Đang tải... (xem toàn văn)
SCADA là hệ thống thực hiện chức năng điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition) Hệ thống SCADA sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp, hệ thống điện, các khâu xử lý và phân phối nước,…SCADA là hệ thống có chức năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu Thu thập các dữ liệu: Dữ liệu từ các trạm biến áp được chia làm ba loại chính:+ Dữ liệu trạng thái: Trạng thái các van đóng mở cho từng tầng của tòa nhà,bơm cấp nước,các cảm biến mức cao và thấp cho từng tầng,đèn cảnh báo bật tắt bơm và cảnh báo mức nước của két. + Dữ liệu tương tự: Điện áp của máy bơm + Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Thể tích mực nước chứa trong két của mỗi tầng. Các dữ liệu trạng thái từ các cảm biến và đèn báo được đưa vào các đầu vào số của RTU, còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy bơm nước được đưa vào các bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào các cổng đầu vào tương tự của RTU. Tại RTU dữ liệu được số hoá và thông qua kênh truyền (giao thức) gửi về trung tâm điều khiển.
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU (SCADA) CHO TRẠM TRỘN DUNG DỊCH MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA 1.1 Khái niệm hệ thống SCADA SCADA hệ thống thực chức điều khiển, giám sát thu thập liệu (Supervisory Control And Data Acquisition) Hệ thống SCADA sử dụng nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp, hệ thống điện, khâu xử lý phân phối nước,… SCADA hệ thống có chức điều khiển giám sát thu thập liệu - Thu thập liệu: Dữ liệu từ trạm biến áp chia làm ba loại chính: + Dữ liệu trạng thái: Trạng thái van đóng mở cho tầng tòa nhà,bơm cấp nước,các cảm biến mức cao thấp cho tầng,đèn cảnh báo bật tắt bơm cảnh báo mức nước két + Dữ liệu tương tự: Điện áp máy bơm + Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Thể tích mực nước chứa két tầng Các liệu trạng thái từ cảm biến đèn báo đưa vào đầu vào số RTU, liệu tương tự từ cuộn thứ cấp máy bơm nước đưa vào biến đổi (tranducer), đầu biến đổi đưa vào cổng đầu vào tương tự RTU Tại RTU liệu số hố thơng qua kênh truyền (giao thức) gửi trung tâm điều khiển - Điều khiển: Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA Trung tâm điều độ thông qua kênh truyền gửi đến RTU (hoặc SAS), để điều khiển thiết bị đóng mở từ xa như: + Lệnh đóng mở máy bơm, van cấp nước trước sau két nước tầng - Giám sát: Mọi thay đổi trạng thái thiết bị hay thông tin tác động cảm biến,và hiển thị mức két thu thập trung tâm điều khiển máy tính xử lý: + Hiển thị sơ đồ, bảng biểu dạng đồ thị tương ứng để giám sát tình trạng làm việc thiết bị + Đối với liệu trạng thái (cảm biến mức nước cao,thấp) phát có thay đổi trạng thái hệ thống SCADA phát cảnh báo đèn báo hiệu dịng thơng báo để lơi kéo ý người vận hành + Đối với liệu giá trị đo xa, liệu nhận kiểm tra so sánh với ngưỡng ngưỡng (đã định trước), giá trị đo bị vi phạm hệ thống phát cảnh báo cho người vận hành 1.2 + + + + + + + + + + + + 1.3 1.3.1 + + Chức hệ thống SCADA Thu thập liệu trình Điều khiển giám sát Giao tiếp người máy với đồ họa hoàn toàn Điều khiển cảnh báo kiện Lưu trữ khơi phục liệu lịch sử Phân tích liệu cố Phân tích kết nối trạng thái hệ thống Ghi nhận trình tự kiện Xu hướng liệu động liệu khứ Tạo báo cáo, thường lệ đặc biệt Biến cố thẻ báo thiết bị đóng cắt Thơng tin liên lạc với trung tâm điều khiển Cấu trúc phân cấp hệ thống SCADA Cấu trúc hệ thống SCADA gồm phân cấp: Cấp trường, cấp điều khiển cấp điều khiển giám sát Cấp trường (field) Cấp trường bao gồm: Thiết bị đo lường: cảm biến (sensor) đo thông số nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, dịng điện, cơng suất… Bộ chuyển đổi tín hiệu đo lường (transducer): chuyển đổi thông số nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, dịng điện, cơng suất… + Thiết bị chấp hành : động cơ, biến tần , điều khiển động (motor, inverter, motor controller ), điều khiển van ( valve, valve controller), thiết bị đóng cắt Các thiết bị có nhiệm vụ đo đếm đại lượng vật lý đối tượng công nghệ cần điều khiển tác động điều khiển trực tiếp đến đối tượng Với vai trò thành phần hệ thống SCADA, thiết bị có khả truyền tín hiệu cự ly gần thơng qua hệ thống truyền thông tin trường (field bus) 1.3.2 Cấp điều khiển (control) Cấp điều khiển bao gồm: + Thiết bị trạm đầu/cuối từ xa RTU (Remote Terminal Unit) + Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC (Programble Logic Controller) + Các thiết bị vào phân tán (I/O remote) Các thiết bị đóng vai trị kết nối máy chủ trung tâm điều khiển với thiết bị thuộc cấp trường Thiết bị nhận tín hiệu từ thiết bị đo, lưu trữ tạm truyền trung tâm điều khiển đồng thời nhận lệnh từ trung tâm điều khiển để lệnh cho cấu chấp hành Ngoài ra, thân thiết bị thực thuật tốn điều khiển cần thiết 1.3.3 Cấp điều khiển giám sát Cấp điều khiển giám sát bao gồm: Các máy chủ Màn hình giao diện HMI (Human Machine Interface) Các trạm vận hành máy tính văn phịng dùng để khai thác thông tin từ máy chủ thông qua hệ thống mạng Lan văn phịng Ngồi phân cấp trên, cịn có hệ thống mạng truyền tín hiệu liên lạc thiết bị 1.4.Thiết bị cho hệ thống SCADA 1.4.1.Phần cứng Để xây dựng hệ thống SCADA cho trạm biến áp cần phần cứng sau: - Máy tính cơng nghiệp (IPC) - Bộ tích hợp thiết bị (Kết nối thu thập liệu lên máy tính) - Thiết bị mạng (Switch, Router,…) - Các thiết bị ngoại vi khác như: Máy in Laser A3, A4, hệ thống báo động (Alarm Announciator) - Thiết bị local RTU dùng để thu nhận, giám sát, đo đại lượng phòng điều khiển trung tâm 1.4.2.Phần mềm Trọn phần mềm SCADA lưới điện phân phối gồm module sau: - Phần mềm cho giám sát điều khiển: Tạo giao diện hiển thị thông số, điều khiển qua giao diện hiển thị, lưu trữ liệu vào sở liệu - Phần mềm giám sát, quản lý: Hiển thị thông số, lưu trữ liệu vào sở liệu (Giao diện web navigator) ∗ Thu thập, trao đổi, lưu trữ, xử lý liệu thời gian thực ∗ Điều khiển giám sát từ xa ∗ Xử lý văn bảng tính điện tử ∗ Các chương trình giao diện với phần mềm ứng dụng, giao diện với mạng LAN hệ thống máy tính - Các phần mềm phụ trợ: Kết nối mạng, kết nối PLC —IPC, … 1.4.3.Bộ phận thông tin liên lạc Hệ thống thông tin liên lạc: tập hợp phương tiện truyền dẫn cáp quang (FO), dùng để truyền số liệu từ Trung tâm điều khiển đến thiết bị đầu cuối Hệ thống SCADA thường sử dụng hệ thống thơng tin làm việc hệ thống thơng tin dự phịng để đảm bảo độ tin cậy 1.4.4.Thiết bị đầu cuối trường (RTU) RTU thiết bị đầu cuối, đặt nơi có thiết bị cần giám sát, có nhiệm vụ thu thập số liệu gửi Trung tâm, đồng thời gửi lệnh điều khiển từ Trung tâm tới thiết bị chấp hành Tùy thuộc vào lượng liệu cần thu thập giám sát trạm, RTU có kích thước quy mơ thay đổi Ngồi ra, số thiết bị thơng minh (IED) giao tiếp trực tiếp với Trung Tâm không cần RTU thông qua giao thức chuẩn dùng công nghiệp * Các chức chủ yếu RTU bao gồm: - Thu thập thông tin hệ thống điện gửi Trung tâm điều khiển qua kênh truyền theo yêu cầu từ Trung tâm điều khiển - Nhận thông tin điều khiển, đồng thời gian từ Trung tâm điều khiển, thực chúng gửi kết Trung tâm điều khiển - Quản lý truyền số liệu - Lưu trữ số liệu trường hợp đường truyền bị cố để truyền lại cho trung tâm điều khiển đường truyền thiết lập lại * Các thông tin chủ yếu mà RTU liên tục truyền Trung tâm điều khiển là: - Các tín hiệu rời rạc từ xa RS (Remote signalling) - Các giá trị đo lường từ xa RM (Remote measuring) - Các cảnh báo (Alarms) Hình 1.2: Sơ đồ khái quát thể giao tiếp RTU với thiết bị Quản lý trao đổi liệu hệ thống SCADA Ngồi thơng tin hệ thống thu thập từ RTU thiết bị IED, hệ thống SCADA/DMS cịn sử dụng nguồn thơng tin sau: Thơng tin trao đổi với hệ thống tin học SCADA khác Thông tin người sử dụng nhập trực tiếp, thông tin thời tiết, v.v Thông tin từ chương trình ứng dụng khác Hình 1.3 Sơ đồ quản lý trao đổi thông tin hệ thống SCADA/DMS CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA CHO TRẠM TRỘN DUNG DỊCH 2.1 Các phần mềm cần sử dụng 2.1.1 Sofware components ATSCADA ATSCADA phần mềm công cụ để tạo phần mềm hệ thống SCADA, chọn Visual Studio làm môi trường thiết kế nên hỗ trợ mạnh tính kéo/thả (drag/drop) giúp thiết kế nhanh giao diện SCADA mà viết thêm đoạn mã lệnh code trừ muốn lập trình nâng cao ATSCADA phần mềm SCADA tảng ĐÁM MÂY WEB (Cloud and web based SCADA) ATSCADA tạo độ phân tán mạnh cho hệ thống điều khiển giám sát mạng diện rộng, liệu truyền thơng mã hóa cao, đảm bảo độ an toàn cho hệ thống Kiến trúc hệ thống ATSCADA bao gồm thành phần chính: + ATSCADA Service chạy (những) Server + Các Windows Clients máy tính chạy hệ điều hành Windows để điều khiển giám sát liên tục hệ thống + Các Web Clients thường smart phones, tablets (có hệ điều hành khác nhau) dùng để điều khiển giám sát di động Các Server có chế Redundancy, giúp cho hệ thống gia tăng độ tin cậy vận hành, Các Windows Clients kết nối với Server theo chế Cloud, Các Web Clients kết nối với Web Server theo chế Web Microsoft Visual Studio Là phần mềm lập trình đa (free) mang đến cho lập trình viên cá nhân, 2.1.2 − nhà nghiên cứu người phát triển mã nguồn mở, lợi ích từ − công cụ phát triển mã nguồn mở, lợi ích từ cơng cụ phát triển tồn diện Ở ta sử dụng ngơn ngữ lập trình C# kết hợp với cơng cụ ATSCDA có để xây dựng hệ thống SCADA mong muốn 2.1.3 ATSCADA iTag Builder iTag Builder thực tính xây dựng cấu trúc tác vụ (Task) Tag cho ứng dụng ATSCADA mà xây dựng Phần mềm iTag Builder đóng vai trị OPC client, yêu câu dịch vụ từ OPC Server máy đơn lẻ (localhost) máy khác mạng Lan hay internet với địa IP thích hợp iTag Builder ( OPC Client ) cầu nối liệu từ OPC Server với hệ SCADA OPC Server gồm: + ATDriver Server + Kepware Chúng tạo Tag nằm nội phần mềm (dữ liệu tag) Dữ liệu tag iTag Builder Visual Studio 2.1.4 ATDriver Server Một sản phẩm OPC SERver Việt Nam sản xuất sử dụng phổ biến thị trường nước ATDriver Server, OPC DA Server Nó hỗ trợ giao thức truyền thông (driver) + + + Modbus RTU Modbus TCP/IP S7 Ethernet TCP/IP driver ATDriver Server chứa Driver tương tác nhiều loại thiết bị thông minh khác PLC, vi xử lý 10 Chức sreen là: Chỉ giám sát hình ngừng giám sát, khơng cho phép người dùng tùy chỉnh ngoại trừ nút nhấn chuyển sang hình khác Các ToolBox có hình: − iDriver: Khi ta muốn gán Tag bắt buộc phải có − Label: Tên text tiêu đề, valve, bồn, mức, nhiệt độ, áp suất, cảm biến − iLabel: Hiện thị text form ta kết nối Tag giá trị mức, nhiệt độ, áp suất − iGraphic: ống , valve, trạng thái valve, cảm biến, motor, đèn Error, đèn tải chúng gán Tag, trạng thái tag thay đổi đồng nghĩa chúng thay đổi − iImageEffect1: dùng cho Bồn, chúng không gán Tag nên trạng thái không thay đổi 20 − iVbar: Hiện thị giá trị dạng bar thẳng đứng, giá trị dạng mức dung dịch hóa chất − Label: dùng để hiển thị time and day Mã code: private void OVERVIEW_Load(object sender, EventArgs e) { timer1.Enabled = true; } private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e) { label35.Text = DateTime.Now.ToString("hh:mm:ss dd-MM-yyyy"); } − Button: Control, Chart, History, Alarm, Team designer, Setting, Close Ngừng giám sát Mã code: Control private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { CONTROL dk = new CONTROL(); // chuyển từ hình overview sang control chuyen.ShowDialog(); } Mã code: Chart, History, Alarm, Team designer, Setting tương tự Control Mã code: Close private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { this.Close(); } Mã code: Ngừng giám sát 21 private void button7_Click(object sender, EventArgs e) { Application.Exit(); } b.CONTROL Chức sreen là: dùng để điều khiển đối tượng Các ToolBox có hình: − − − − − − iDriver: Khi ta muốn gán Tag bắt buộc phải có iButton: Start, stop, reset, cố, valve, motor Label: Tên text auto/manual, đèn khởi động iGraphic: đèn trạng thái khởi động, chuyển công tắc iImageEffect: sử dụng cho khung bao quanh Button: mũi tên dùng để đóng trang Mã code: private void button1_Click(object sender, EventArgs e) 22 { this.Close(); } c.CHART - Cài đặt cho iRealtime Trend - Biểu đồ hiển thị giá trị Chức sreen là: Hiện thị mức, nhiệt độ, áp suất bồn dạng đồ thị Các ToolBox có hình: − iDriver: Khi ta muốn gán Tag bắt buộc phải có − Label: Tên text − iRealtime Trend: Vẽ đồ thị giá trị 23 d.HISTORY Chức sreen là: Hiện thị lịch sử giá trị thực dạng excel đồ thị Các ToolBox có hình: − iDriver: Khi ta muốn gán Tag bắt buộc phải có − iDataLogger1: log liệu thời gian thực giá trị tag thành sở liệu MySQL - My SQL Workbench 24 − iDataReporter: báo cáo liệu log đến excel − Cài đặt cho iDataReporter - Xuất file Excel báo cáo 25 - Đồ thị giá trị báo cáo − iHistorical Trend: báo cáo liệu log đến graphically view 26 − 27 Chú ý: DataBaseName iDataLogger, iDataReporter, iHistorical Trend phải giống nhau, mật phải với mật ta tạo MySQL e.ALARM Chức sreen là: Hiện thị cảnh báo cảm biến bị tác động thị dạng excel đồ thị theo thời gian Gửi tín nhắn đến Email để thơng báo cho người vận hành Các ToolBox có hình: − iDriver: Khi ta muốn gán Tag bắt buộc phải có − iAlarmLogger: log liệu cảnh báo thời gian thực tag đến sở liệu MySQL − iAlarmReporter: báo cáo liệu cảnh báo log đến excel 28 − iAlarmViewer: thị kiện cảnh báo thời gian thực f.TEAM DESIGNER 29 Chức sreen là: Hiện thị tên nhà thiết kế Các ToolBox có hình: Label: Hiển thị tên thành viên Picturebox: Hiển thị biểu tượng Button: Nút exit g.SETTING Chức sreen là: Cài đặt giá trị phạm vi cho phép giá trị thực dạng Tag nội Nếu vượt giá trị thực vượt phạm vi cảnh báo Các ToolBox có hình: − − − − − iDriver: Khi ta muốn gán Tag bắt buộc phải có Label: thị text dung dịch, nhiệt độ, áp suất, bồn… iInput: thị giá trị dạng tag nội groupBox: khung button: mũi tên để đóng screen 2.4Quy trình khởi động 2.4.1.Tạo dự án cho phần mềm − Mở phần mềm mô EasyModbus TCP Server Simulator 30 − Mở phần mềm ATDriver Server: Lựa chọn Driver : Do EasyModbus TCP Server Simulator kết nối giao thức ModbusTCP.dll nên phần Driver ta chọn ModbusTCP.dll Ngoài ModbusTCP.dll kết nối HMI, PLC lựa chọn ModbusRTU.dll Chọn địa IP: Ta chọn địa IP chung 127.0.0.1 31 Tạo Tag nội : − Mở phần mềm iTagbuilder sau vào file/new project, xuất hộp thoại 32 Đặt tên cho driver, sau chọn mục add driver, chọn mục ATDriverClient.dll OPPClient.dll Ta lựa chọn ATDriverClient.dll kết nối ATSCADA, xuất hộp thoại driver address thông số để cài đặt địa IP tên Domain server server dự phịng(redundant),chọn thời gian kết nối lại xảy lỗi “reconnect every 5000 mili seconds for fault” với thời gian mặc định giây Chọn connect để tạo dự án Chọn tool/import để add tag từ ATSCADA sang itagbuilder, xuất hộp thoại Nhấn ok để hoàn thành addtag − Gán tag nội 33 Tiến hành tạo tag nội cho hệ thống, tag nội vùng nhớ chương trình điều khiển giám sát (trong máy tính cài đặt chương trình SCADA) mà cung cấp chức giống chức PLC/RTU thật Sau nhấn save/Project register 2.4.2.Gán Tag cho đối tượng phần mềm Visual Studio Driver: Kéo thả tool idriver vào hệ thống để thực kết nối cho visual studio ATSCADA 2.4.3.Start project Mở phần mềm Visual Studio Sau gắn tag toàn hệ thống, ta vào mục BUILD/ build solution đợi khoảng 5s cho hệ thống tải xuống Trên công cụ VS2013, ta nhấn nút start, hệ thống hoạt động, 34 ... Công nghiệp, hệ thống điện, khâu xử lý phân phối nước,… SCADA hệ thống có chức điều khiển giám sát thu thập liệu - Thu thập liệu: Dữ liệu từ trạm biến áp chia làm ba loại chính: + Dữ liệu trạng... nhận lệnh từ trung tâm điều khiển để lệnh cho cấu chấp hành Ngoài ra, thân thiết bị thực thu? ??t tốn điều khiển cần thiết 1.3.3 Cấp điều khiển giám sát Cấp điều khiển giám sát bao gồm: Các máy chủ... nơi có thiết bị cần giám sát, có nhiệm vụ thu thập số liệu gửi xử lý trung tâm, đồng thời gửi lệnh điều khiển từ trung tâm tới thiết bị chấp hành Tùy thu? ??c vào lượng liệu cần thu thập giám sát,