Đồ Án Tốt Nghiệp Điện Tử Thiết Kế Hệ Mạng Scada Giám Sát Và Thu Thập Số.docx

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[.]

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, điều khiển lập trình SCADA, Ngơn ngữ lập trình SCADA, Thực thi chương trình , LẬP TRÌNH SourceCode Điều khiển giám sát thu thập liệu (SCADA) phần thiếu hệ thống tự động hoá đại Từ năm gần đây, tiến lĩnh vực truyền thông công nghiệp công nghệ phần mền thực đem lại nhiều khả mới, giải pháp Chưa bao giờ, việc tạo dựng ứng dụng SCADA lại đơn giản Nếu trước đây, ngành điện cần phải có panel điều khiển tường với chi chít đèn báo, cơng tắc, đồng hồ vài người đứng xem xét, theo dõi mạng lưới cung cấp điện: nơi non tải, hay cố đứt dây, chập mạch với giải pháp dùng hệ SCADA, ta dùng tay tác động vào “chuột” thơng số vùng muốn theo dõi lên.Việc điều điện áp, cắt tải hay mở rộng cửa xả nước để tăng công suất phát điện cịn truyền đến nhà máy phát điện khác để tham gia hòa điện lên mạng lưới điện quốc gia.Với tiến vậy, em chọn đề tài để củng cố nhiều kiến thức Và từ có nhiều khả để xây dựng nên giải pháp SCADA mà trọng tâm việc xây dựng giải pháp thời điểm dùng công cụ phần mềm thiết kế giao diện tích hợp hệ thống.Vì đề tài phần mềm em chọn phần mềm SCADA WinCC Còn thiết bị bao gồm đo điện Mach 30, PLC S7-300 CPU 314IFM, PLC S7-200 CPU 226, contactor, relay, tải bóng đèn động khơng đồng ba pha Trừ động tất thiết bị gắn panel Và với nhiệm vụ đề tài tìm hiểu WinCC, Simatic S7-200/300, chuẩn truyền thông Modbus, chuẩn truyền thông Ducati (hỗ trợ cho việc truyền thơng máy tính với Mach 30), thiết kế hệ SCADA-giám sát thu thập số liệu điện Nên luận văn chương em giới thiệu SCADA HMI Và hệ thống SCADA phần phát triển sở phát triển mạng máy tính truyền thơng cơng nghiệp nên em giới thiệu khái quát mạng công nghiệp chương hai Và chương ba giới thiệu PLC S7200, PLC S7-300 Thêm vào chương bốn giới thiệu Mach 30 Cuối chương năm giới thiệu WinCC           Vì thời gian thực đề tài có hạn nên luận văn khơng trách khỏi sai sót Kính mong q thầy độc giả nhiệt tình bỏ qua Chương                        GIỚI THIỆU VỀ SCADA VÀ HMI I.Khái niệm SCADA HMI Thị trường  tiêu thụ hàng hố ln địi hỏi không  ngừng  nâng cao chất lượng,  giảm giá thành, đổi kết cấu, mẫu mã sản phẩm  Nhu cầu đặt u  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 chế tạo,  trong lúc quy trình cơng nghệ  ln cải tiến, nhu cầu chất lượng   và quy cách sản phẩm thay đổi Bởi nhu cầu mền hoá hay linh hoạt dây chuyền sản xuất  ngày  càng tăng  Các dây chuyền   sản xuất  có khả  thay đổi nhanh chóng lại khơng  tốn nhiều  cơng  suất để chuyển  sang sản xuất  sản phẩm  mới, sang quy trình cơng  nghệ  mới Để đáp ứng  nhu cầu trên,  yêu  cầu  phải  có  hệ thống  sản xuất  mới Hệ thống  sản xuất  tự động linh hoạt hay gọi tắt  là hệ thống  sản xuất  linh hoạt (FMS) áp  dụng thành tựu khoa học kỹ thuật   về  tin học, kỹ thuật điều  khiển  số, điều khiển  người  máy  Đặt biệt  là mơ hình sản xuất  tự động  Workcell –tế bào sản xuất tự động –là đơn vị có khả làm việc độc lập hoàn toàn với phận  khác  trong nhà máy,  nó đảm đương việc thực hồn tất cơng đoạn quy trình sản xuất  Một workcell  đại  cịn biến  đổi chức  làm việc để phù hợp  với nhu cầu kết nối với  các  workcell  khác  để  tạo nên  dây chuyền sản  xuất  linh hoạt Dây chuyền  công nghiệp  dùng người máy điều khiển máy tính điện tử  với thiết  bị gia công điều khiển số dạng  NC CNC tạo khả  dễ dàng thay đổi quy trình làm việc, thun  chuyển   cơng việc thực  hiện chủ yếu thay đổi chương trình cho máy tính   Các thiết  bị thay dần máy tự động “cứng”  .Hệ thống  sản xuất linh hoạt bao gồm  nhiều  vấn đề phức tạp như: cấu  trúc  tổ chức,  quản  lý phần   tử hệ thống đến việc đánh giá lợi ích, vấn đề xã hội mà hệ thống  sản xuất gây Hệ thống điều khiển  giám sát thu thập  dữ liệu (SCADA)  phương thức tiên tiến điều khiển  hệ thống sản xuất tự động cơng  nghiệp   và phương thức điều  khiển  SCADA  được ứng dụng  vào việc giám sát điều khiển  tế bào sản xuất workcell Vậy ta giới thiệu  sơ lược  về hệ thống SCADA MỤC LỤC                                    Trang   Chương 1        GIỚI THIỆU VỀ SCADA VÀ HMI        I      Khái niệm SCADA HMI        II     Nguyên tắc hoạt động hệ thống SCADA        III    Chức nhiệm vụ hệ thống SCADA        IV   Phân loại hệ thống SCADA        V    Tiêu chuẩn đánh giá        VI   SCADA lên WEB        VII  Nhìn tương lai Chương 2       MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 11        I      Khái niệm 11           1   Khái niệm mạng truyền thông công nghiệp 11           2   Phân loại  đặc trưng hệ thống MCN 12        II     Cơ sở kỹ thuật 16           1   Khái niệm 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 điện 47           4   Bảo toàn 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 PLC 61           II  Đặc điểm điều khiển lập trình 61           III Cấu trúc 65           IV Cổng truyền thông 66           V  Ưu nhược điểm 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 kiện ngắt thứ tự ưu tiên 76           V  Vùng nhớ đặc biệt 77           VI Giới thiệu 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 nhớ CPU 88           IV Giới thiệu CPU 314IFM 90 Chương IV            MACH 30 98           I    Giới thiệu 98             1   Các tính MACH 30 99             2   Các thông số MACH 30 99             3   Cơng suất trung bình 99             4   Hệ số dạng THDF 99             5   Các giá trị đo hiển thị sẵn 100             6   Mạng nối kết thiết bị máy tính 101             7   Ứng dụng 102           II     Cách sử dụng MACH 30 102             1   Các menu phím chức 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 cực thu hở 106             7   Các thơng số menu đặt cấu hình 107           III    Giao thức truyền thông Ducati 108             1   Giới thiệu 108             2   Ứng dụng 108             3   Diễn tả 108             4   Frame yêu cầu liệu 111             5   Những frame lệnh 119 Chương 5           SIMATIC WINCC CONTROL CENTER 124        A.Giới thiệu 124             I    Control Center hệ thống WinCC 124            II   Project 133        B.Cách lập trình WinCC 136             I    Khái niệm 136             1   Cấu trúc 136             2   Giao diện WinCC 136             II  Cách lập trình 138             1   Khái niệm tag WinCC 138             2   Driver 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                                       PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1.Kết thi công           Thu thập tốt liệu từ  đo Mach 30 máy tính thơng qua chuyển đổi RS-232/485 phần mềm WinCC đồng thời từ máy tính thơng qua phần mềm điều khiển ngõ Mach 30           Vì WinCC có hỗ trợ Driver cho PLC S7-300 nên việc kết nối máy tính với S7-300 CPU 314IFM dễ dàng nên em đă kết nối thành công việc đọc liệu điều khiển Còn S7-200 WinCC khơng hỗ trợ nên em viết chương trình riêng viết theo frame truyền Ducati cho PLC S7-200 WinCC Kết kết nối thành cơng           WinCC có hỗ trợ việc lưu trữ xử lý liệu (ví dụ giá trị đo thông tin báo động)và nên em tìm hiểu thức mà WinCC lưu dữ  liệu đọc liệu mà WinCC thu thập từ Mach 30 PLC S7-220 S7-300 từ phần mềm khác Excel, Access, ISQL…Và em thực phần mềm thành cơng việc đọc xử lý liệu 2.Hướng phát triển đề tài           Đề tài phần khẳng định tính mở, độ linh hoạt hệ thống SCADA tức dùng mạng truyền thông dựa theo giao thức Modbus chuẩn RS-485 ghép nối nhiều thiết bị (có hỗ trợ giao thức chuẩn này) thuộc hãng khác Hơn với hỗ trợ mạnh sở liệu khả tích hợp WinCC nên ta ghép nối với hệ thống khác có khả mở rộng đến cấp quản lý, không thiết cấp chấp hành cấp điều khiển Vì hệ thống SCADA có khả mở rộng 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 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 hố với SIMATIC S7-300 (Nguyễn Đỗn Phước-Phan Xn MinhVũ Văn Hà ) Tự động hố với SIMATIC S7-200 (Nguyễn Đỗn Phước-Phan Xn Minh) Tạp chí Tự Động Hố Ngày Nay(Automation Today) Mạng Truyền Thơng Cơng Nghiệp (Hồng 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)      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 (Ngơ Diên Tập) Các Luận Văn Tốt Nghiệp khố trước mơn ĐKTĐ           Cụ thể:           Đây hình chụp panel: Hệ SCADA đời vào  năm 80 sở ứng dụng kỹ thuật  tin học, mạng máy tính truyền thơng cơng nghiệp Giống nhiều   từ viết  tắt có tính truyền thống khác, khái niệm SCADA ( Supervisory Control And Acquisition)  hiểu với  ý nghĩa khác nhau, tuỳ theo lĩnh  vực ứng dụng  và theo thời gian Có thể,  khi nói tới SCADA người ta liên tưởng  tới hệ thống mạng thiết  bị có nhiệm vụ tuý thu thập  dữ liệu  từ trạm xa truyền tải khu trung tâm  để xử lý Các hệ thống ứng dụng  trong cơng nghiệp khai thác dầu khí phân phối lượng  là ví dụ tiêu biểu Theo cách hiểu này, vấn đề truyền  thông  được  đặt lên hàng đầu Trong nhiều trường hợp, khái niệm SCADA “None-SCADA “ lại  dùng để phân biệt 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 cách tổng qt,  một hệ SCADA khơng  có khác  là hệ thống điều  khiển  giám  sát, tức hệ thống  hỗ trợ người việc quan sát điều  khiển   từ xa,  cấp cao hệ điều khiển thông thường Đương nhiên,   để quan sát điều  khiển  từ  xa cần  phải  có  hệ thống truy cập ( khơng  chỉ thu thập! ) truyền   tải liệu,  cũng cần phải có giao diện người -máy (Human - Machine Interface,  HMI) Tuỳ theo trọng tâm nhiệm  vụ mà người  ta có  cách  nhìn khác Tuy nhiên hệ SCADA thường phải có đủ thành phần sau : +Giao diện người – máy (sơ đồ cơng 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 hệ thống  bus trường +Cơ sở liệu  quá trình +Các chức  hỗ trợ trao đổi tin tức(Messaging ) xử lý  cố (Alarm) Hỗ trợ lập báo cáo (Reporting) Hay nói cách tổng quát hơn, hệ SCADA bao gồm thành phần sau: +Trạm điều khiển trung tâm (Master Station ): Có nhiệm  vụ thu thập, lưu trữ, xử lý số liệu  và đưa lệnh điều khiển xuống trạm  cơ sở +Hệ thống trạm sở  (Operation  Station ):  trạm  đặt trường  có nhiệm  vụ thu thập,   xử lý số liệu phạm  vi định gửi số liệu trạm  trung tâm đồng thời thực  hiện  các lệnh  điều khiển  từ trạm trung tâm +Mạng lưới truyền  tin: Được xây dựng sở mạng  máy tính truyền thơng cơng nghiệp có chức  đảm  bảo thông  tin hai chiều trạm điều khiển trung tâm trạm  cơ sở Như ta thấy,  HMI  thành   phần   trong hệ  SCADA, nhiên  chỉ ở   cấp điều  khiển  giám  sát, mà ở   các cấp  thấp  hơn người ta cần giao diện người –máy phục vụ việc quan sát thao tác vận hành 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 Sự tiến công  nghệ  phần  mềm  và kỹ thuật  máy tính PC, đặc biệt chiếm  lĩnh thị trường hệ điều hành Windows NT với công nghệ  của Microsoft thúc  đẩy  sự  phát  triển  của công  cụ  tạo dựng phần mềm SCADA theo hướng  mới, sử dụng PC Windows NT làm phát triển  và cài đặt Từ phạm   vi chức  thuần  tuý thu thập liệu  cho việc quan sát, theo dõi trình, hệ SCADA ngày đảm nhiệm  vai trị điều  khiển  cao cấp, điều khiển  phối hợp Phương pháp điều khiển theo mẻ, điều khiển  theo công thức (batch control, recipe control)   ví dụ tiêu biểu Hơn nữa, khả  tích hợp hệ thống điều khiển  giám sát với ứng dụng  khác hệ thống thông tin, phần  mềm  quản  lý, tối ưu hố hệ thống,  tồn cơng ty  trở nên dễ dàng Trong giải pháp điều khiển  phân  tán,  hệ thống  truyền  thông  ở  cấp (bus trường, bus chấp hành – cảm biến)  đã có sẵn Nếu  như mạng máy tính cơng  ty  trang bị (chủ yếu dùng Ethernet),thì  cơ sở hạ  tầng  cho việc truyền  thơng khơng cịn vấn  đề lớn phải  giải Chính vậy, trọng  tâm việc xây dựng  các giải pháp SCADA thời điểm vấn đề lựa chọn  công cụ phần mềm thiết kế giao diện  và tích hợp hệ thống II.Nguyên tắc hoạt  động hệ thống SCADA Hệ thống  SCADA hoạt  động dựa nguyên  tắc lấy tín  từ cấu cảm biến   gắn thiết  bị công tác  trên dây truyền sản xuất  gửi cho máy tính (thực 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  cài sẵn nhớ Đồng  thời, máy tính hiển  thị lại thơng tin kỹ thuật  của hệ thống  trên  màn  hình, cho phép tự động giám  sát điều  khiển   hệ thống  và phát  ra tín hiệu điều khiển  đến máy cơng tác tạo  nên vịng tín hiệu kín (thực  hiện  chức  giám  sát điều khiển) Việc điều khiển  giám sát bao hàm hai ý nghĩa : +Con  người theo dõi điều  khiển +Máy tính giám  sát điều  khiển Đối với hệ thống  sản xuất  tự động trước đây, việc kiểm tra giám sát hoàn  toàn  do người đảm trách So với máy  tính, tốc  độ  xử lý tính tốn người  rất chậm  và dễ nhầm  lẫn Việc  tính tốn điều khiển máy tính tránh  được  hậu  Những  sai sót nhỏ,  đơn giản thường  xuyên   gặp phải  sẽ máy tính giám   sát  và  xử  lý theo chương trình  đặt sẵn Đối với  sự cố lớn máy tính báo  cho người theo dõi biết  và tạm dừng hoạt  động hệ thống để chờ quyết  định  của người điều hành Vì vậy, bên cạnh  khả hoạt động toàn hệ thống theo chương trình định trước,  hệ SCADA cịn cho phép người vận hành quan sát  được trạng thái làm việc thiết bị trạm  cơ sở, đưa cảnh báo, báo động hệ thống   có cố thực lệnh điều khiển can thiệp vào hoạt  động hệ thống có tình bất thường hay có cố III.Chức nhiệm vụ hệ thống  SCADA: 1.Giám sát phân  tích hoạt động sản xuất: Ngay nhận biết thông tin hoạt động hệ thống từ phận   cảm  biến  gửi về, máy  tính phân  tích tín hiệu  đó so sánh với  tín hiệu chuẩn,  với tín hiệu  yêu  cầu từ tập tin cấu hình hoạt  động hệ thống sản xuất, hay bảng sở liệu sản phẩm,  quy trình sản xuất,  các thông  số công nghệ máy công tác(dữ liệu  tham khảo).   Nhờ phận cảm biến,  các thiết  bị đo lường mà q trình sản xuất ln thông  báo cho người  giám  sát biết thông  tin tiến  trình hoạt động sản  xuất,  các thơng   số kỹ thuật  ,số lượng  sản phẩm Việc giám sát bao hàm hai ý nghĩa: +Máy tính giám sát +Con người giám sát Việc theo dõi giám  sát chủ  yếu  là máy tính, người đóng vai trị phụ, chun theo dõi  biến  cố lớn nguy hiểm đến hệ thống sản xuất Những  trục trặc  nhỏ hay sai lệch  thường  xuyên  gặp phải máy tính sửa chữa theo chương trình  cài sẵn 2.Hoạt động theo chương trình điều khiển Ngồi chức truyền  thống so sánh để điều khiển cấu tác động, ta cịn cho hệ thống  hoạt động theo chương trình lập từ trước.   Nhờ  có vi xử  lý ta có  thể lập trình cho hệ thống  hoạt động theo chu trình phức tạp, máy tính đọc chương trình xuất  tín hiệu điều khiển cho 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 việc  thay đổi chương trình Mẫu  mã, kích thước  vẽ máy tính phần mềm chuyên dụng (Cimatron, Pro Engineer ) máy  tính dịch  lại theo mã máy  để cho máy điều khiển  số (NC,CNC) hiểu 3.Kiểm tra đảm bảo chất lượng Nhờ thiết bị cảm ứng, thiết bị đo lường  gắn máy mà ta đo, kiểm tra sản phẩm, loại bỏ phế phẩm  ngay từ nguyên nhân hỏng,  nhờ mà chất  lượng  sản xuất nâng cao giảm  bớt chi phí sản xuất;  kịp thời phát hiện,  báo động  những  biến  cố xảy 4.Quản lý q  trình sản xuất Các thơng tin hệ thống  sản xuất  truyền  về cho máy tính giám sát thống  kê, tổng  kết trình sản xuất:  số lượng   sản phẩm,  số lượng nguyên   vật liệu tồn trữ, giúp người quản lý  ra định Đặt biệt  là khả  liên  kết  động  (DDE-Dynamic Data Exchange)  cho phép thông  tin kết  nối,  trao đổi  cơ sở  dữ  liệu với hệ thống SCADA  tương  tự  khác   trên  mạng   TCP/IP  (Transfer  Control Protocol/Intenet  Protocol)-một tập tiêu chuẩn  (các giao thức) dùng cho trình phát  truyền   và sửa lỗi  các liệu,  cho phép máy tính ghép mạng  Internet sang máy tính khác) Điều cho phép hệ thống truy xuất  dữ liệu  cũng  như xuất tín hiệu điều khiển lẫn Hệ thống  SCADA cịn có khả  liên  kết với hệ thống  thương mại có cấp độ cao hơn, cho phép đọc /viết theo sở liệu  chuẩn  ODBC Oracle , Access , Microsoft SQL… IV Phân loại hệ thống SCADA Có nhiều  loại  hệ thống  SCADA khác chúng chia làm nhóm với  tính sau : +SCADA độc lập/SCADA nối mạng +SCADA khơng  có chức  đồ hoạ(Blind)/SCADA có khả  năng   xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực(real time) 1.Hệ thống SCADA mờ (Blind) : Là hệ thống  thu nhận,   xử lý liệu thu hình ảnh  đồ thị Do khơng   có 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 thu nhận  dữ liệu  có khả mơ tiến trình hoạt  động hệ thống  sản xuất nhờ tập tin cấu hình máy khai báo trước Tập tin cấu hình ghi lại khả hoạt  động hệ thống,   các giới hạn không gian hoạt động,  giới hạn khả năng, công suất làm việc  máy  Nhờ biết trước khả  hoạt động hệ thống sản xuất  mà có tín hiệu vượt  q tải hay có vấn đề đột ngột phát  sinh, hệ thống  sẽ báo cho người giám sát biết trước để họ can thiệp vào tín hiệu vượt  quá mức cho phép  hệ thống  sẽ cho máy công  tác ngưng hoạt động 3.Hệ thống SCADA độc lập: Là hệ thống   giám  sát thu nhận   dữ liệu  với  bộ xử lý, thông thường loại hệ thống SCADA điều khiển  một hai máy cơng cụ hay cịn  gọi  là workcell Do khả điều khiển  ít máy  cơng  tác nên  hệ thống  sản xuất đáp ứng  cho việc sản xuất chi tiết, không tạo nên dây chuyền  sản xuất lớn 4.Hệ thống SCADA mạng: Là hệ thống  giám  sát thu nhận  dữ liệu với nhiều  bộ xử lý có nhiều phận  giám  sát  kết nối với thông qua mạng  Hệ thống cho phép  điều khiển phối  hợp nhiều máy  công  tác  nhiều nhóm workcell tạo nên dây chuyền  sản xuất tự động  Đồng  thời hệ thống kết nối tới nơi quản  lý – nơi định sản xuất hay trực tiếp sản xuất theo yêu  cầu khách  hàng  từ nơi bán hàng hay phòng thiết kế Do kết  nối mạng nên  điều  khiển   từ xa thiết  bị công tác mà điều kiện nguy hiểm (như làm việc  nơi có mơi trường phóng xa, nơi có từ trường mạnh …) không cho phép người đến gần V.Tiêu  chuẩn đánh giá Mục đích việc đánh  giá lựa  chọn  của người  thiết  kế hệ thống  khơng  phải  là tìm giải pháp  tốt nhất,  mà giải pháp  đủ thoả mãn nhu cầu mặt kỹ thuật  với giá thành  hợp  lý, phạm vi ngân sách cho phép  Để đánh  giá giải pháp  SCADA, ta cần đặc biệt ý đến yếu tố sau: +Khả  năng  hỗ trợ công cụ phần  mềm  đối với việc thực  hiện hình giao diện, chất lượng thành  phần  đồ hoạ  có sẵn +Khả truy cập cách  thức kết nối liệu  từ  quá  trình kỹ thuật (trực   tiếp  từ cấu chấp hành, cảm biến,  các module vào / ra, qua thiết bị điều khiển khả trình PLC hay hệ thống  bus trường) +Tính  mở rộng hệ thống +Khả hỗ trợ xây dựng  các chức trao đổi tin tức (Messaging), xử lý  kiện   và  sự  cố  (Event  and  Alarm),  lưu trữ thông   tin (Archive  and History) lập báo cáo (Reporting) +Tính 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,  cơng đào tạo dịch  vụ hỗ trợ,  bảo trì Sau đây, ta  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  là những   khía cạnh làm  nổi bật  những   đặc  tính giải pháp SCADA hệ Tạo dựng  ứng  dụng SCADA tối  thiểu đòi  hỏi  hai  phần  việc chính: xây dựng  màn hình hiển  thị thiết  lập mối quan hệ  các hình ảnh hình với biến  quá trình Như vậy, công việc tạo dựng ứng dụng SCADA nguyên   tắc phức tạp nhiều so với việc  lập trình giao diện  đồ hoạ  ứng  dụng thơng  thường.   Có hai phương pháp để tạo dựng: Phướng   pháp  thứ  là  sử  dụng cơng  cụ  lập trình phổ thông  như Visual C++, Visual Basic, Jbuilder, Delphi người  lập trình phải  tự làm từ đầu, giống việc phát triển ứng dụng  thông  thường  Không  kể đến việc  phải lập trình để kết  nối liệu  qua cổng truyền  thơng,  thì cơng việc  lập trình đồ  họa mặc  dù có  cơng   cụ  hỗ trợ  mạnh  gặp nhiều   khó khăn  Thứ  là phương pháp  này địi hỏi mức kiến  thức lập trình cao  người  lập trình Thứ hai, việc  lập trình biểu  tượng, ký hiệu đồ hoạ  thường  dùng kỹ thuật (van, đường ống, bình nước, đồng hồ, núm xoay…)  địi hỏi nhiều  cơng sức Để giải  vấn đề này, ta sử  dụng 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 thư viện thành phần ActiveX –controls hay JavaBeans nâng cao hiệu suất  lập trình cách  đáng  kể Tuy nhiên bất  cứ trường   hợp nào, việc phải biên dịch  lại toàn ứng dụng  (tức  là phải  sử dụng compiler) điều  không   thể tránh  khỏi  Do hạn chế đây, phương pháp lập trình nên sử dụng  trong ứng dụng  quy mơ nhỏ có u cầu phải thay đổi Phương pháp  thứ hai sử dụng cơng cụ phần mềm chun  dụng (ví dụ FIX, InTouch,WinCC,Lookout,…), gọi  tắt phần  mềm  SCADA Các công cụ có chứa  các thư viện thành phần cho việc xây dựng  giao diện người –máy  cũng phần  mềm  kết nối với thiết  bị cung cấp  dữ liệu thông dụng Nhiều  công cụ định nghĩa  một ngôn ngữ riêng (thường  gọi script) phục  vụ mục đích , nhiên  độ phức tạp chúng  cũng khác Gần nay, xu hướng đơn giản hoá việc  tạo dựng ứng dụng SCADA thể  sự kết hợp  phương pháp lập trình hiển  thị  với sử dụng ngôn  ngữ script thông dụng Visual Basic for Application(VBA) VBScript, tương tự việc soạn  thảo văn Một số cơng cụ cịn xa 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 thành phần chương trình dạng  biểu đồ khối chức (FBD) quen thuộc,  khơng  cần tới dịng  lệnh kể  cả script Người ta  nói đến   khái   niệm tạo lập   cấu   hình  (configuring)   thay  cho  lập  trình  ( programming) Cơng nghệ đối tượng  thành phần tính mở: Hiện nay, có lẽ không   một  phần   mềm SCADA  tự  nhận   là tiên tiến mà khơng  đưa từ khóa hướng đối tượng  vào danh sách đặc tính ưu việt để quảng  cáo Mặc  dù đại đa số trường   hợp, cách  sử dụng thuật  ngữ mang tính chất lạm dụng,  qua hay nhiều ta thấy tầm quan trọng  của công nghệ đối tượng  Thực  chất thư viện phần  sẵn có sản phẩm  thuộc hệ thường  được xây dựng sở  mơ hình đối tượng,  đặc biệt  phải  nói tới mơ hình COM Microsoft Việc   sử dụng  mơ  hình đối  tượng thành  phần chuẩn  cơng nghiệp COM mang lại nhiều ưu như: +Nâng cao hiệu  suất công việc thiết  kế, xây dựng giao diện người –máy  cách  sử dụng ActiveX –Controls +Nâng cao khả tương tác khả  mở rộng, hay nói cách  khác  là tính  mở rộng hệ thống +Thuận  lợi việc   sử dụng chuẩn  giao diện  quá trình OPC (OLE for Process Control) để kết nối với thiết  bị cung cấp liệu thật,  hầu hết (nếu  khơng  nói đến tất ) phần mềm  SCADA tiên tiến điều hỗ trợ COM, cụ thể  có ba đặc điểm nêu Nếu trước để tạo dựng  được hình giao diện  đồ hoạ, người lập trình có kinh nghiệm  cần trung bình vài ngày,  thì thời gian  giảm  xuống   tới  vài Sử dụng cơng  cụ tích hợp, ta hồn  tồn tập trung vào cơng  việc mà khơng  cần kiến  thức chun sâu  về  lập  trình Cơng  nghệ  đối tượng thành   phần   và  phương pháp khơng lập trình mở khả 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 máy !?Không, lần! Công nghệ Web cho phép làm Sử dụng  Web làm cho ứng dụng  SCADA không  chỉ mang lại hiệu thời gian cài đặt phần  mềm mà trước  tiên  là mở khả  mới cho việc tích hợp  hệ thống  tự động hố hệ thống  thơng  tin thống công ty Điều  khiển  giám  sát khơng  cịn chức  độc quyền chun   viên kỹ thuật  Một giám đốc điều hành sản xuất,  hay tổng giám đốc cơng ty  có thể quan sát tham gia điều hành trình sản  xuất   từ phịng  làm việc riêng,  chỉ  qua hình, bàn phím  chuột Tương tự báo cáo tình hình sản xuất thị không thiết  phải theo đường giấy tờ  hay truyền  miệng,  mà trực tiếp diễn “on-line” Đưa SCADA lên Web tạo điều kiện thuận  lợi cho dịch  vụ bảo trì hệ thống   từ xa Các nhà cung cấp giải pháp tự động hố khơng  cần phải trực tiếp đến sở sản xuất,  mà theo dõi tồn diễn  biến  q trình  kỹ thuật qua  một  trình  duyệt  Internet  Explorer  hay  Netscape Navigator, sở chuẩn  đốn,  xác định  lỗi đưa phương hướng giải thích hợp VII Nhìn tương lai Điều khiển  giám sát hay SCADA khơng  cịn khái niệm mẻ,  tiến cơng nghệ để thực luôn đổi Bên cạnh xu hướng  mới việc  sử dụng  các thiết  bị cảm biến  và cấu chấp hành thông minh, mạng truyền   thông  công  nghiệp   và mềm  hố giải pháp điều khiển,  thì hệ SCADA chiếm   vai trò quan trọng nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau.Tầm  nhìn cho công ty tương lai với hệ thần  kinh số (DNS), tích hợp tồn hệ thống điều khiển  tự động,  điều  khiển  giám  sát với hệ thống  điều  hành  sản xuất  và quản lý cơng ty,  sẽ  nhanh chóng  trở thành  hiện  thực  Đó hướng chiến lược cho cơng  ty đường phát triển  thời đại  kinh tế trí tuệ xã hội thông  tin kỷ XXI Chương              MẠNG  TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP I Khái niệm Khái niệm mạng  truyền  thông công nghiệp Sự  phổ  biến  của  giải  pháp  tự  động  hoá  sử dụng hệ thống  truyền thông  số kết tổng  hợp  của tiến kỹ thuật  vi điện  tử, kỹ thuật máy tính, kỹ thuật  thơng  tin đương nhiên  cả kỹ thuật tự động hố Mạng truyền  thơng cơng nghiệp  hay mạng cơng nghiệp ( MCN ) khái niệm chung hệ thống mạng  truyền  thông số, truyền  bit nối tiếp,  được sử  dụng để  ghép  nối  các  thiết  bị công nghiệp  Các hệ thống truyền  thông  công nghiệp  phổ biến  hiện  nay cho phép  liên  kết mạng nhiều  mức khác  nhau,  từ  bộ  cảm  biến,   cơ cấu  chấp  hành  cấp trường máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển quan sát máy  tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty Về sở kỹ thuật,  mạng  công nghiệp  và hệ thống mạng  viễn thông có nhiều điểm tương đồng, nhiên có điểm khác biệt sau: •   Mạng viễn thơng, có phạm vi địa lý số lượng thành viên tham gia lớn nhiều,   nên  các yêu  cầu kỹ thuật  (cấu  trúc mạng, tốc  độ truyền thơng,  tính  năng thời  gian  thực,…)  rất  khác,  cũng  các phương pháp truyền thông ( truyền  tải dải rộng / dải sở, điều  biến, dồn kênh,  chuyển  mạch,…) thường  phức tạp so với mạng cơng nghiệp •   Đối tượng  của mạng  viễn thông bao gồm  cả người  và thiết bị kỹ thuật, người đóng vai trị chủ yếu Vì dạng thơng tin cần trao đổi bao gồm tiếng  nói, hình ảnh,  văn  bản  và liệu Đối  tượng  mạng công  nghiệp tuý   là  các   thiết bị  công nghiệp,  nên dạng thông tin quan tâm nhất   là liệu.   Kỹ thuật truyền thông dùng mạng  viễn thông phong phú, kỹ thuật  truyền   dữ liệu theo chế  độ bit nối tiếp  là đặc trưng mạng  công nghiệp Mạng truyền thông  công nghiệp  thực chất  là  một   dạng đặc  biệt  của mạng máy  tính,  được so sánh  với mạng máy tính thơng thường  ở điểm giống khác  nhau sau: •   Kỹ thuật truyền thông số hay truyền liệu  là đặc trưng chung •   Mạng máy tính sử  dụng cơng nghiệp coi  phần  (ở cấp điều  khiển   giám  sát, điều  hành  sản xuất  và quản  lý cơng  ty) mơ hình phân cấp mạng  cơng nghiệp •   u  cầu tính  thời gian thực, độ  tin cậy khả tương thích  trong  mơi  trường  công  nghiệp  mạng truyền thông công nghiệp cao so với mạng  máy tính thơng thường, mạng máy tính thường  địi hỏi cao bảo mật thơng tin •   Mạng  máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau, ví dụ nhỏ  mạng LAN  cho  một  nhóm  vài  máy,  hoặc  lớn  như mạng Internet  Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính gián  tiếp  sử dụng dịch  vụ truyền  dữ liệu mạng viễn thơng Trong đó,  các  hệ  thống   mạng công  nghiệp   thường  có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp Vậy, mạng  truyền thơng cơng nghiệp có vai trò quan trọng lĩnh vực đo lường, điều khiển tự động  hoá ngày  nay ? Sử dụng mạng  truyền thông công nghiệp,  đặc biệt bus trường  để thay cách nối điểm-tới – điểm  cổ điển thiết  bị công nghiệp  mang lại hàng loạt lợi ích sau: •   Đơn giản hoá cấu trúc liên kết thiết bị cơng nghiệp •   Giảm  đáng  kể giá thành  dây nối cơng  lắp đặt hệ thống •   Nâng cao độ tin cậy  và độ xác thơng  tin nhờ truyền thơng số •   Nâng cao độ linh hoạt, tính  mở hệ thống •   Đơn giản hóa, tiện lợi hoá việc chuẩn  đoán,  định  vị lỗi, cố thiết bị •   Nâng  cao khả  tương tác  các  thành  phần  (phần  cứng phần mềm)  nhờ phần mềm chuẩn •   Mở nhiều  chức  và khả  ứng dụng  mới hệ thống, ví dụ ứng dụng  điều khiển  phân tán, điều khiển  giám sát chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet Trong điều khiển  quá trình, hệ thống  bus trường  cũng  thay  các mạch dòng tương tự (current loop) 4-20mA Ưu  của giải pháp dùng mạng công nghiệp  không nằm  phương diện  kỹ thuật, mà   cịn   ở khía cạnh  hiệu kinh tế Chính vậy,  ứng dụng  của rộng rãi  trong hầu  hết  các lĩnh vực công nghiệp,  như điều  khiển  q trình, tự động  hố xí nghiệp,   tự động hố tồ nhà, điều khiển giao thơng,v.v…  Nói tóm lại, sử  dụng mạng truyền  thông công nghiệp  là thiếu  được việc tích hợp hệ thống tự động hóa đại Phân  loại  và đặc trưng hệ thống  MCN ... liệu thu hình ảnh ? ?đồ thị Do khơng   có 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 thu. .. tiến kỹ thu? ??t  vi điện ? ?tử, kỹ thu? ??t máy tính, kỹ thu? ??t  thơng  tin đương nhiên  cả kỹ thu? ??t tự động hố Mạng truyền  thơng cơng nghiệp  hay mạng cơng nghiệp ( MCN ) khái niệm chung hệ thống mạng. ..  lý phần   tử hệ thống đến việc đánh giá lợi ích, vấn đề xã hội mà hệ thống  sản xuất gây Hệ thống điều khiển ? ?giám sát thu thập  dữ liệu (SCADA)  phương thức tiên tiến điều khiển ? ?hệ thống sản