định lỗi và đưa ra phương hướng giải quyết thích hợp
VII Nhìn về tương lai
Điều khiển giám sát hay SCADA không còn là những khái niệm mới mẻ, những tiến bộ trong công nghệ để thực hiện thì luôn luôn đổi mới Bên cạnh các xu hướng mới như việc sử dụng các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành thông minh, mạng truyền thông công nghiệp và mềm hoá các giải pháp điều khiển, thì các hệ SCADA sẽ chiếm vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau.Tầm nhìn cho một công ty trong tương lai với một hệ thần kinh số (DNS), tích hợp toàn bộ hệ thống điều khiển tự động, điều khiển giám sát với các hệ thống điều hành sản xuất và quản
lý công ty, có thể sẽ rất nhanh chóng trở thành hiện thực Đó chính là hướng chiến lược cho các công ty trên con đường phát triển ở thời đại kinh
tế trí tuệ và xã hội thông tin trong thế kỷ XXI
Chương 2 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
I Khái niệm
1 Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp
Sự phổ biến của các giải pháp tự động hoá sử dụng hệ thống truyền thông số là kết quả tổng hợp của các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử, kỹ