Luận văn thạc sĩ Thiết bị, mạng và nhà máy điện: Nghiên cứu và xây dựng giải thuật thu thập dữ liệu và điều khiển dự phòng hệ thống điện

Vi vậy, nghiên cứu các công nghệ ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động,đặc biệt là nghiên cứu và xây dựng giải thuật thu thập dữ liệu và điều khiến dự phònghệ thống điện là rất cần

TRUONG VAN QUOC

GIẢI THUAT THU THẬP DỮ LIEUVA DIEU KHIEN DU PHONG HE THONG DIEN

CHUYEN NGANH: THIET BI, MANG VA NHA MAY DIEN

LUẬN VAN THAC SĨ

TP HO CHÍ MINH — 6/2014

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS TRƯƠNG DINH CHAU

Cán bộ châm nhận xét 1s oocccccccccccccccceccsseccessesssecsessavesescsssacsecessvasesveteessevaveseeeee

Cán bộ châm nhận xét 2 : - AT S1 S113 151 181115515115 111 1215515111 12151 18111 Ecyyn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐÔNG CHAM BẢO VỆ LUẬN VĂNTHẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HOC BACH KHOA, ngày tháng năm

PHONG DAO TAO SAU DAI HOC Độc Lập — Tự Do — Hanh Phúc

Can Thơ, ngày tháng năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Trương Văn Quốc Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/08/1984 Nơi sinh: Vĩnh Long

Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện

CAN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL(Ho tén va chit ky) QUAN LÝ CHUYEN NGANH = CHUYEN NGANH

(Họ tên và chữ ky) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠN

Được Nhà Trường — Bộ môn Hệ Thống Điện giao nhiệm vụcùng với sự hướng dẫn tận tình của quý thầy TS Trương ĐìnhChâu, em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu và xây dựng giảithuật thu thập dit liệu và điều khiển dự phòng hệ thông điện”.Tuy nhiên với thời gian và nhận thức còn hạn chế nên dé tàikhông thé tránh khỏi những thiếu xót Dé dé tài được hoàn thiệnhơn, rất mong nhận được sự góp ý của quý thay cô và ban đọc

Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô đãtruyền thụ cho em những kiến thức quý báo trong suốt quá trình

học tập tại trường Đặc biệt em xin gửi lời cảm on chân thành

đến thầy TS Trương Đình Châu đã hết sức nhiệt tình hướng dẫn,động viên, tạo điều kiện cho em hoàn thành luận án tốt nghiệp

này.Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đên gia đình, ban bè, nhữngngười luôn quan tâm, chăm sóc, giup đỡ, động viên tôi trong suôtnhững năm tháng qua.

Can Thơ, ngày 23 thang 06 năm 2014

⁄Trương Văn Quốc

Với sự phát triển của xã hội ngày nay các hệ thống tự động hóa trong côngnghiệp ngày càng xâm nhập vào đời sống con người nhiều hơn Vì vậy, để đáp ứngnhu câu điều khiển ngày càng cao về chất lượng, 6n định hệ thống là rất quan trọng.Hệ thống giám sát, điều khiến và thu thập dữ liệu, các hệ thông điều khiển đa cấp đượcsử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp trên toàn thế giới Kiểm soát, giám sátvà điều khiển được cải tiễn, cung cấp các tinh năng co bản nâng cao hiệu quả và năng

suat sản xuất.

Vi vậy, nghiên cứu các công nghệ ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động,đặc biệt là nghiên cứu và xây dựng giải thuật thu thập dữ liệu và điều khiến dự phònghệ thống điện là rất cần thiết nhằm đem lại một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, hoạtđộng ồn định, giảm thiểu thời gian chờ sửa chữa các thiết bị hư hỏng Do đó trong luậnvăn tìm hiểu giải quyết các van dé sau:

= Tìm hiểu khái niệm dự phòng (Redundancy) trong ở cấp điều khiển Tìm hiểucơ chế, câu trúc, nguyên lý dự phòng trong cấp điều khiến và cấp SCADA

= Thiết lập cấu hình thiết bị va các Server, chuẩn truyền thông, mang LAN chohệ thông dự phòng điều khiến da cấp

= Trên giao thức truyền thong Modbus TCP/IP, sử dung công cụ lập trình UinityPro xây dựng và đóng gói thư viện các hàm truyền thông, các bộ Timer, Counter délập trình tạo hệ thống dự phòng cho thiết bị điều khiến gồm hai PLC Một PLC đóng

vai trò Primary, PLC còn lại đóng vai trò Stanby PLC Stanby sẽ liên tục cập nhật dữ

liệu từ Primary PLC va sẵn sang đảm nhận vai trò điều khiển nếu có sự cố xảy ra đối

với Primary PLC

= Xây dung cấu trúc dự phòng cho cấp SCADA: Ứng dụng phần mềm dé kiểmtra đáp ứng khi hệ thống chuyền đổi từ trạng thái Primary sang Stanby và ngược lại

LOL CAM ƠN c1 2111211121111 n1 n1 n1 n1 111 ngu iiiTOM TAT LUẬN VAN - St 1 1E 1112111121111 01110111 12111 gu iv

00/9009 2 Vv

PHU LUC HINH wo.ceececsccecsccscsscsscsesscsecsesecsvsecscsevsusevsessvsesssevsusevsusensevsesevesseseeeeeeeee ixPHU LUC BANG uoiccececcccececcecsssescssescsecscsssessvssevsvsesevsvsassvsesevevsussusasevevsesevesseteen xiiDANH MỤC TU VIET TẮTT 52k SE EE11E1111112111211121111 111 111tr xiiiCHƯƠNG 1: GIỚI THIEU DE TÀI - 5-5 1 SE 2121218211111 E1111 E1 ctk |1.1 KHÁI NIEM CHUNG VE DỰ PHÒNG c1 rrrre |1.2 HE THONG DIEU KHIEN ĐA CẤP - S2 1 1E E1 21E1121811112121111 1e 2

1.2.1 Các kỹ thuật dự phòng - - c2 2220111122221 11 111182111111 19 khe 2

1.2.2 Hệ thống điều khiển đa cấp - 119 121 EEEEE121E171111111 1E 11x ee 41.3 GIẢI PHÁP DỰ PHÒNG TRONG HE THONG DIEU KHIEN ĐA CAP 61.3.1 Dự phòng thiết bị điều khiến 5-52 1 1 3E EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkeree 71.3.2 Dự phòng ở cấp SCADA - c1 SE 1 2111811111111 1111111111111 x1 grrg 91.3.3 Dự phòng mạng truyén thong oo ccc ceecesecscseseeecsesessecevsesesecetseeeeeeeen 111.4 CẤU TRÚC TONG QUAT CUA HE THONG DỰ PHONG NONG 131.5 GIỚI THIEU MOT SO HE THONG DỰ PHONG UNG DUNG TRONG

1.5.1 Hệ thống điều khiển có dự phòng cho hệ thống năng lượng ở giàn

1.5.2 Hệ thống điều khiển có dự phòng cho hệ thống năng lượng ở giàn

công nghệ trung tâm CTK3 - 2 111122201111 111 1158821111115 1 1111 8 k2 15

1.6 KET LUAN 5 ăăă agqga 16

TRONG HE THONG 2552222222222222211112212211221221 211cc ee 172.1 CÁC THÀNH PHAN SỬ DUNG TRONG HE THONG 17

2.1.1 PREMIUM PLC 2c 2212221111123 11151 1115111118111 11111 811 1H hkg 172.1.2 Ethernet ETY Port module 22c 2 222222 ‡*+2vvkessreesses 182.1.3 Dich vu TCP/IP Messaging cece ccccccccccccceceeseeeceeessssseeeseessseeeeeennsaes 18

2.1.4 Một số lệnh truyền thông hồ trợ bởi địch vụ TCP/IP messaging 19

2.1.5 Dịch vu I/O scannInE - c1 1122222211 111111 8 1 1111118811111 ket 232.1.6 Dịch vụ Global Data cceccccccceeccccceececcecueecceeueeeecessueeeeeaateeseees 24

2.2 CHUAN TRUYEN THONG MODBUS TCP/IP -22- 5522x222 252.3 XÂY DUNG GIẢI THUAT DU PHONG O CAP DIEU KHIẾN 282.3.1 Câu trúc phan CONG oo ee cecccccccccesecscsesesecscscssscecsvsesesevevsvssevevsvsesesecseeeees 282.3.2 Câu trúc phần M6M oo cececccccccccesecsesessecscscsvsesecsvsesesecevsvssevevsvsesesecevseees 302.3.3 Kiểm tra trạng thái hoạt động của PLC Primary - 25s+sszscs2 342.3.4 Giải thuật và các ham đồng bộ hóa Counf€r - ccccc c2 54CHUONG 3: DU PHONG Ở CAP SCADA -525c2ccccsscvcsrrree 603.1 GIỚI THIỆU 2¿22¿2222+22222231225122312711221271221 211222121 re 603.2 CÂU TRÚC SERVER CUA CTTECT -.¿-22¿52+22+222xt2xzzzxrsrxrerrree 623.2.1 Các server trong một hệ thống SCADA Citect -ccsscccscs¿ 623.2.2 Các kiến trúc của hệ thông SCADA Citect 5 ccccsrsxsrered 68

3.3 CITECT SCADA REDUNDANCY L2 11 2 1112 11H 1n trưa 743.3.1 Disk I/O device redundancy - - cc + 2 222211 kssereexxes 743.3.2 I/O Server redundancy - - -c + + 2222111111125 111111181 11111121 xkg 753.3.3 Citect Server redundancy c1 2 2222211111255 1111112 xki 79

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HE THONG DỰ PHÒNG 2-1 SE SE S2 2E szce2 81

4.2 VAI TRO, CHỨC NANG CUA CÁC THIET BI v.cecececcccccsceseseseseseeeeeeees 82

4.2.1 Ethernet distributed I/O cceeeceeeeeeeeeeeceeseeeesesseuuaeenanenees 824.2.2 Primary PLC + 1111212221111 11 9 11111111558 111111180 111 kg 834.2.3 Standby PLC - + 1 t1 1E111121211111121111211110121 211101111 reg 83A.2.A PriMary SCLVET oo 6 “ 1 ảằ ã- 844.2.5 Standby Server ooo cece cccccccccccccsseeececeesssseeeecesssseeeceeeesseeeeeesesseaeeseas 844.2.6 Display cÏI€n( 110222222111 111 112 1111111111001 11111 111tr kg 84

4.3 KET HOP DU PHÒNG O CAP DIEU KHIEN VA CAP SCADA 844.4 XÂY DUNG CAC HAM QUAN TRONG DOI VỚI DU PHONG CAP

0 9 87

4.4.1 Ham kiểm tra truyền thông (5-52 k3 E1121E71111151 211111 tk 87

4.4.2 Ham health checking 0.0 cccccccccssseeceeesssseeeeeeeseeeeeeeeesseeeeeeens 884.4.3 Hàm RLON L0 01112112 1112 111911111111 H1 11H11 KH kg 894.4.4 Ham ROP 00 ccccccccccescecesseceeeeeeseeeeseeeeeeeesseeseeeesiseeenseeensaes 914.4.5 Hàm RC TU - ¿2 1 222122211 111211 1115111111111 8111181111 81111 kg 924.4.6 Hàm ROTD o ccc ccccccccccencecesneceeneeeeeeesesseceseesessseeeseeesnseeenseeenaaes 944.4.7 Hàm On OO) D eee 96

4.5 XÂY DUNG SCADA REDUNDANCY St E2 prye 98

4.5.1 I/O server redundancy cccccccccccccceesseeeecesssseeeeeseeseeeeeeeeensseeeeeess 984.5.2 Disk I/O device redundancy - cc c1 22222222 111121 11 ch 994.5.3 Real PLC redundancy (Premium PLC redundancy) 101

CHUONG 5: TONG KET, DANH GIA DE TAL ceccccsccsssecsseeseseteeeseesteesneeseeen 105SL TONG KET 1055.1.1 Chat lượng của hệ thống ceccccesecsesesesecscsesessevsvsesevevevseseees 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Hình 1.1: Dự phòng cho nguồn điện ¿2 St SE EEE112211121E111111 11 11x rtd |

Hình 1.2: Dự phòng mạng máy tính cece 2211232211 11132511 1115211111553 1 111511111 grhg 2

Hình 1.3: Hệ thống điều khiến đa cấp - 5 St SE 1111211111121 11x 1 rtd 5Hình 1.4: Hệ thống chỉ có một bộ điều khiến - + 2E SE EE2EEEEEEEEEEEErErrkes 8Hình 1.5: Hệ thống có nhiều hon 1 bộ điều khién occ cesses eeseee sense eseeeeeeees 9Hình 1.6: Hệ thông điều khiển không có độ tin cậy cao 5c 2 ccxcxcEsrxsxcree 10Hình 1.7: Hệ thống điều khiến với 2 SeTV€T 5: S21 SE 1111812111111 1E 1xee IIHình 1.8: Hệ thống chỉ có một mạng LAN - L2 22211111222 211111118111 rreg 12Hình 1.9: Hệ thông dự phòng mạng truyền thông 5-5 + tt ‡EvEEE2EzEtEEEskrxee 13Hình 1.10: Cau trúc dự phòng nong o cececccccccccccccscsesesecscsesesececsesesesersvsvsesevensesesevereen 14

Hình 2.1 : PLC Prem1um - - c + 21313211 1113158 1135311111551 11 1191111151111 111 11k rrrhu 17

Hình 2.2: Cơ chế hoạt động của I/O s€anning ¿ +s+x+k‡E‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEkskrree 24

Hình 2.3 Global cÏienn( - - - c2 1 12222111112211 1111151111 5111 1111111111111 11 1E 11g khu 24

Hình 2.4: Cau trúc phan cứng hệ thống dự phòng - ¿2k seE‡EEE2E2E£EEE+Ecxee 30

Hình 2.5: Hoạt động của Primary và Stanby PLC - 5 3 S22 vvsssseeexes 32

Hình 2.6: Cau trúc trong chương trình - + s s+x‡ESEE1121E1EEEE121E1E1111111111E111E11 xe 34Hình 2.7: Cau trúc hệ thống PLC redundancy - s+s+EEE£E£EEESEE+ESEEEEkskrree 35

Hình 2.8: Giải thuật heartbeat - L- TQ S111 111V Sky ST TT TT ky 36Hình 2.9: CPU Primary PLC bị lỗi hoặc không hoạt động 5-2 2+s+scszzcz: 38Hình 2.10: Module ETY của Primary PLC bị lỗI (E25 1 12121211221 21212 Eee 39

Hình 2.11: Cable nối toi ETY của Primary PLC bị lỗi ¿5-5 2 x+x+E£Ez£E+xzxre 40

Hình 2.12: Giải thuật Switch OV€T - Q11 11H TY ST TT TT ky 41

Hình 2.15: Cau trúc trong master taSĂ 5+ 2 x3 EEEE1121E1EE11111E111111112111111 11x E 44Hình 2.16: hệ thống hoạt động sai nếu không dùng một chu ky dé update dữ liệu 48Hình 2 17: hệ thông hoạt động đúng nếu dùng một chu kỳ dé update dữ liệu 49Hình 2.18: Giải thuật đồng bộ real time clock ¿- + ‡EEE‡E£EEEEEE2ESEEEEkskrree 50Hình 2.19: Giải thuật đồng bộ Timer On c.ccececcccccsesesececsssesececscsvsesecsesveesevevsvsseveneen 52Hình 2.20: Giải thuật đồng bộ Timer OE - ¿+ SE 121 EEEEEEE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEekrrek 54Hình 2.21: Hàm đếm lên RC TU 22-©2¿25¿22+222++2EE22EE2211223121122112211221122 te 57Hình 2.22: Hàm đếm xuống RC TD + SEEE2EEEEEE1121E1EE112111E1111111111E1.1111cxE 58Hình 2.23: Hàm đếm lên xuống RCTUD -.- ¿2E EESE2EEEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEskrrek 59Hình 3.1: Cấu trúc single Server c.ccccccccssscessseessesssessesssessessessesssesssessessesevssseesnesees 60Hình 3.2: Câu trúc dual redundant S€TV€T 2-5: + SE 1 EEEE2EE1111E1111111111 11x eE 61Hình 3.3: Cau trúc Citect SCADA redundant ceccccceesseeceeesseesseecseesseesteeeeeesseeneeee 62

Hình 3.4: Citect server va Display C Ïlent - + 1111111222211 1115188 1111158111 xk2 63Hình 3.5: 1/O S€TV©T L 1 011122211 11111111 1111111111011 1111111 KHE kg KH KH 65

Hình 3.6: Mỗi liên hệ giữa các server trong cầu trúc Vijeo cifec -ccccc 67Hình 3.7: Câu trúc Standalone - 2 S1 1 EEE111E151121111111111111111111 E111 1e 68Hình 3.8: Cau trúc Distributed Sysfem - - ¿+ tk EE1111E1EEE112111E1111111111E1E 1x11 E 69Hình 3.9: Câu trúc Client — SeTV€T 2-1 1 1 SE 1E1111121111211111011101111 01110 1e 70Hình 3.10: Cau trúc redundant SerVeT 5 s1 SE EEEE11E157111111111111111E1 1e 7]Hình 3.11: Cau trúc Cluster control sySfeim - + 2 1t ‡E‡E SE EEEEEEEEEEEEEEEEEEEskrree 72Hình 3.12: Cau trúc redundant và distributed sySfem - ¿5 cE+x+x+EvErE+xcxee 73

Hình 3.13: Nguyên lý hoạt động của redundant Disk I/O device - 74

Hình 3.14: Nguyên lý hoạt động của hệ thông khi Primary I/O server gặp sự cố 75

Hình 3.16: Cơ chế hoạt động Citect server redundancy - cscscx+xzxeEsrxsxcxee 80Hình 4.1: Cau trúc redundancy ccccccccccscscsecscsescecscsesececevsesesevevevsvsesevsvsesesevevevseseveveen 82Hình 4.2: Cơ chế hoạt động hệ thống redundancy c.cccccccsesccscscsesesesesesesetseseeseeeen 86

Hình 4.3: Ham Com checking c cc ccccccccccccccsseccceccesssseececesseeeeceseeseeeeeeseeseeeeeeensaaes 87Hình 4.4: Ham Health_checking c2 1122221111 11111328 2111115581111 5588111 x£5 88Hình 4.5: Ham redundant TƠN - - L1 0112222111122 111111111 111111 111150111111 1k rrhườu 90Hình 4.6: Ham Redundant TOFF 2c 3 112222211 112211 1111151111111 1111501111181 1k krhườu 92Hình 4.7: Hàm redundant Counter Up - - c c2 1111111225111 1151k 94Hình 4.8: Ham Redundant counter own - - -c c2 1111221111111 1111512111111 11k rưeu 96Hình 4.9: Ham Redundant counter up down - - cc c1 2222221111135 11115 xxxea 98

Hình 4.10: Cau hình network addresses va IO server cho hệ thong - 99Hình 4.11: Cau hình cho Disk I/O device redundancy c.cccccccccesescsseseseseeseseseseseeeee 101Hình 4.12: Graphic cho mô hình phân loại sản phẩm c.ccccceseseeseseseseeseseeeeeseeeee 103

Hình 4.13: Graphic cho mô hình AT S - 2 1222211111322 111 1111111551111 1 1kg 104

Hình 5.1: cấu trúc có độ tin me: 900 109Hình 5.2: Cau trúc Full Redundancy - + S2 x+E*EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkeree 110

Bảng 2.1: Ngõ vào, ra của hàm truyền thông READ VAR cccccccssxcxec 20Bảng 2.2: Bảng quản lý truyền thông 5+ s1 EEE1111E1E2112111E1111111111111E11 xe 20

Bang 2.3: Gia trị thanh ghi Report communICaf1o' 55 5552225 ‡‡+sssee+s2 21Bang 2.4: Khai báo các chân ngõ ra va ngõ vào của hàm RC 'U -‹ 55Bang 4.1: Ngõ vào ra cua ham Communication function -‹ s55 5522 <ss+52 87Bang 4.2: Ngõ vào ra của ham Health checking 0000.00 ccc ccccccccsseceeeeeessteeeeeeentsaes 88Bang 4.3: Ngõ vào ra của hàm RTON - c1 1 21111122 HH vn SH kg key 89Bang 4.4: Ngõ vào ra của ham ROP ccccccccccesseceeeesssseeeceeeeseeeeeeeesseeeeeeensaaes 91Bang 4.5: Ngõ vào ra của ham RC TU c2 1122222111 111113358 1111155811115 11 x£5 93Bang 4.6: Ngõ vào ra của hàm RCTÌD - - 1 12222111 11111235 21111155821 111 11585111 x£5 95Bang 4.7: Ngõ vào ra của ham RCTUD - - -c E1 1111111223111 11 1135811155551 x£2 97

Bảng 4.8: Cau hình cho network addreSS€S 5-5 c1 111 11 1111111121111 11 xEe 99Bảng 4.9: Cau hình cho I/O server redundancy 0 ccccccscsccsesesesscseseseesesesessevsvsteseveen 99Bảng 4.10: Cau hình Disk I/O device redundanncy + 2xx cxeEvErxskrxee 100Bảng 4.11: Bang cau hình Real PLC redundancyy - 5s scxeEvEEE+E+EcEeExskrxee 102

Programmable Logic ControllerSupervisory Control And Data AcquisitionHuman Machine Interface

Local Area NetworkManufacture Execution SystemCentral Processing Unit

Network Interface ModuleLadder Logic

Statement ListFunction Block DiagramSequential Function Chart

CHƯƠNG 1

GIỚI THIEU DE TÀI

I1 KHAINIEM CHUNG VE DỰ PHONGDự phòng (Redundancy) là thuật ngữ trong một hệ thống ma ở đó tổn tạinhiều hơn hai thiết bị dự phòng để đảm bảo rằng trong trường hợp thiết bị nàykhông hoạt động nữa thì thiết bị kia sẵn sàng làm nhiệm vụ thay thế và nhờ đó hệthống van làm việc liên tục Bài toán dự phòng có thé là dự phòng nguồn điện cungcấp cho các co quan quan trọng cần đảm bảo tính liên tục (hinh 1.1), hay là dựphòng trong lĩnh vực công nghệ thông tin (hinh 1.2) Đặc biệt sự phát triển ngàycàng mạnh trong lĩnh vực tự động hóa, điều khiển thì van đề dự phòng được các nhà

sản xuât quan tâm.

Nguồn điện 1 Nguồn điện 2 Nguồn điện 3

Primary Standby Standby

/ / /

Thiét bi str dung nang luong

Hình 1.1 Dự phòng cho nguồn điện

GVHD: TS Trương Dinh Châu |

1.2 HỆ THONG DIEU KHIEN DA CAP

1.2.1 Cac kỹ thuật dự phòng

Ngày nay, hệ thông SCADA được sử dung rộng rãi trong các ngành côngnghiệp khác nhau từ các nhà máy sản xuất thực phẩm, đồ uống, nhà máy điện chođến tận các giàn khoan dau khí ngoài khơi xa Hỗ trợ người vận hành (Operator)trong việc kiểm soát, điều khiến, giám sát các thông số thiết bị, máy móc trong suốtquá trình sản xuất Nâng cao hiệu quả và năng suất sản xuất, đáp ứng nhu cầu ngàycàng cao về chất lượng điều khiển

Tùy theo chất lượng và thời gian đáp ứng (Critical time) của hệ thống dựphòng (Redundant) mà dự phòng thường được chia thành 3 cấp độ với chất lượng

khác nhau như sau:

GVHD: TS Trương Dinh Châu 2

a Dự phòng lạnh

Định nghĩa: Là sự dự phòng ma thời gian đáp ứng được quan tâm tối thiểu,

và có thê cân sự can thiệp của người vận hành.

Cơ chế: Thiết kế hoặc chế tạo sẵn một mô đun, một chỉ tiết (tạm gọi là phụtùng thay thé) hay một hệ thống tương tự với hệ thông dang vận hành Nếu có sự côhoặc cần sửa chữa, bảo trì thì người vận hành kỹ thuật lập tức thay thế cái mới, dođó không tốn nhiễu thời gian phải chờ đợi

Ưu/khuyết điểm: Phuong án dự phòng này chỉ áp dụng đối với những hệthống mà khi có sự cố xảy ra không ảnh hưởng nhiều đến tính nguy hiểm, tính antoàn, sản phâm không bị hư hỏng khi phải chờ một thời gian dé bảo trì và thay thé.Tuy nhiên, khi thời gian là quan trọng thì dự phòng âm hoặc nóng là phương án lựachọn tốt hơn

b Dự phòng ẤmĐịnh nghĩa: Dự phòng ấm được sử dụng khi thời gian chờ là quan trọngnhưng phải mat một thời gian tam thời thì van còn chấp nhận được

Cơ chế: Hệ thống dự phòng âm thường có hai bộ vi xử lý kết nối trong mộtcầu hình chính và dự phòng Bộ xử lý chính của hệ thống điều khiến các tín hiệungỏ vào và ngỏ ra, trong khi bộ xử lý phụ được cấp nguôn và chờ cho bộ xử lýchính không điều khiến quá trình Khi xảy ra sự cố, bộ xử lý phụ đảm nhận điềukhiển các tín hiệu ngỏ vảo/ngỏ ra va trở thành bộ xử lý chính, cho phép bộ xử lychính thành bộ xử lý thứ cấp và có thé được bảo tri mà không mat quyền kiểm soát

quá trình.

Ưu/khuyết điểm: Từ một khía cạnh phần cứng, hệ thống dự phòng 4m vànóng hau như giống hệt nhau, và có thé dé dang nham lẫn khi nhìn vào dữ liệu cung

câp của các nhà nhà sản xuât

GVHD: TS Trương Dinh Châu 3

Cc Dự phòng nóng

Dinh nghĩa: Dự phòng nóng được dùng khi qua trình vận hành không được

dừng dưới bat kỳ trường hop nào Có những ứng dụng có thé không yêu cau dựphòng nóng nhưng để có tính liên tục cao thì du phòng nóng là rat can thiết

Cơ chế: Như đã nêu ở trên, việc bố trí hệ thống dự phòng nóng thì hau nhưgiống với hệ thống dự phòng ấm Tuy nhiên, hệ thống dự phòng nóng cung cấpchuyên đổi liên tục của các tín hiệu I/O trong suốt quá trình chuyển đổi từ bộ xử lý

chính sang phụ.

Ưu/khuyết điểm: Dự phòng nóng được áp dụng đối với những hệ thống canphản ứng nhanh đối với các sự cô Tuy nhiên, mức độ đầu tư ban dau sẽ tốn chi phínhiều hơn Sử dụng phương án dự phòng này cho những hệ thông can thiết sự 6nđịnh, xác suất xảy ra hư hỏng có thé giảm đến mức thấp nhất Dem lại sự an toan va

đảm bảo liên tục cho người sử dụng

1.2.2 HE THONG DIEU KHIỂN DA CAP

Tuy mỗi hệ thống trong công nghiệp có câu trúc khác nhau, sự khác nhaunày đến từ mức độ, quy mô của hệ thống, có thể phân chia thành 5 cấp trong hệthống điều khiến đa cấp (hình 1.3)

GVHD: TS Trương Dinh Châu 4

7 Cap trường (Field): bao gồm các thiết bị cảm biến (sensor) như cảmbiến quang, cặp nhiệt, cảm biến áp suất, encoder, và các phân tử chấp hành như

động cơ, các valve, quạt, bóng đèn, contactor,

7 Cap diéu khién (Control): có nhiệm vụ đọc, xử lý các tín hiệu từ cáccảm biến ở cấp trường gửi về rời xuất các tín hiệu điều khiển đến các phan tử chap

Group PLC sau đó xử lý, hiển thị và lưu trữ dữ liệu Ngoài ra cấp này còn dùng déđặt tín hiệu điều khiển cho các trạm PLC, ghi các lệnh điều khiển hệ thống

7 MES (Manufacture Execution System): Cap này chủ yếu đưa ra cácquyết định như lịch bảo trì, khảo sát tiến trình công việc va chat lượng giám sát điềukhiến

7 Enterprise: Cap nay quan lý toàn công ty như đưa ra chiến lược sảnxuất, chuân bị nguôn lực, phối hợp sản xuất

Tuy mỗi cấp đóng vai trò khác nhau trong hệ thống đa cấp, sự phức tạp phụthuộc vào quy mô sản xuất của từng nhà máy Trong giới hạn dé tài ta chỉ quan tâmđiều khiển từ cấp Supervision trong đó tập trung vào xây dựng hệ thống dự phòng(redundancy) cho cập SCADA và cấp điều khiến (Group control)

I3 GIẢI PHÁP DỰ PHÒNG TRONG HE THONG DIEU KHIỂN DA CAP

Sự ồn định (stability), độ tin cậy (Reliability), tính liên tục (continuousness),sự linh hoạt (flexibility) là thước đo chất lượng của hệ thống Khi kỹ thuật điềukhiển chưa phát triển chat lượng của hệ thống điều khiến phụ thuộc chủ yếu vàochất lượng của thiết bị điều khiển Rõ ràng các thiết bị ngày càng thông minh vớichất lượng tốt hơn tuy nhiên với môi trường phức tạp khác nhau thì khi đó chấtlượng của thiết bị sẽ không nâng cao được đặc tính của hệ thông Chính vì lý do đóma các phương pháp điều khiến, và câu trúc mới được ra đời nhăm giảm sự phụthuộc vào thiết bị nâng cao chất lượng của hệ thống Trong các giải pháp đó thì giảipháp dự phòng (Redundancy) là một trong những giải pháp tất yếu trong hệ thong

tự động trong các nhà máy sản xuât.

Trong hệ thống điều khiển đa cấp, dự phòng được chia ra làm ba mức, tùytheo yêu cau về sự cần thiết về chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điều khiển màxây dựng phương án dự phòng cho phù hợp với hiệu quả kinh tế Không phải tất cảtự động hóa trong công nghiệp đều can đến giải pháp dự phòng, tuy nhiên đa số cáchệ thống tự động trong nhà máy lớn nơi ma tốn thất trong việc tạm ngừng do hư

GVHD: TS Trương Dinh Châu 6

hỏng thiết bị điều khiển hoặc trục trac của truyền thông lớn hơn đầu tư một hệ thống

dự phòng thì giải pháp dự phòng luôn được các nhà may, xí nghiệp quan tam Vi dụ

như trong các nhà máy điện, dây chuyền nhà máy xi măng, công nghiệp khaikhoáng là những hệ thống lớn trong sản xuất, do đó thường trang bị giải pháp dựphòng ở mức cao nhất bao gồm:

= Dự phòng thiết bị điều khiển (Device reduduancy)= Dự phòng ở cấp SCADA (SCADA redundancy)= Dự phòng mạng truyền thông (Network redundancy)

Như vậy một hệ thống dự phòng tiêu biểu có day đủ ba mức trên dé đảm bảocho hệ thống hoạt động liên tục, xuyên suốt dù có bất kỳ sự cố nào xảy ra đối vớithiết bị điều khiển, Server SCADA, hay hệ thống mạng

1.3.1 Dự phòng thiết bịđiềukhổn — - ¬

Đây là giải pháp dự phòng cho cap điêu khiên Gia sử hệ thông điêu khiên

chỉ có duy nhất một bộ điều khiển dùng để quản lý và điều khiến cho các thiết bịtrong hệ thống (hinh 1.4) Rõ ràng đây là hệ thống mà độ tin cậy không cao, nếutrường hợp bộ điều khiến nay có sự cố như mắt nguồn nuôi, CPU bi treo hoặc hỏng,module truyền thông bị lỗi thì hệ thống không thể vận hành và do đó sự gián đoạntrong sản xuất là không thể tránh khỏi Đối với những dây truyền sản xuất mà giá trịnguyên liệu đầu vào lớn thì rõ ràng thiệt hại cho van dé này không nhỏ Do là chưakế dây truyền tạm ngừng can thời gian dé sửa chữa, thay thế thiết bị Do đó van déđặt ra là cần có một thiết bị dự phòng trong trường hợp thiết bị điều khiển này gặp

sự cô và không điêu khiên được hệ thông.

GVHD: TS Trương Dinh Châu 7

Groupcontrol

Critical va non Time Critical.

Time Critical là những hệ thống đòi hỏi khắc khe về thời gian như các hệthống tự động trong nhà máy điện thời gian chuyển đổi thường đòi hỏi dudi 500ms.Với thời gian chuyển đổi nhanh thì các nhà sản xuất đưa ra những bộ điều khiển dựphòng băng phân cứng Những hệ thống non Time Critical là những hệ thong khôngđòi hỏi quá khắc khe, thời gian chuyển đối được phép lên đến hàng giây khi đó giải

GVHD: TS Trương Dinh Châu 8

pháp điều khiển dự phòng trong trường hợp này cá thé thực hiện bằng phan mềm

1.3.2 Dự phòng ở cấp SCADATrong hệ thống SCADA, những thành phan quan trọng như I/O server,Alarm server, Trend server, Report server chính là trai tim của hệ thống I/O serverthu thập dữ liệu từ các I/O device, xử lý, lưu trữ, là nơi các client trong hệ thốngSCADA đến dé lấy dữ liệu, hiến thị quá trình cũng như phi các tác vụ điều khiển déra lệnh điều khiến hệ thống Trong khi đó, Alarm server xử lý các tác vụ phục vụcho việc đưa ra những thông báo về hệ thông cho người vận hành Trend server xửlý về những tác vụ lưu trữ dữ liệu, báo cáo Một hệ thống không có độ tin cậy caonếu chỉ tồn tại một I/O server, một Alarm server, một Report server hay một Trend

server (hình 1.6)

GVHD: TS Truong Dinh Chau 9

"Real time

1? Database

+ — tr

Như vậy một van dé đặt ra cho cấp điều khiến giám sát đó là can ít nhất hai

server Một server chính gọi là Primary server và server còn lại gọi là Standby

server, khi hệ thống hoạt động bình thường thì Primary server sẽ có nhiệm vụ thuthập đữ liệu và xử lý điều khiển Nếu có sự cô xảy ra đối với Primary server như dolỗi truyền thông làm server bị lỗi thì Standby server sẽ làm nhiệm vụ thu thập dữliệu và điều khiển hệ thông (hinh 1.7) Dé đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục,chính xác thì Standby server và Primary server phải đồng bộ dữ liệu thường xuyên.Thông thường với cấp điều khiển SCADA thì thời gian chuyển đổi (Switchover)tương đối lớn có thể vài chục giây

GVHD: TS Trương Dinh Châu 10

1.3.3 Dự phòng mạng truyền thôngTrong các hệ công nghiệp, đặc biệt là các hệ thống lớn thì van dé truyềnthông công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng Sự ổn định của hệ thông truyềnthống quyết định đến sự 6n định của toàn nha máy Vậy hệ thống tự động hóa côngnghiệp Ổn định và đạt chất lượng cao mà chỉ có giải pháp dự phòng PLC và dụphòng cấp SCADA thôi thì chưa đủ.

GVHD: TS Trương Dinh Châu II

GVHD: TS Trương Dinh Châu 12

Real time

Database

< > LAN2

| StandbyServer

1.4 CẤU TRÚC TONG QUÁT CUA HE THONG DỰ PHÒNG NÓNGCâu trúc hệ thông dự phòng nóng được thé hiện qua hình sau (hinh 1.10):

GVHD: TS Trương Dinh Châu 13

Primary Secondary

PLC PLC

Việc kiểm tra truyền thong, đồng bộ hóa dit liệu giữa PLC chính (PrimaryPLC) va PLC dự phòng (Secondary PLC), kiểm tra điều kiện chuyển đổi(Switchover) được thực hiện băng cáp quang nối giữa 2 Module đồng bộ

PLC chính va PLC dự phòng trao đổi dữ liệu với các thiết bị điều khiển khácthông qua mạng truyén thông thứ 2

Đối với các hệ thống dự phòng nóng (hot redundancy) sau này, trên PLCchính va PLC dự phòng tích hợp sẵn hoặc có thé gan thêm Module truyền thông désử dụng các giao thức truyền thông Ethernet TCP/IP

GVHD: TS Trương Dinh Châu 14

1.5 GIỚI THIỆU MỘT SO HỆ THONG DU PHÒNG UNG DỤNG TRONGCÔNG NGHIỆP

1.5.1 Hệ thống điều khiển có dự phòng cho hệ thống năng lượng ở giàn WID

Truyén thông giữa PLC với I/O Base Chasis (Bồ trí năm cùng tủ điều khiển

với PLC) thông qua các card RCC va RBC dung RS 232

Thông qua hệ thống này, ta có thé ra lệnh việc điều khiển đóng cắt, các máycắt trên giàn cũng như xem thông số điện áp, dòng điện các thanh cái trung áp cũngnhư hạ áp và theo dõi trạng thái các máy cắt một cách trực quan trên bảng hién thị

trong phòng SCADA (Mimic Board)

Hệ thống trên dùng PLC siemens, sử dung mang truyén thông TIWAY, va dikèm với nó là thiết bi phần cứng như card NIM (Network Interface Module) dé PLCgiao tiếp với mang TIWAY, phía máy tính phải có card dé giao tiếp với mang nay

Truyén thông giữa SCADA với các thiết bị đóng cat ở Switchgear do cácMultilin và Power Monitor thực hiện bang giao thức Modbus (Các Multilin và

Power Monitor được set địa chỉ từng trạm), nên đòi hỏi phải tách riêng ra bởi vì

giữa mang Modbus và TIWAY sẽ khác nhau về cau trúc mạng, cả về vật lý lẫn

Gian công nghệ trung tâm CTK3 được xây dựng va đưa vào vận hành vàonăm 2004 Nhiệm vụ của giàn là ép via (giàn được trang bị 3 Module bơm ép via,

mỗi Module bơm mỗi ngày đêm khoảng 10.000 mỶ nước với áp suất 250 bar xuốngvỉa) Bên cạnh nhiệm vụ ép vỉa giàn công nghệ trung tâm CTK3 còn thu nhận dầuthô, khí đồng hành từ các MSP, giàn nhẹ chuyền về, tiến hành xử lý trước khi bơmđến các Trạm rót dầu không bến (FSO), các dàn nén khí trung tâm Ngoài nhiệm vụcông nghệ, giàn CTK3 còn là một trung tâm năng lượng, kết nối với giàn PPD40.000 qua hệ thống cáp ngầm 6.3 KV dưới biển, tạo thành một liên hệ thống điện

Hệ thống SCADA năng lượng giàn CTK3 có nhiệm vụ thu thập dữ liệu,

giam sát, điêu khiên, hiện thị các thông sô làm việc của hệ thông điện giàn CTK

16 KET LUẬNViệc nghiên cứu các giải pháp dự phòng trong hệ điều khiến đa cấp trongcông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển chất lượng, tính ồn định,độ tin cậy của hệ thống điều khiển

Do tinh cấp thiết của dé tai, trong giới hạn luận văn này tôi xin trình bảy cácgiải pháp thu thập dữ liệu và dự phòng trong hệ thống điện với những nội dung như

7 Xây dựng câu trúc dự phòng cho cấp SCADA: Ứng dung phần mềmđể kiểm tra đáp ứng khi hệ thông chuyển đổi từ trạng thái Primary sang Stanby và

ngược lại.

GVHD: TS Trương Dinh Châu 16

» 5 ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn: LD, STL, FBD, SFC, IL.- CPU có hiệu suất hoạt động cao với 37 ns cho mỗi lệnh, dung lượng

chương trình lên tới 7 Mb

- Hệ thông đa nhiệm mức cao

GVHD: TS Trương Dinh Châu 17

= Hệ thống nhỏ gon, cấu trúc theo kiểu Module, giúp cho việc mở rộng kiếntrúc rất dé dang (mở rộng lên tới 16 rack)

=" Nhiéu mô dun ứng dụng như: bộ đêm, điêu khiên vi trí, cân đo, lưu trữ dữliệu, truy xuât ánh xạ

= Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông: Ethernet TCP/IP , AS — Interface,

2.1.2 Ethernet ETY Port module

Đối với một số Premium PLC, ETY port được tích hợp cùng một số CPU cómã số tận cùng là 634 Ví dụ: TSX P75 1634M, TSX p75 2634M

Ethernet ETY module dùng để thực hiện nhiều ứng dụng truyền thông trênnên Ethernet Module này có chức năng sau:

= TCP/IP messaging service» I/O scaning service

" Global Data service" DHTP

= SNMP service2.1.3 TCP/IP messaging service

La dich vu truyén thông được hỗ trợ bởi module ethernet, cho phép trao đôidữ liệu giữa Premium PLC và các thiết bị khác thông qua các hàm truyén thông như

GVHD: TS Trương Dinh Châu 18

READ_VAR, WRITE_VAR, CANCEL, DATA EXH, Có hai giao thức được sửdụng là:

UNI-TE: là giao thức phát triển bởi TelemecaniqueModbus TCP: là giao thức modbus được phát triển từ modbus RTU và nên

5ADDR+EN ENOP-192.168.1.11-41N OUT}-StandbyPLCAddress

b Ham READ VAR

Ham dùng dé Client hay Master doc một day các giá trị liên tiếp từ các

server hay Slave

READ VAR

Address —j ADR RECP }— Recerwmg_Aruy

Object_Type —_ OBJ

First_Object — pusObject_Number ——| yp

Management Param —4 (ST GEST |_—— Maugenat Pom

GVHD: TS Truong Dinh Chau 19

ADR Thường lay ngõ ra của ham ADDR

OBJ %M, %MW, %S, %SW (premium PLC)

NUM Địa chi bắt đầu của các bảng cần đọcNB Số lượng bit (%M, %S) hay word (%MW, %SW) can đọcGEST Bảng gồm 4 word integer trả quản lý truyền thông

RECP Mảng lưu giá trị đọc về

Bang 2.1 Ngõ vào, ra của hàm truyền thông READ VARTrong đó bảng GEST bao gồm 4 word integer mà qua đó ta có thể quản lý

được người dùng

Thứ tự của word | Byte trọng số cao | Byte trọng số thấp

| Exchange number | Activity bitData quan ly boi

Bang 2.2 Bang quan lý truyền thông

Trong đó Activity bit sẽ có gia trị là 1 khi ETY module đang thực hiện giao

dịch và giá trị nó sẽ về 0 khi giao dịch kết thúc thành công hoặc thời gian giao dịch

vượt quá thời gian Timeout.

Exchange number: khi hàm truyền thông của hệ thống được thực hiện, hệthống sẽ tự động cấp phát cho nó 1 số (number) để xác định việc trao đối dữ liệu.Number này sẽ được sử dụng trong một số trường hợp như muốn kết thúc hàmtruyền thông Việc kết thúc hàm truyền thông đôi khi cần thiết trong trường hợp

client muôn tự động kết nôi lại server khi server đó bi lỗi Khi đó nó sẽ thực hiệnGVHD: TS Trương Dinh Châu 20

một giao dich và nhiều lúc khi server bị lỗi và được khắc phục trở lai client khôngthé kết nối tới được và khi đó chúng ta có thé sử dụng hàm CANCEL để kết thúcgiao dịch cũ và bắt đầu lại một giao dịch mới

Khi thời gian Timeout kết thúc ta có thể biết được trạng thái truyền thông.Nếu giá trị thanh ghi Comunication report băng không thì việc trao đổi dir liệuthành công, ngược lại thì việc truyền thông bị lỗi và trả về một giá trị được cho

trong bảng sau:Value Communication report (least significant byte)

16#00 Correct exchange16#01 Exchange stop on time out16#02 Exchange stop on user request (CANCEL)16#03 Incorrect address format

16#04 Incorrect destination address16#05 Incorrect management parameter format16#06 Incorrect specific parameters

16#07 Problem in sending to the destination16#08 Reserved

16#09 Insufficient receive buffer size16#0A Insufficient send buffer size16#0B No processor system resources16#0C Incorrect exchange number16#0D No telegram receive

16#0E Incorrect length16#0F Telegram service not configured16#10 Network module missing

16#11 Request missing16#12 Application server already active16#13 UNI-TE V2 transaction number incorrect16#FF Message refused

Bang 2.3 Gia tri thanh ghi Report communication

GVHD: TS Truong Dinh Chau 21

c Ham WRITE_VAR:

Tương tự hàm READ VAR, nhưng ham WRITE_VAR truyền một mảng từclient hay master ra server hay slave Các thông số chú thích giống hàmREAD_ VAR Tuy nhiên EMIS là mảng giá trị truyền đi theo kiểu integer (INT)

GESTGEST _—hễmagema+e_Pướn

DATA_EXCHEN ENOAddress —+ ADR RECP

Action —4 TYPE

Data _to_ Seid — 7 EMIS

Maugenmt Pamm —/ GEST GEST

e Hàm CANCEL

Chức năng dùng dé dừng việc truyền thông khi can thiết

CANCELE»rheœ 1m — yu CR }— Repat

Exchange number: lay giá tri được từ bang quan lý truyền thông trên.Report: được trả về 1 trong 2 giá trị sau:

7 16#00: lệnh Cancel thực thi chính xác va do đó truyền thông cóExchange number sẽ bị dừng lai, activity bit sẽ được reset về giá trị 0 và thanh ghicommunication report sé trả về giá trị bang 2

7 16#0C: lệnh Cancel thực thi không chính xácf Hàm READ ASYN,WRITE ASYN

Hai hàm này dùng dé đọc hoặc ghi một Kbyte dữ liệu Kiểu giá trị được đọc

có thê là:

7 Internal bit7 Internal word

D ASYN WRITE_ASYN

~ " Address —| ADR

| Address —| ADR RECP |— Receiving_Amruy Object_ ype —| OBJ

Obdject_Type =——‡ OBJ Fist_Object — NUMFirst_Object ——| NUM Object_ Number —J NB

Object_Number — yp Di tô WWte — EMS

Maragement_ Param — | GEST GEST }— Maugenet_Poen Mmagement Paran ——| GEST GEST |— Meugenet_Poon

2.1.5 Dịch vu I/O scanning

La dich vụ ứng dung giao thức TCP cho phép premium PLC có thé đọc hoặcghi dt liệu ra thiết bị hỗ trợ giao thức modbus TCP một cách định kỳ mà người sudụng không can phải lập trình I/O scanning chỉ hoạt động khi PLC chạy chế độ

Run mode

GVHD: TS Trương Dinh Châu 23

Device input Device output Device input = =Device output

words words words words

Hình 2.2 Cơ chế hoạt động của I/O scanning

255.255.255.251

Data distribution

%4MVVO ( PUB) "AMO ( SUB) %MVVO ( SUB)

GVHD: TS Truong Dinh Chau 24

7 Cac module truyền thông được nhóm vao trong một DistributionGroup Đây là một nhóm các module truyền thông được nhận dạng bởi cùng một

địa chỉ multicast IP

7 Mỗi module truyén thông sẽ gửi dit liệu bao g6m các biến cục bộ ra

tat cả các module truyền thông trong Distribution Group

Dịch vu global data không han chế số lượng thiết bị trong một nhóm trao đôidữ liệu song lại giới hạn số bién trao đồi trong nhóm (64 biến)

2.2 CHUAN TRUYEN THONG MODBUS TCP/IP

Là giao thức truyền thông được phat triển lên từ modbus RTU va nền

ethernet Modbus là một giao thức do hãng Modicon (Sau này thuộc AEG và

Schneider Automation) phát trién Modbus dinh nghĩa một tập hợp rộng các dịch vuphục vụ trao đổi dit liệu quá trình, dữ liệu điều khiến và dữ liệu chan đoán Modbusmô ta quá trình giao tiếp giữa một bộ thiết bị điều khiển với các thiết bị khác thôngquá cơ chế yêu câu, đáp ứng Truyền thông giữa các nút của Modbus thực hiện băngcách gửi các thông điệp Điều tốt của chuẩn Modbus là sự linh hoạt, và sự dễ thựchiện của nó Không chi các thiết bị như Microcontroller, PLC có thể truyền thôngvới Modbus, mà còn các sensor thông minh cũng trang bị Modbus để gửi dữ liệucủa chúng đến các host system Trong thời gian ngắn hàng trăm nhà sản xuất tíchhợp Modbus vào trong thiết bị của họ và Modbus trở thành chuẩn cho các mạngtruyền thông công nghiệp Trong mô hình tham chiếu ISO/OSI thì Modbus thực ra làmột chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng Do vậy, tang vật lý củaModbus có thể tự do chọn lựa Modbus ban đầu chạy trên RS-232, nhưng các thựchiện Modbus sau nhất dùng RS-485 vì nó cho phép khoảng cách lớn, tốc độ cao và

khả năng của một mạng multi-drop thực sự.

Như đã phân tích, do là một lớp ứng dụng nên cơ chế giao tiếp ở Modbusphụ thuộc vao hệ thống truyén thông cấp thấp Cu thé, có thé phân chia ra hai loại làmạng Modbus chuẩn và Modbus trên các mạng khác (TCP/IP, Modbus Plus, MAP)

GVHD: TS Trương Dinh Châu 25

Khi thực hiện Modbus trên các mạng khác, các thông bao Modbus được đưa vào

các khung theo giao thức vận chuyền, liên kết đữ liệu cụ thể Mạng Modbus sửdụng một trong 2 chế độ truyền là ASCI hoặc RTU

Chế độ ASCII: Mỗi byte trong thông báo được gửi thành hai ký tự ASCII 7bít, trong đó mỗi ky tự biéu dién một chữ số hex Ưu điểm của chế độ truyền này lànó cho phép một khoảng thời gian trống tôi đa giữa 2 ký tự mà không gây ra lỗi.Câu trúc một ký tự khung gửi đi được thể hiện như sau:

1 bit khởi dau (Start bit).7 7 bit biểu diễn một chữ số HEX của byte can gửi dưới dang ky tựASCII (0-F), trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước

7 1 bit Parity dé kiém tra chan 1é néu str dung parity 1 bit kết thúc (Stop bit) néu sử dung parity hoặc 2 bit kết thúc nếu

không sử dụng parity.

Chế độ RTU (Remote Terminal Unit): Mỗi byte trong thông báo được gửithành một ký tự 8 bit Ưu điểm chính của chế độ truyền này so với chế độ ASCII làhiệu suất cao hơn Tuy nhiên, mỗi thông báo phải truyền thành một dòng liên tục.Câu trúc một ký tự khung gửi đi được thể hiện như sau:

1 bit khởi dau (Start bit)

7 8 bit của byte thông bao cần gửi, bit thấp nhất được gửi đi trước7 1 bit Parity dé kiểm tra chăn lẽ nếu sử dung parity

1 bit kết thúc (Stop bit) néu sử dung parity hoặc 2 bit kết thúc nếu

không sử dung parity

Cau trúc bức điện: Một thông báo Modbus bao g6m nhiều thành phan và có

GVHD: TS Trương Dinh Châu 26