ind ict 1 2841

8/26/2012 Ch Tổng quan hệ thống máy tính cơng nghiệp Ch 1: Overview Ch Tổng quan hệ thống Máy tính cơng nghiệp 1.1 Khái niệm: Là Mạng máy tính có độ tin cậy cao, gắn liền với đối tượng công nghệ, cho phép liên kết mạng nhiều cấp độ khác để điều khiển q trình quản trị thơng tin sản xuất, kinh doanh Địa ứng dụng: – – – – – Các hệ Phát - Truyền tải - Phân phối điện, Các nhà máy sản xuất thép, cement, phân bón, Hệ thơng tin Điều hành giao thơng, tìm đường Hệ thống khai thác vận chuyển dầu-khí, Trong lĩnh vực An ninh - Quốc phịng – Hàng khơng - Vũ trụ Ch 1: Overview 8/26/2012 • Các Hệ thống thiết bị mạng: – SCADA - Supervisory Control And Data Acquistion Systems, – DCS - Distributed Control System, – QCS/OCS - Quality [Open] Control System, – DAS - Data Acquisition System, – PLC - Robot Ch 1: Overview • Lịch sử - phát triển: – 1960s: Hệ thống điều khiển công nghiệp sở Relays/ Contactors, cồng kềnh, độ xác kém, khơng tập trung, việc bảo dưỡng, xác định lỗi khó khăn suất/ chất lượng – 1970s: Xuất PLC - Bộ điều khiển Logic khả trình, chủ yếu thực hàm logic, delay, đếm để thay cho điều khiển dây chuyền sản xuất, thay đổi cấu trúc linh hoạt chưa có tính tập trung hóa cao, số thiết bị gắn kết với ít, dbase mức thấp Ch 1: Overview 8/26/2012 – 1990s: Xuất hệ SCADA/ DCS sở mạng LAN mạnh, công cụ quản trị số liệu, máy tính hệ thống truyền tin tốt nâng cao tính mềm dẻo cho sản xuất, nâng cao chất lượng, suất giải phóng sức lao động cho cơng nhân – Từ 1995: Mạng Internet phổ biến: mơ hình 'remote': training, installing, service, commissioning, upgrading – TK21: networking, webbase gắn với online report Ch 1: Overview – Vietnam: Hoàng thạch Cement Mill (1980s QCX), Bãi Pulp & Paper Mill (1997 - QCS) ABB, SCADA điều độ lưới điện quốc gia - A0 miền A1/ A2/ A3 điều độ địa phương - HN, HCM (1995 - nay) tất N/m đầu tư, nâng cấp sau 1990 Hòa bình Hydro Power Plan, Phú mỹ/ Bà rịa/ Phả lại Thermo Power Plans (OCS), Rolling Mills, Cement Mills – Xu hướng phát triển nay: Tự động dựa máy tính - PC based Automation, tích hợp với PLC dây chuyền sản xuất - lắp ráp xe hơi, phân bón - thực/dược phẩm… Ch 1: Overview 8/26/2012 • Phân biệt hệ thống: – SCADA: – Trên sở hệ truyền thông mạnh, tốc độ cao, khoảng cách xa trải diện rộng lớn hàng trăm hàng ngàn km, có lệnh kết nối qua vệ tinh, máy thu phát vi ba, cáp quang ISDN – Ví dụ: hệ điều độ sản xuất, truyền tải phân phối điện lực Quốc gia, khu vực Miền Bắc, Miền Nam, Miền Trung, Cty Điện lực Hà nội, Sài gòn, hệ Khai thác Dẫn khí đồng hành Dinh cố – Thường hệ điều khiển (tuy có chức ĐK) Ch 1: Overview – DCS/OCS/QCS: • Hệ Đo lường - Điều khiển - Bảo vệ tập trung nhà máy, xí nghiệp, số điểm cơng nghệ lên đến vài ngàn điểm • Khoảng cách gần, max 10 km • Truyền tin đường truyền mạng/giao thức cơng nghiệp • Có tính thời thực cao cho điều khiển bảo vệ – DAS/Quan trắc cơng trình/mơi trường • Hệ Đo lường - Điều khiển - Bảo vệ tập trung dây chuyền xí nghiệp nhỏ lẻ, qui mô đơn giản Ch 1: Overview 8/26/2012 Ch Tổng quan Hệ thống máy tính Cơng nghiệp 1.2 Đặc điểm Các hệ thống Máy tính cơng nghiệp: • Ghép nối trực tiếp với đối tượng công nghệ xử lý thông tin thời gian thực, • Truyền tin khoảng cách xa (km Mm) • Thường liên kết thành mạng với giao thức riêng, giao thức hướng công nghiệp, đơn giản hóa chuẩn hóa mức độ cao • Độ tin cậy cao, chống nhiễu tốt, chống treo (Watch Dog Timer/ Chien de Garde) Hoạt động môi trường khắc nghiệt: Out door, độ ẩm cao, bụi, rung sóc, chịu va đập • Hot services (hot pluggible/swap) Ch 1: Overview • Tính linh hoạt cao, dễ mở rộng, nâng cấp, khai báo đơn giản, • Dễ dàng chuẩn đoán/ xác định cố nhờ có chế (thiết bị giao thức) để đo lường thông tin vật lý thiết bị (t, RH, ) • Nguyên tắc hoạt động theo kiểu chu kỳ quét lặp lại (scan loop), thay đổi tham số chương trình mà khơng cần (khơng được) dừng hệ thống, • Các cơng cụ phát triển: dễ sử dụng, hướng đối tượng, thân thiện • Nâng cao độ tin cậy: dùng chế Song hành (duplication), Dự phòng (redundancy) cho máy chủ, máy in kiện, thiết bị lưu đường truyền tin Ch 1: Overview 10 8/26/2012 • Nâng cao độ tin cậy: – Cơ chế Song hành (duplication): • Cho Hệ thiết bị máy tính chủ, đường truyền LAN, modules, nguồn cung cấp • Các thiết bị song hành thực công việc chung - Load sharing Nếu thiết bị thự (i) có có, thiết bị lại thực phần việc TB (i) • Thường có Thiết bị Master hay Supervisor để giám sát việc thi hành thiết bị song hành Ch 1: Overview 11 – Cơ chế Dự phịng (Redundancy): • Dự phịng nguội • Dự phịng nóng (Active-Standby): thiết bị thực chức update CSDL Cơng nghiệp, tính tốn cho điều khiển ra, có Tbị Active đưa tín hiệu – Watch Dog/ Chien de Garde: Ch 1: Overview 12 8/26/2012 Hình 101 Song hành dự phòng Ch 1: Overview 13 Ch Tổng quan Hệ thống máy tính Cơng nghiệp 1.3 Cấu trúc mạng cơng nghiệp: Mơ hình mạng cơng nghiệp thường bao gồm Layers (or Levels): Field, Process Control (Master) Supervisory/Management Levels: hình 102 • Field Level: Là đối tượng gắn liền với q trình cơng nghệ, thường điều khiển máy tính cơng nghiệp, hệ Vi điều khiển hay PLC nhỏ Đường truyền thường dạng Point to Point Multi Point Ch 1: Overview 14 8/26/2012 • Process Control/ Master Level: Kết nối, tập trung hóa điểm cơng nghệ thơng qua module truyền tin, có data base Thiết bị thơng thường máy tính PC cơng nghiệp PLC mạnh • Supervisory Management/ Operator Level: thường dùng Industrial Ethernet để đặt thơng số sản xuất, giám sát q trình, quản trị sở liệu sx, qlý thiết bị, ql cố Giống mạng máy tính bình thường, nối internet cho dịch vụ remote (installing, training, service, update ) Ch 1: Overview 15 Ch 1: Overview 16 8/26/2012 1.3.1 Field Level – Level 1: • Nói chung, chúng thiết bị thơng minh (computerized devices Vi điều khiển, iPC), có cổng truyền tin RS232/ RS422/ RS485 đường truyền nguồn dịng điện có cách ly quang học: • Các thiết bị đo gắn với trình sản xuất/ đối tượng công nghệ: Máy đo lưu lượng, nhiệt độ, áp suất, tốc độ quay , • Các thiết bị điều khiển/ cấu chấp hành: Motor, Valve, Contactor , • Các hệ điều khiển mạng CN cấp thấp hơn, điều khiển PLC/PC (Field Controller) cho nhóm thiết bị, mạng AS-i Siemens, MODBUS Schneider • Được tập trung hóa, đánh địa bus chuẩn, (như Profibus Siemens) để trao đổi thông tin với tầng • Các transducers, sensors thơng minh Ch 1: Overview 17 1.3.2 Master/ Process Control Level – Level 2: • Là PC cơng nghiệp (iPC), PLC máy tính kỹ thuật (Aid/Health) • Các Cty sản xuất PLC: – – – – – Siemens Automation Simatic, S5/S7 series; Allen Bradley, a Rockwell Company, AB Master series; GE-Fanuc, a GE Company, Master Logic 90 series; ABB Automation, Master Piece Series; Omron; • Cấu trúc thiết bị PLC thường chia thành module chức năng, gắn giá đỡ (RACK): – CPU + Power supply Module có cổng nối lập trình (Programmer) – [Expansion Memory Module (Flash, SRAM, DRAM, BBRAM)] – Digital Input Module (mức áp dc/ac, cách ly ) Ch 1: Overview 18 8/26/2012 – Digital Output Module (relay, transistor, triac , Relay/Opto Isolated) – Analog Input Module (u, i, cách ly ) – Analog Output Module (u, i) – Timer/ Counter Module (kHz, đếm xung, đo tốc độ, chiều dài) – Communication Module: (RS232/485; Ethernet IEEE 802.x) – 2/3 D Positioner Module (định vị 2/ chiều) – Interface Module - dùng để mở rộng thêm Module khác – Function Modules: chức điều khiển PID, Servo/ Step Motors, • Bus: thường dùng – Bus chuẩn công nghiệp để nối với với tầng dưới, – Ethernet IEEE 802.x để kết nối tủ PLC nối với tầng Ch 1: Overview 19 • Health Repport & Aid (Development System) PCs : – Health Report PC: Nối với điểm đo thô (các tầng Transporrt Oriented Protocols), thông số vận hành máy chủ, tủ PLC chuyên gia (masters) bảo dưỡng sửa chữa – Aid/ Development System Computers: – Chứa Ctr nguồn (system/application) PLC, chương trình dịch tool - LOADER, DEBUGGER, SIMULATOR để nạp chạy thử PLCs – Dùng cho chuyên gia sửa chữa/ thay đổi/ nâng cấp phần mềm thay đổi tham số đo lường/điều khiển (đôi hiểu data base) PLC, – Khai báo thêm điểm cơng nghệ mới, xóa bỏ điểm có (1 data base); – Có cơng cụ DEBUG phép Test, Run, Stop, Break cho đối tượng Ch 1: Overview 20 10 ... tín hiệu – Watch Dog/ Chien de Garde: Ch 1: Overview 12 8/26/2 012 Hình 10 1 Song hành dự phòng Ch 1: Overview 13 Ch Tổng quan Hệ thống máy tính Cơng nghiệp 1. 3 Cấu trúc mạng cơng nghiệp: Mơ hình... cho dịch vụ remote (installing, training, service, update ) Ch 1: Overview 15 Ch 1: Overview 16 8/26/2 012 1. 3 .1 Field Level – Level 1: • Nói chung, chúng thiết bị thông minh (computerized devices... Mill (19 80s QCX), Bãi Pulp & Paper Mill (19 97 - QCS) ABB, SCADA điều độ lưới điện quốc gia - A0 miền A1/ A2/ A3 điều độ địa phương - HN, HCM (19 95 - nay) tất N/m đầu tư, nâng cấp sau 19 90 Hịa