TÀI LIỆU LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 3 ppt

Câu 1. Khái niệm và phân loại của hệ thống SCADA? 2 điểm SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface). Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP – Operator Panel), màn hình cảm ứng (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn. Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống. 1.0 Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng: - SCADA độc lập / SCADA nối mạng - SCADA không có khả năng đồ hoạ / SCADA có khả năng xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực. 1.0 Bốn nhóm chính của hệ thống SCADA: Hệ thống SCADA mờ (Blind): Đây là hệ thống đơn giản, nó không có bộ phận giám sát. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị. Do tính đơn giản nên giá thành thấp. Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực: Đây là hệ thống SCADA có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu. Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất. Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động của hệ thống. Khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho người vận hành để xử lý kịp thời. Cũng có thể hệ sẽ phát ra tín hiệu điều khiển dừng hoạt động của tất cả máy móc. Hệ thống SCADA độc lập: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một bộ vi xử lý. Hệ này chỉ có thể điều khiển được một hoặc hai máy móc. Vì vậy hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết. Hệ thống SCADA mạng: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ vi xử lý. Các máy tính giám sát được nối mạng với nhau. Hệ này có khả năng điều khiển được nhiều nhóm máy móc tạo nên dây chuyền sản xuất. Qua mạng truyền thông, hệ thống được kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, có thể nhận quyết định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế. Từ phòng điều khiển có thể điều khiển hoạt động của các thiết bị ở xa. Cõu 2. Hóy trỡnh by cu trỳc v cỏc thnh phn c bn ca mng SCADA? 2 im Cu trỳc chung ca h SCADA: Cu trỳc chung ca h SCADA c minh ho trong hỡnh v sau: Hệ thống điều khiển giám sát Thiết bị điều khiển tự động Cảm biến và chấp hành Qúa trình kỹ thuật N I N I N I I/O N I N I I/O N I Nối trực tiếp Nối qua mạng NI: (Network Interface) Giao diện mạng I/O: (Input/Output) Vào/Ra Trong h thng iu khin giỏm sỏt, cỏc cm bin v c cu chp hnh úng vai trũ l giao din gia thit b iu khin vi quỏ trỡnh k thut. Cũn h thng iu khin giỏm sỏt úng vai trũ l giao din gia ngi v mỏy. Cỏc thit b v cỏc b phn ca h thng c ghộp ni vi nhau theo kiu im-im (Point to Point) hoc qua mng truyn thụng. Tớn hiu thu c t cm bin cú th l tớn 2 hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc tương tự. Khi xử lý trong máy tính, chúng phải được chuyển đổi cho phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra của máy tính. Các thành phần chính của hệ thống SCADA bao gồm: Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các cơ cấu chấp hành. Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID), các bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), các thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính PC với các phần mềm điều khiển tương ứng. Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người-máy HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp. Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống. Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn. Cơ sở dữ liệu quá trình Giao diện ng ời - máy Cảnh báo, báo động Điều khiển cấp cao Lập báo cáo tự động I/O DriverI/O ServerI/O Server Cõu 3. Trỡnh by u v nhc ca h iu khin tp trung v phõn tỏn? 2 im Ngy nay cu trỳc iu khin tp trung thng ch c ỏp dng cho nhng h thng nh vi cỏc mỏy múc vn hnh n gin bi giỏ thnh thp. Tuy nhiờn cu trỳc ny cũn cú nhng hn ch nh: - Cụng vic ni dõy phc tp, s lng cỏp ln, giỏ thnh cao. - Vic m rng h thng gp nhiu khú khn, linh hot khụng cao. - tin cy kộm do s ph thuc vo mt thit b iu khin duy nht, cú th dựng gii phỏp lp thờm thit b iu khin d phũng nhng s dn n chi phớ cao. - Phng phỏp truyn dn tớn hiu gia cỏc thit b trng v thit b iu 1.0 khiển dễ chịu ảnh hưởng của nhiễu gây ra sai số lớn. - Phạm vi ứng dụng hạn hẹp. Một hệ điều khiển phân tán thường bao gồm: - Trung tâm điều hành quá trình. - Trung tâm điều khiển là các máy tính điều khiển, máy tính công nghiệp, máy tính phối hợp được nối với nhau và nối với trung tâm điều hành qua các bus. - Các bộ điều khiển tại chỗ như thiết bị vào/ra, cơ cấu chấp hành, cảm biến được nối với trung tâm điều khiển qua bus trường (Field bus). Ưu điểm của điều khiển phân tán: - Thay đổi cách nối điểm - điểm bằng mạng truyền thông, thời gian lắp đặt nhanh chóng. - Độ tin cậy, tính linh hoạt và năng suất được nâng cao nhờ xử lý phân tán. - Cấu trúc đơn giản dễ dàng chẩn đoán, bảo trì, bảo dưỡng hệ thống. - Việc sử dụng các giao diện chuẩn quốc tế nâng cao khả năng tương tác giữa các thành phần. - Có thể tích hợp các hệ thống mới và cũ, dễ dàng mở rộng hệ thống và kết nối với hệ thống thông tin ở cấp trên. 1.0 Câu 4. Trình bày mô hình phân cấp của mạng SCADA và chức năng cơ bản của từng cấp? 2 điểm Cõu 5. Hệ thống điều khiển trên cơ sở hệ SIMATIC? 3 im Mụ hỡnh phõn cp: Ton b h thng iu khin giỏm sỏt c phõn chia thnh cỏc cp chc nng nh hỡnh v minh ho di õy: Quản lý công ty Điều khiển giám sát Điều hành sản xuất P C Chấp hành Điều khiển Qúa trình kỹ thuật sp xp, phõn loi cỏc chc nng t ng hoỏ ca mt h thng iu khin v giỏm sỏt ngi ta thng s dng mụ hỡnh nh trờn. Vi loi mụ hỡnh này các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dưới lên trên. Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn, đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng ở cấp dưới nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều. Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị. Tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá và cấu trúc hệ thống cụ thể mà ta có mô hình phân cấp chức năng. Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến hay chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp trên điều khiển. Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các bộ chấp hành. Máy tính đảm nhận việc theo dõi các công cụ đo lường, tự thực hiện các thao tác như ấn nút mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay,… Đặc tính nổi bật của cấp điều khiển là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành hay được gọi chung là cấp trường (Field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật. Cấp điều khiển giám sát: có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường. Câu 6. Trình bày mạng truyền thông công nghiệp SIMATIC NET và chuẩn giao thức PPI 2 điểm SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc. SIMATIC NET bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module). Với hệ thống SIMATIC NET, SIEMENS cung cấp hệ thống truyền thông mở cho nhiều cấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trường công nghiệp. Hệ truyền thông SIMATIC NET dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế ISO/OSI (International Standardization Organisation / Open System Interconnection). Cơ sở của các hệ thống truyền thông này là các mạng cục bộ (LANs), có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau: điện học, quang học, không dây hoặc kết hợp cả ba cách trên. Theo các yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạng công nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến - đối tượng. Theo phương pháp tổ chức hệ thống như trên SIMATIC cung cấp các loại sub-net như: - Mạng PPI. - Mạng MPI. - Mạng AS-i. - Mạng PROFIBUS. - Mạng ETHERNET công nghiệp. Mạng PPI: PPI pc/pg plc s7-200 PPI (Point to Point Interface) thực hiện truyền thông nối tiếp điểm tới điểm. Ghép nối điểm tới điểm có thể là ghép nối giữa hai thiết bị tự động hoá với nhau, hay ghép nối giữa thiết bị với máy tính hoặc với thiết bị truyền thông khác. PPI có những tính chất đặc trưng sau đây: - Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua driver đặc biệt. - Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII. Câu 7. Trình bày mạng truyền thông công nghiệp SIMATIC NET và chuẩn giao thức MPI 2 điểm SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc. SIMATIC NET bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module). 1 [...]... của SIEMENS Trong mạng chỉ có trạm chủ có quyền điều khiển quá trình trao đổi thông tin Trạm chủ (Master) gọi tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi các trạm này gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ Những tính chất đặc trưng của AS-i: - AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số Quá trình trao đổi dữ liệu được thực hiện thông qua đường dẫn từ cơ cấu... tiếp với quá trình - Hoạt động của AS-i không cần thiết lập cấu hình trước Câu 9 Trình bày mạng truyền thông công nghiệp SIMATIC NET và chuẩn 2 điểm giao thức PROFIBUS SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao... bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được trao đổi với tính chất không định kỳ PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những... dụng trờn cấp điều khiển và điều khiển giỏm sỏt, dữ liệu chủ yếu được trao đổi với tớnh chất khụng định kỳ PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riờng cho những khu vực nguy hiểm PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương phỏp truyền dẫn an toàn trong mụi trường dễ chỏy nổ theo chuẩn IEC 61158-2 PROFIBUS – PA là loại bus trường thớch hợp cho cỏc hệ thống điều khiển phõn tỏn... SIEMENS phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245 PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp hệ truyền thông mở, không phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication Network) phục vụ cho các cấp phân xưởng và cấp trường Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nối các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị hãng khác Các loại... thụng tin nhỏ nhưng đũi hỏi tốc độ truyền nhanh PROFIBUS – DP được xõy dựng tối ưu cho việc kết nối cỏc thiết bị trường với mỏy tớnh điều khiển PROFIBUS – DP phỏt triển nhằm đỏp ứng yờu cầu cao về tớnh năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như cỏc bộ PLC hoặc cỏc mỏy tớnh cụng nghiệp với cỏc ngoại vi phõn tỏn ở cấp trường như cỏc thiết bị đo, truyền động và van Việc trao đổi chủ... thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van Việc trao đổi chủ... SIMATIC NET và chuẩn 2 điểm giao thức AS-i SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM... chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạng công nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến đối tượng Theo phương pháp tổ chức hệ thống như trên SIMATIC cung cấp các loại sub-net như: - Mạng PPI - Mạng MPI - Mạng AS-i 2 - Mạng PROFIBUS - Mạng ETHERNET công nghiệp Mạng PROFIBUS: PC with PROFIBUS CP PROFIBUS S7 -30 0 S7 -30 0... PROFIBUS – PA là loại bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA Câu 10 Trình bày các chuẩn giao thức PROFIBUS? Các loại PROFIBUS: . quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các cơ cấu chấp hành. Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID), các bộ điều khiển khả trình PLC. kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, có thể nhận quyết định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế. Từ phòng điều khiển có thể điều khiển hoạt động của các thiết bị ở. Acquisition là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông