TÀI LIỆU LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 3 ppt

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người – máy để phục vụ cho v

Trang 1

Câu 1 Khái niệm và phân loại của hệ thống SCADA? 2 điểm

SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition là một hệ thống điều khiển

giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người

trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động

thông thường Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ

thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI –

Human Machine Interface).

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng

không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần

giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp

điều khiển cục bộ Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận

hành (OP – Operator Panel), màn hình cảm ứng (TP – Touch Panel), Multi

Panel … chuyên dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn

Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là 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 khu trung tâm để xử lý Trong các hệ thống như vậy thì hệ

truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn

Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công

nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và

giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA

là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ

thống

1.0

Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:

- SCADA độc lập / SCADA nối mạng

- SCADA không có khả năng đồ hoạ / SCADA có khả năng xử lý đồ hoạ

thông tin thời gian thực

1.0

Trang 2

Bốn nhóm chính của hệ thống SCADA:

Hệ thống SCADA mờ (Blind): Đây là hệ thống đơn giản, nó không có bộ

phận giám sát Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị Do tính đơn giản nên giá thành thấp

Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực: Đây là hệ thống

SCADA có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động của hệ thống Khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho người vận hành để xử lý kịp thời Cũng

có thể hệ sẽ phát ra tín hiệu điều khiển dừng hoạt động của tất cả máy móc

Hệ thống SCADA độc lập: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ

liệu với một bộ vi xử lý Hệ này chỉ có thể điều khiển được một hoặc hai máy móc Vì vậy hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết

Hệ thống SCADA mạng: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ

liệu với nhiều bộ vi xử lý Các máy tính giám sát được nối mạng với nhau Hệ này có khả năng điều khiển được nhiều nhóm máy móc tạo nên dây chuyền sản xuất Qua mạng truyền thông, hệ thống được kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, có thể nhận quyết định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế Từ phòng điều khiển có thể điều khiển hoạt động của các thiết bị

ở xa

Trang 3

Cõu 2 Hóy trỡnh bày cấu trỳc và cỏc thành phần cơ bản của mạng

SCADA?

2 điểm

Cấu trỳc chung của hệ SCADA:

Cấu trỳc chung của hệ SCADA được minh hoạ trong hỡnh vẽ sau:

Hệ thống điều khiển giám sát

Thiết bị điều khiển tự động

Cảm biến và chấp hành

Qúa trình kỹ thuật

N I

N I N

N I I/O

N I

Nối trực tiếp

Nối qua mạng

NI: (Network Interface)

Giao diện mạng

I/O: (Input/Output)

Vào/Ra

Trong hệ thống điều khiển giỏm sỏt, cỏc cảm biến và cơ cấu chấp hành đúng vai

trũ là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quỏ trỡnh kỹ thuật Cũn hệ thống điều

khiển giỏm sỏt đúng vai trũ là giao diện giữa người và mỏy Cỏc thiết bị và cỏc

bộ phận của hệ thống được ghộp nối với nhau theo kiểu điểm-điểm (Point to

Point) hoặc qua mạng truyền thụng Tớn hiệu thu được từ cảm biến cú thể là tớn

2

Trang 4

hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc tương tự Khi xử lý trong máy tính, chúng phải được chuyển đổi cho phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra của máy tính

Các thành phần chính của hệ thống SCADA bao gồm:

Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi

và các cơ cấu chấp hành

Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID),

các bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), các thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính PC với các

phần mềm điều khiển tương ứng

Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người-máy

HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp

Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus

trường, bus hệ thống

Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.

Trang 5

Cơ sở dữ liệu quá trình

Giao diện

ng ời - máy

Cảnh báo, báo động

Điều khiển cấp cao

Lập báo cáo

tự động

I/O Driver I/O Server

Cõu 3 Trỡnh bày ưu và nhược của hệ điều khiển tập trung và phõn tỏn? 2 điểm

Ngày nay cấu trỳc điều khiển tập trung thường chỉ được ỏp dụng cho

những hệ thống nhỏ với cỏc mỏy múc vận hành đơn giản bởi giỏ thành thấp Tuy

nhiờn cấu trỳc này cũn cú những hạn chế như:

- Cụng việc nối dõy phức tạp, số lượng cỏp lớn, giỏ thành cao

- Việc mở rộng hệ thống gặp nhiều khú khăn, độ linh hoạt khụng cao

- Độ tin cậy kộm do sự phụ thuộc vào một thiết bị điều khiển duy nhất, cú

thể dựng giải phỏp lắp thờm thiết bị điều khiển dự phũng nhưng sẽ dẫn đến

chi phớ cao

- Phương phỏp truyền dẫn tớn hiệu giữa cỏc thiết bị trường và thiết bị điều

1.0

Trang 6

khiển dễ chịu ảnh hưởng của nhiễu gây ra sai số lớn.

- Phạm vi ứng dụng hạn hẹp

Một hệ điều khiển phân tán thường bao gồm:

- Trung tâm điều hành quá trình

- Trung tâm điều khiển là các máy tính điều khiển, máy tính công nghiệp,

máy tính phối hợp được nối với nhau và nối với trung tâm điều hành qua

các bus

- Các bộ điều khiển tại chỗ như thiết bị vào/ra, cơ cấu chấp hành, cảm biến

được nối với trung tâm điều khiển qua bus trường (Field bus).

Ưu điểm của điều khiển phân tán:

- Thay đổi cách nối điểm - điểm bằng mạng truyền thông, thời gian lắp đặt

nhanh chóng

- Độ tin cậy, tính linh hoạt và năng suất được nâng cao nhờ xử lý phân tán

- Cấu trúc đơn giản dễ dàng chẩn đoán, bảo trì, bảo dưỡng hệ thống

- Việc sử dụng các giao diện chuẩn quốc tế nâng cao khả năng tương tác

giữa các thành phần

- Có thể tích hợp các hệ thống mới và cũ, dễ dàng mở rộng hệ thống và kết

nối với hệ thống thông tin ở cấp trên

1.0

Câu 4 Trình bày mô hình phân cấp của mạng SCADA và chức năng cơ bản

của từng cấp?

2 điểm

Trang 7

Câu 5 HÖ thèng ®iÒu khiÓn trªn c¬ së hÖ SIMATIC? 3 điểm

Mô hình phân cấp: Toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát được phân chia

thành các cấp chức năng như hình vẽ minh hoạ dưới đây:

Qu¶n lý c«ng ty

§iÒu khiÓn gi¸m s¸t

§iÒu hµnh s¶n xuÊt

P C

ChÊp hµnh

§iÒu khiÓn

Qóa tr×nh kü thuËt

Để sắp xếp, phân loại các chức năng tự động hoá của một hệ thống điều

khiển và giám sát người ta thường sử dụng mô hình như trên Với loại mô hình

Trang 8

này các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dưới lên trên Càng

ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn, đòi hỏi yêu

cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên

được thực hiện dựa trên các chức năng ở cấp dưới nhưng ngược lại lượng thông

tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều

Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn

thiết bị Tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá và cấu trúc hệ thống cụ thể mà ta có

mô hình phân cấp chức năng

Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn

động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế, đa số các thiết

bị cảm biến hay chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo

lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (có

bộ vi xử lý riêng) cũng có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước

khi đưa lên cấp trên điều khiển

Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ

các bộ cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền

đạt lại kết quả xuống các bộ chấp hành Máy tính đảm nhận việc theo dõi các

công cụ đo lường, tự thực hiện các thao tác như ấn nút mở/đóng van, điều chỉnh

cần gạt, núm xoay,… Đặc tính nổi bật của cấp điều khiển là xử lý thông tin Cấp

điều khiển và cấp chấp hành hay được gọi chung là cấp trường (Field level)

chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện

trường gần kề với hệ thống kỹ thuật

Cấp điều khiển giám sát: có chức năng giám sát và vận hành một quá trình

kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác

theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường

Câu 6 Trình bày mạng truyền thông công nghiệp SIMATIC NET và chuẩn

giao thức PPI

2 điểm

Trang 9

SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho

phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module).

Với hệ thống SIMATIC NET, SIEMENS cung cấp hệ thống truyền thông

mở cho nhiều cấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trường công nghiệp Hệ truyền thông SIMATIC NET dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế

ISO/OSI (International Standardization Organisation / Open System Interconnection) Cơ sở của các hệ thống truyền thông này là các mạng cục bộ

(LANs), có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau: điện học, quang học, không dây hoặc kết hợp cả ba cách trên

Theo các yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạng công nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến -đối tượng Theo phương pháp tổ chức hệ thống như trên SIMATIC cung cấp các loại sub-net như:

- Mạng PPI

- Mạng MPI

- Mạng AS-i

- Mạng PROFIBUS

- Mạng ETHERNET công nghiệp

Trang 10

Mạng PPI:

PPI

pc/pg plc s7-200

PPI (Point to Point Interface) thực hiện truyền thông nối tiếp điểm tới

điểm Ghép nối điểm tới điểm có thể là ghép nối giữa hai thiết bị tự động hoá với

nhau, hay ghép nối giữa thiết bị với máy tính hoặc với thiết bị truyền thông khác

PPI có những tính chất đặc trưng sau đây:

- Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua

driver đặc biệt

- Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII

giao thức MPI

2 điểm

SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của

SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET bao gồm các

mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ

liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho

phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface

Module).

1

Trang 11

- Mạng PPI

- Mạng MPI

- Mạng AS-i

- Mạng PROFIBUS

Mạng MPI:

MPI (Multi Point Interface) là một subnet của SIMATIC Mạng MPI được

sử dụng cho cấp trường hay cấp phân xưởng với yêu cầu về khoảng cách giữa các trạm không lớn Mạng chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của SIMATIC như S7/M7 và C7 Thiết lập mạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số lượng hạn chế các trạm (không quá 32 trạm) và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyền tối đa là 187,5 Kbps Phương pháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng MPI là Token Passing

Trang 12

pc/pg

Mạng MPI có những đặc điểm cơ bản sau:

- Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC S7/M7 và C7 vì vậy cho phép

thiết lập mạng đơn giản

- Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ có khả

năng trao đổi một dung lượng thông tin nhỏ

- Truyền thông thông qua bảng dữ liệu toàn cục gọi tắt là GD (Global

Data) Bằng phương pháp này cho phép thiết lập bảng truyền thông giữa

các trạm trong mạng trước khi thực hiện truyền thông

Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau

giao thức AS-i

2 điểm

SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của

SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET bao gồm các

Trang 13

mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho

phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module).

- Mạng PPI

- Mạng MPI

- Mạng AS-i

- Mạng PROFIBUS

Mạng MPI:

Mạng AS-i:

Trang 14

C7 S7-200 Logo!

AS-i bus

AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành,

mạng chỉ có một chủ duy nhất Phương pháp thâm nhập đường dẫn là phương pháp Master – Slave, một phương pháp hoàn toàn tối ưu cho những mạng chỉ có duy nhất một thiết bị là chủ AS-i sẽ có cấu trúc thật là đơn giản nếu như các cơ

cấu chấp hành và các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output – DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng các bộ chuyển đổi tín

hiệu chuẩn của SIEMENS Trong mạng chỉ có trạm chủ có quyền điều khiển quá

trình trao đổi thông tin Trạm chủ (Master) gọi tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới

một và đòi hỏi các trạm này gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ

Những tính chất đặc trưng của AS-i:

- AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số Quá trình trao đổi dữ liệu được thực hiện thông qua đường dẫn từ cơ cấu chấp hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫn này đồng thời là đường cung cấp nguồn cho các cảm biến

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	865 KB