Bài giảng chi tiết về Scada, Bài giảng chi tiết về Scada, Bài giảng chi tiết về Scada, Bài giảng chi tiết về Scada,Bài giảng chi tiết về Scada,Bài giảng chi tiết về ScadaBài giảng chi tiết về ScadaBài giảng chi tiết về Scada
BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU (SCADA) Cần Thơ, 2020 Giáo Trình SCADA Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ SCADA 1.1 GIỚI THIỆU Hệ thống giám sát điều khiển thu thập liệu dựa tảng máy tính (SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition) phát triển 40 năm, từ mô hình đơn lẻ, điều hành phân tán đến kiến trúc mạng giúp truyền thơng nhanh, linh động, xác khoảng cách xa Hơn nữa, SCADA chuyển từ độc quyền sang tiêu chuẩn hóa phần cứng phần mềm, thay đổi giảm chi phí nâng cấp, vận hành bảo trì cung cấp quản lý với thông tin thời gian thực hổ trợ cho việc lập kế hoạch, giám sát định Các hệ thống SCADA thành phần quan trọng hầu hết sở hạ tầng tối quan quốc gia như: Nhà máy phát điện, truyền tải phân phối điện Nhà máy lọc ga, dầu hệ thống quản lý đường ống Hệ thống lọc phân phối nước Hệ thống sản xuất xử lý hóa chất Hệ thống đường sắt vận chuyển khối lượng Mặc dù SCADA dùng phổ biến mạng tự động lớn cơng ty tiện ích cơng cộng, SCADA cịn dùng hầu hết tiến trình điều khiển tự động Các cơng ty sử dụng dây chuyền lắp ráp, nhà máy đóng chay, sử dụng tiện lợi từ SCADA Tồn nhà máy tự động hóa giúp cho việc sản xuất hiệu tin cậy 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN SCADA Mục tiêu hệ thống SCADA phát triển từ đầu thập niên 1960 Sự đời hệ máy tính nhỏ (minicomputer) Digital Equipment Corporation (DEC) PDP-8 PDP-11 làm cho điều khiển trình sản xuất máy tính khả thi Tiến trình Programmable Logic Controlers (PLC) diễn song song Khi máy vi tính phát triển, chúng lập trình thu gọn nhằm cạnh tranh với chức năng, lập trình vận hành PLC Chính xác, cạnh tranh phát triển hai nghiên cứu tiếp diễn đến ngày hôm Lúc đầu, hệ thống điều khiển hạn chế thiết bị cụ thể Sự kết hợp thiết bị điều khiển cục thiết bị, nhà máy không kết nối với mạng bên ngồi Hệ Trang Giáo Trình SCADA thống điều khiển bao gồm máy tính mini PLC trung tâm kết nối với số điều khiển giao tiếp với động cơ, bơm, valve, công tắc, cảm biến … Hình 1.1 minh họa kiến trúc Kiến trúc thường gọi hệ thống điều khiển phân bố (DCS - Distributed Control System) Các hệ thống thường giới hạn vị trí gần nhau, thông thường kết nối với sử dụng mạng cục (LAN – Local Area Network) Khi có yêu cầu cần thiết cho vận hành mạng này, công ty nhà cung cấp phát triển giao thức truyền thông riêng họ, nhiều số độc quyền Hình 1.1 Mơ hình hệ thống điều khiển phân bố tiêu biểu Khi tính kĩ thuật máy tính, hệ điều hành mạng cải tiến, thúc đẩy yêu cầu giám sát trạng thái, vận hành thiết bị, nhà máy từ xa theo thời gian thực Cũng như, nhiều cơng ty có thành viên chi nhánh hoạt động vùng địa lý cách biệt nhau, yêu cầu thu thập liệu từ xa, điều khiển bảo trì trở nên hấp dẫn từ lập trường quản lý chi phí Những khả biết tập hợp giám sát điều khiển tập hợp liệu (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA) 1.3 ĐỊNH NGHĨA HỆ THỐNG SCADA Dưới định nghĩa tiêu biểu hệ thống SCADA: SCADA công nghệ mà cho phép người sử dụng thu thập liệu từ nhiều hai hệ thống từ xa và/hoặc gửi giới hạn lệnh điều khiển đến hệ thống “SCADA is the technology that enables a user to collect data from one or more distant facilities and/or send limited control instructions to those facilities.” Sách SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition Tác giả Stuart A Boyer, Trang Giáo Trình SCADA Xuất bản: ISA The Instrumentation, Systems, and Automation Society; 3rd edition Một hệ thống hoạt động với tín hiệu mã hố qua kênh truyền thông nhằm cung cấp điều khiển thiết bị đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) “A system operating with coded signals over communication channels so as to provide control of RTU (Remote Terminal Unit) equipment.” Tiêu chuẩn: IEEE C37.1-1994, Definition, Specification, and Analysis of Systems Sử dụng cho SCADA điều khiển tự động 1.4 TÍNH NĂNG CỦA HỆ THỐNG SCADA 1.4.1 Kiểm soát truy cập Người dùng định vào nhóm, nhóm điều định nghĩa quyền truy cập đọc/ghi (read/write) thơng số q trình điều khiển hệ thống 1.4.2 MMI (Man Machine Interface) Biểu thị liệu cho người vận hành cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: Hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, hình cảm ứng, … 1.4.3 Lập biểu đồ (Trending) Các sản phẩm SCADA điều hổ trợ tiện ích lập biểu đồ, tính lập biểu đồ thông thường bao gồm: Thông số ghi biểu đồ cụ thể định nghĩa trước định nghĩa trực tiếp Lập biểu đồ thời gian thực lưu lại cho việc tra cứu sau 1.4.4 Điều khiển báo động (Alarm Handling) Báo động dựa kiểm tra giới hạn trạng thái thực máy server Sự báo động thực tập trung, thông tin tồn vị trí tất người dùng thấy trạng thái, báo động với nhiều mức ưu tiên hỗ trợ Ta nhóm báo động đối xử chúng thực thể Chọn lựa báo động vào trang khác xem bảng ghi báo động (alarm log) ta xem theo độ ưu tiên, thời gian theo nhóm E-mails tự động gửi tự động thực thi đáp ứng tùy thuộc vào điều kiện báo động Trang Giáo Trình SCADA 1.4.5 Ghi kiện lưu trữ (Logging/Archiving) Ghi kiện lưu trữ thường sử dụng để miêu tả tiện ích Tuy nhiên, ghi kiện nghĩ lưu trữ liệu lên đĩa cho chiến lược ngắn hạn trung bình, lưu trữ sử dụng cho chiến lược lâu dài đĩa thiết bị lưu trữ thường trực khác Ghi kiện tiêu biểu thực theo chu kỳ, dung lượng liệu khoảng thời gian đạt đến giới hạn liệu cũ ghi đè liệu Sự kiện ghi theo tần số đặt trước, khởi tạo có thay đổi, kiện định trước xảy Dữ liệu kiện chuyển qua lưu trữ bảng ghi kiện đầy Các kiện đánh dấu thời gian lọc theo thời gian xảy kiện quan sát người dùng 1.4.6 Xuất báo cáo (Report Generation) Báo cáo xuất dạng truy vấn SQL cho lưu trữ file, bảng ghi kiện dạng text, file kiện dạng html, … Báo cáo xuất, in lưu trữ tự động 1.4.7 Tự động hố (Automation) Tính quan trọng SCADA cho phép hành động kích hoạt tự động kiện Một ngôn ngữ script cung cấp hệ thống SCADA cho phép hành động định nghĩa trước Ví dụ cửa sổ cụ thể, gửi Email, chạy ứng dụng đoạn mã ghi vào sở liệu Điều khiển hổ trợ, nhờ thực phức tạp kiện nhiều thiết bị Điều khiển cịn có tác động ngược lại với kiện bên Trang Giáo Trình SCADA Chương 2: 2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG SCADA PHẦN CỨNG (HARDWARE) Một mạng SCADA chất kết hợp máy chủ, máy tớ thiết bị trường kết nối mạng truyền thơng Điều khiển tiến trình ln lý (logic) điều khiển máy chủ Thông tin sử dụng máy chủ thu thập điều khiển/cảm biến Các máy tớ giao tiếp sử dụng người vận hành để tương tác với hệ thống Các máy chủ thông thường đặt nhà máy chính/trạm Chúng truyền thơng với điều khiển cục vị trí xa, điều khiển đặt cần giám sát điều khiển Khi cần thiết, hệ thống SCADA lớn phủ rộng hàng trăm km, đặc biệt hệ thống tiện ích công cộng nơi mà điều khiển cần đặt dọc theo hệ thống điện ống dẫn dầu Kích cỡ độ phức tạp mạng SCADA biến đổi phụ thuộc vào tiến trình mà điều khiển, kích thước cơng trình tiện ích/ thương mại sử dụng Một hệ thống cung cấp điện tiêu biểu lên đến 50.000 điểm thu thập liệu nhà máy đóng chai đòi hỏi máy chủ số nhỏ PLC Hình 2.1 minh họa cấu trúc mạng SCADA tiêu biểu Hình 2.1: Cấu trúc mạng SCADA đơn giản Trang Giáo Trình SCADA Trong mạng bao gồm vài PLC điều khiển máy chủ Một kết nối Ethernet LAN cho phép người vận hành giám sát mạng từ xa thơng qua mạng công ty, kết nối Ethernet kết nối PLC với PC chạy ứng dụng SCADA Các mạng SCADA cơng ty lớn tương tự có nhiều kết nối chức mạng họ Hình 2.2 minh họa mạng SCADA lớn sử dụng cơng ty tiện ích cơng cộng Trạm làm việc Mạng nội công ty ` Các kết nối trực tiếp khác vào hệ thống SCADA Server chạy ứng dụng SCADA HMI Hệ thống điều khiển SCADA Môi trường truyền thông với thiết bị trường Có thể Internet, vô tuyến, mạng điện thoại, đường lease line, Thiết bị trường (PLC/RTU) Hình 2.2: Cấu hình mạng SCADA lớn tiêu biểu Hình 2.3 cho ta thây cấu trúc hệ thống SCADA thông thường bao gồm thành phần sau: Người vận hành Màn hình HMI dùng cho việc vận hành hệ thống SCADA Đơn vị đầu cuối trung tâm (MTU) Mạng truyền thông Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU) Trang Giáo Trình SCADA Hình 2.3: Kiến trúc SCADA tiêu biểu Kiến trúc SCADA đại chủ yếu dựa vào giao thức tiêu chuẩn truyền liệu số, ví dụ Foundation FieldBus, ProfiBus, DeviceNet, … ứng dụng với mạng Ethernet vô tuyến công nghiệp Trang Giáo Trình SCADA 2.1.1 Người vận hành (Operator) Người vận hành người giám sát hệ thống SCADA thực chức giám sát điều khiển cho hoạt động thiết bị, nhà máy từ xa 2.1.2 Human Machine Interface (HMI) Biểu thị liệu cho người vận hành cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: Hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, hình cảm ứng, … HMI hình GOT(Graphic Operation Terminal) Mitsubishi, hình NT Omron, PC chạy phần mềm SoftGOT Mitsubishi, … Hình 2.4: Hình minh họa thành phần hình HMI Các đặc tính HMI sau: Chức Recipe (Recipe Function) Một số loại liệu, thông số pha trộn chất liệu điều kiện trình chế biến, lưu trữ thiết bị HMI liệu cần thiết chuyển qua PLC Một chương trình dùng cho việc trao đổi liệu không cần thiết Dữ liệu đọc từ PLC lưu trữ HMI file Nó sử dụng HMI khác quản lý PC sử dụng chương trình tính, EXCEL Các giá trị thay đổi phần mềm bảng tính PC Giá trị sửa đổi chuyển đến PLC lưu trữ ngược lại HMI Trang Giáo Trình SCADA Hình 2.5: Hình minh họa chức Recipe Nâng cấp hệ điều hành (OS Upgrate) Chức vận hành nâng cấp dễ dàng cách cài đặt hệ điều hành mà không cần phải thay phần cứng HMI Hình 2.6: Hình minh họa tính nâng cấp OS Chức chạy đoạn mã Script Sự trình bày HMI điều chỉnh lập trình Script HMI Do đó, chương trình PLC dùng cho điều chỉnh hiển thị không cần thiết, giúp cải thiện vận hành PLC , thiết kế hiệu đơn giản bảo trì Hình 2.7: Hình minh họa tính Script Chức thư viện phần tử Trang Giáo Trình SCADA Ghi : EIA - 449 ( CCITT V.35) định nghĩa Giao diện DTE / DCE khí điện Và ( trước dự định thay EIA - 232 Những ấn định chốt thường sử dụng với EIA - 422 EIA - 485 đầu nối DB - 37 sử dụng Trang 131 Giáo Trình SCADA CITECT thực hành Khách quan Cho Phiên Citect Soạn thảo ( Dự án Mới) Citect thực hành thiết kế để giới thiệu phần mềm Citect Phần hoàn thành giúp đỡ bạn thiết lập, thiết kế, chạy hệ thống SCADA chế độ làm việc Hệ thống việc chạy trình bày menu với bảy nút tạo trờn trang chủ, Báo động, Phần cứng, khuynh hướng, Tóm lược Bạn mở nút nhìn trang thích hợp Trang chủ cho thấy trang chủ cú đầy đủ cỏc thiết bị làm việc Bạn làm di chuyển trang chủ lờn xuống tỡm trờn ảnh cho thấy đồ thị mức trang chủ Nếu trang tanks Qua - Đầy - Hoàn thành báo động cho thấy ảnh Bạn làm nhìn xỏo báo động trang Báo động Tóm lược Bạn nhìn đồ thị mức chống lại thời gian trang Khuynh hướng Nút Đóng cửa nhấn nén để khỏi hệ thống Trang vơ hiệu hóa sử dụng để vơ hiệu hóa báo động Thơng tin thiết kế Citect Gói Citect cài đặt khuôn dạng trang Mỗi trang phải mở, định nghĩa, lưu trữ tới dự án Những trang sử dụng thực hành giữ đơn giản ràng buộc thời gian Người biên tập người xây dựng dự án đồ họa Citect sử dụng để thiết kế trang thiết lập phần mềm biên tập chạy dự án Luồng dự án sau ( Ghi nhớ phần mềm phải cài đặt sau lắp đặt ) Gợi ý – Nếu bạn có vấn đề nhấn nén chìa khóa F1 bàn phím Cái cho thấy cho bạn ảnh giúp đỡ Phụ lục C – CITECT 263 thực hành Trang 132 Giáo Trình SCADA Mở dự án Mở Citect việc kích vào biểu tượng Citect desktop Kích vào dự án mở hồ sơ Kiểu Nếu tên sử dụng đặt số chọn bạn Màn ảnh cần phải xuất sau ( Thêm tên mới) Rồi nhấn Ok Trang 133 Giáo Trình SCADA Khơng nhấn (nén) trở lại ‘ Mới ’ Dự án mở Trang 134 Giáo Trình SCADA 264 SCADA Thực hành cho Công nghiệp Định nghĩa truyền thông Mở biên tập dự án việc kích vào công cụ mở biên tập dự án trang thăm dò Citect Định nghĩa phương thức truyền tin việc nhấn double click nhanh menu truyền thơng Đi vào chương trình để cú lựa chọn sau; Trang 135 Giáo Trình SCADA Phụ lục C – CITECT 265 thực hành Defining tags Trang 136 Giáo Trình SCADA Dẫn tới biên tập dự án Kích vào tags trờn menu Cài đặt mà biến tags setup sau thông tin nhập vào Khơng nhấn back trở lại Defining tags Cịn biên tập dự án, kích vào tags trends tags menu Cài đặt trends tags sau thông tin nhập vào nhấn thêm 266 SCADA Thực hành cho Công nghiệp Tương tự báo động tags tìm thấy báo động biên tập dự án Có bốn tags báo động tương tự Những tags định nghĩa thấp, cao, thấp cao thấp cao báo động Thấp báo động thiết lập 250 Cao báo động thiết lập 750 Thấp thấp báo động tập hợp cho 100 cao cao báo động tập hợp cho 900 Thiết lập bốn tương tự báo động Làm điều cho tất bốn báo động Trang 137 Giáo Trình SCADA Tạo trang đồ thị Phụ lục C – CITECT 267 thực hành Trang 138 Giáo Trình SCADA Để thay đổi Tới xây dựng đồ họa kích vào chạm xây dựng đồ họa Biên tập đồ thị sử dụng để thêm trang đồ họa vào dự án bạn Bạn tạo trang tanks Tóm lược Được vơ hiệu hóa, Báo động, Phần cứng, trang trends Trong xây dựng đồ họa Nhấn double click menu tập tin Màn ảnh cần phải hiển thị điều : Trang 139 Giáo Trình SCADA Kích vào Trang Màn ảnh cần phải thay đổi Tới : Lựa chọn trang sau cất giữ chúng với tên cung cấp Sau việc mở trang, cất giữ đặt tên cho trang với tên sau Báo động - Báo động Phần cứng - Phần cứng Những trends - trends Đơn Hư hỏng – hư hỏng Tóm lược Tóm lược Những trang mà cần sửa đổi trang tanks trends Khi tất trang tạo cất giữ, mở trang chủ 268 SCADA Thực hành cho Công nghiệp Xây dựng trang chủ Trang tanks liờn kết với trang tạo Trang 140 Giáo Trình SCADA Sử dụng menu sơn cạnh phảI trang để lựa chọn đồ thị chuyển đổi Kích vào biểu tượng đèn cài đặt nhỏ Sự chuyển đổi Như Đưa vào tranh Trang 141 Giáo Trình SCADA Phụ lục C – CITECT 269 thực hành Thiết lập tanks việc kích vào biểu tượng tanks Như Đưa vào tranh Thiết lập bảng tank việc lựa chọn bảng biểu tượng đèn Trang 142 Giáo Trình SCADA 270 SCADA Thực hành cho Công nghiệp Lựa chọn trang trends Nhấn double click nơi đâu trang trends ảnh Hiện Trang 143 Giáo Trình SCADA Nhấn đúp lần trang trends trang sau , chạy trang biờn dịch chạy dự ỏn Kích vào hồ sơ đỉnh trang sau kớch vào biên tập Khi dự án biên tập tiếp tục kích hồ sơ sau chạy Trang 144 Giáo Trình SCADA Khi chương trình chạy kích vào chuyển đổi ý đồ thị tank hoàn thành trở nên rỗng Chú ý báo động đỉnh ảnh Kích vào đồng hồ phóng hồ quang để nhìn văn báo động Gõ (về) văn báo động hủy bỏ Để nhìn trends lựa chọn trang trends Kích giữ nút tanks di chuyển nút lên xuống Chú ý đồ thị di chuyển mức qua giới hạn, báo động lộ đỉnh ảnh Nhìn báo động việc kích vào đồng hồ báo động phóng hồ quang đỉnh ảnh, nhìn trends việc trở menu kích vào trends Trang 145