Việc ứng dụng hệ thống SCADA vào trong hệ thống cung cấp nướcsạch là một đòi hỏi cấp bách nhằm đạt được các mục tiêu sau: Ổn định chất lượng nước Ổn định áp lực nước Quản lý lượng nước khai thác và lượng nước tiêu thụ Vận hành và quản lý máy móc thiết bị. Quản lý hệ thống đường ống cung cấp nước. Và quản lý đến từng địa chỉ hộ tiêu thụ nước
Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 1 MỤC LỤC Mục lục 1 Mở đầu ……………………………………………………… 3 PHẦN I: Giới thiệu về mạng SCADA 4 I. định nghĩa SCADA 4 II. Các loại hệ thống SCADA 5 1. Hệ thống SCADA mờ 5 2. Hệ thống SCADA độc lập 6 3. Hệ thống SCADA mạng 6 4. Hệ thống SCADA xử lý đồ họa 6 5. Đánh giá một hệ SCADA 6 III. Cấu trúc hệ thống SCADA 7 IV. Mô hình phân cấp chức năng 9 1. Mô hình phân cấp 10 2. Nhiệm vụ chức năng của từng cấp 12 PHẦN II: Ưng dụng SCADA cho hệ thống 14 I. Nguyên lý hoạt động cơ bản và 14 1. Nguyên lý hoạt động cơ bản 14 2. Quy trình sản xuất của một hệ thống 15 II. Xây dựng mạng SCADA cho hệ thống 16 1. Trung tâm điều độ 16 2. Phòng điều độ xí nghiệp 18 3. Phòng điều độ nhà máy 18 4. Trạm vận hành 18 5. Thiết bị ghép nối ……………………………………. 18 6. Thiết bị chuyển đổi truyền thông 18 7. Các tín hiệu đo lường cần thiết 18 III. Một số thiết bị sử dụng trong hệ thống 19 Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 2 1. Cấu hình mạng SCADA biến tần 19 2. Đo lưu lượng 20 3. Đo áp lực 21 4. Đo độ đục và độ lắng cặn 22 IV. Phần mềm giao diện HMI 23 Kết luận 28 Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 3 MỞ ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu sản xuất hiện đại, việc ghép nối mạng nhằm phối hợp hoạt động giữa các thiết bị, thu thập thông tin, tập trung xử lý số liệu, điều khiển quá trình mềm dẻo, linh hoạt và trực quan là xu hướng phổ biến nhất hiện nay trong ngành tự động hóa (TĐH). Thực tế ta nhận thấy, phát triển tích hợp hệ thống theo hướng trên thì việc điều khiển, quản lý, giám sát quá trình sản xuất trở nên linh hoạt và đáng tin cậy hơn, chi phí giá thành hệ thống cũng giảm đáng kể. Với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện nay, việc ứng dụng kỹ thuật điện tử công suât, tin học cơ khí chính xác để thực hiện TĐH là mạng tính tất yếu. Nên đã đáp ứng được tốc độ xử lý lượng thông tin trao đổi giữa người và máy, giữa máy và máy. Trong từng xí nghiệp cụ thể của một công ty cung cấp nước sạch, thông thường có một hoặc hai nhà máy sản xuất nước sạch; hệ thống đường ống cấp nước thuộc xí nghiệp. Đặc điểm lớn của một công cấp nước sạch là các nhà máy sản xuất nước, các phòng chức năng của xí nghiệp và công ty cách xa nhau. Các hệ thống đường ống dẫn nước trải rộng trên một địa bàn rộng lớn. Cho nên việc liên kết tất cả các khâu trong hệ thống là một yêu cầu quan trọng, để thực hiện tốt quản lý, tổ chức sản xuất và cung cấp nước sạch. Ưng dụng SCADA chính là tự động hóa liên kết này. Việc ứng dụng hệ thống SCADA vào trong hệ thống cung cấp nước sạch là một đòi hỏi cấp bách nhằm đạt được các mục tiêu sau: Ổn định chất lượng nước Ổn định áp lực nước Quản lý lượng nước khai thác và lượng nước tiêu thụ Vận hành và quản lý máy móc thiết bị. Quản lý hệ thống đường ống cung cấp nước. Và quản lý đến từng địa chỉ hộ tiêu thụ nước Trong nội dung của đồ án chỉ thực hiện mô phỏng trên màn hình hiển thị, để điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của một cụm van điều phối trong hệ thống phân phối nước. Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 4 PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG SCADA I. ĐỊNH NGHĨA SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Đây là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát, điều khiển các hệ thống điều khiển tự động như: Nhà máy sản xuất, trong các hệ thống thông tin viễn thông, hệ thống điện lưới và các nhà máy cung cấp nước sạch… Để làm được công việc đó thì hệ SCADA phải có các hệ thống sau: Hệ thống truy cập dữ liệu Hệ thống truyền tải dữ liệu Dao diện người - máy HMI (Humen Machine Interface) HMI sử dụng ở cấp điều khiển giám sát và ở các cấp dưới hơn, để thuận tiện hơn cho người vận hành hệ thống hoặc thiết bị. Các loại dao diện HMI bao gồm: PO-Perator Panel: Màn hình vận hành TP-Touch Panel: Màn hình cảm ứng Multy Panel… Do sự phát triển của các chuẩn truyền thông công nghiệp và các phần mềm công nghiệp, nên việc chú trọng vào thiết kế một hệ SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm để thiết kế giao diện HMI và giải pháp tích hợp hệ thống là vấn đề cốt lõi để xây dựng một hệ thu thập và điều khiển giám sát. Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 5 Configuration and maintenance Analog I /O, Discrete I /O Flow measur. T Temp measur. P Pressure measur. Actuator Control objects Realtime DB SCADA Station SCADA Station VB, C++ Applications Web Server Modules of factory resource management Relation DB Cấu trúc của một hệ thống điều khiển hiện đại II. CÁC LOẠI HỆ THỐNG SCADA Hệ thống SCADA được chia thành 4 nhóm chính với các chức năng như sau: Là hệ SCADA mang tính độc lập hoặc được nối mạng, hệ SCADA không có khả năng đồ họa và một loại có khả năng xử lý đồ họa thông tin thời gian thực. 1. Hệ thống SCADA mờ (Blind) Đây là hệ thống SCADA hết sức giản đơn, nó không có một bộ phận giám sát mà chỉ có nhiệm vụ là thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị. Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 6 Ưu điểm của nó là: Do công nghệ cấu thành mạng đơn giản nên có giá thành thấp 2. 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 điều khiển được một hoặc hai máy móc, nên chủ yếu sử dụng ở trong các đơn vị sản xuất có quy mô nhỏ và vừa 3. Hệ thống SCADA mạng Đây là hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ vi xử lý. Các máy tính giám sát nối mạng với nhau. Thường chúng được sử dụng nhiều trong các dây chuyền sản xuất nơi có nhiều máy móc cần phải điều khiển. Thông qua các mạng truyền thông, toàn bộ hệ thống được kết nối với phòng điều khiển cấp phân xưởng, phòng giám sát cấp công ty. Hoặc có nhận tín hiệu điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý và phòng thiết kế. 4. Hệ thống SCADA xử lý đồ họa thông tin thời gian thực Hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu. Nhờ các thông tin đã được thu thập trước của máy tính mà hệ có khả năng mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống sản xuất. Nhờ máy tính ghi lại toàn bộ dữ liệu quá trình hoạt động của hệ thống nên khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho người vận hành, hoặc tự động xử lý lỗi xảy ra đó. 5. Đánh giá một hệ SCADA Để đánh giá một hệ điều khiển và giám sát SCADA thì cần phải phân tích các đặc điểm của hệ thống theo một số tiêu chuẩn như: Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm điều khiển việc thực hiện xây dựng các màn hình giao diện. Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ họa có sẵn, khả năng truy cập và cách kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật có tốt không. Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hóa các giao diện quá trình, khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and history) và lập báo cáo (Reporting) Tính thời gian thực và hiệu suất trao đổi thông tin, với nền Windown thì hỗ trợ sử dụng mô hình phần mềm ActiveX Control và OPC. Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 7 Xem xét giá thành tổng thể của hệ thống III. CẤU TRÚC HỆ THỐNG SCADA Trong các hệ thống SCADA thì các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quá trình sản xuất. Còn hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò là giao diện giữa người và máy. Các thiết bị và các bộ phận của hệ thống được ghép nối với nhau theo kiểu điểm - điểm (Point to Point), hoặc thông qua mạng truyền thông công nghiệp. Tín hiệu thu được từ cảm biến có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc tím hiệu tương tự. Khi xử lý trong máy tính chúng ta phải được chuyển đổi cho phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra của máy tính. Các thành phần chính: Giao diện quá trình: Là các phần tử chấp hành, cảm biến, thiết bị đo, các thiết bị chuyển đổi… Thiết bị điều khiển tự động: Bao gồm các bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programable Logic Controller), bộ điều khiển chuyên dụng tỷ lệ vi tích phân PID, các thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính điều khiển với các phần mềm điều khiển chuyên dụng. Hệ thống điều khiển giám sát: Bao gồm các phần mềm hỗ trợ và giao diện người-máy HMI (Human Machine Interface), các trạm kỹ thuật, trạm vận hành giám sát và điều khiển cao cấp. Hệ thống truyền thông: gồm các thiết bị được ghép nối điểm - điểm (Point to Point), Bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 8 Hc vin k thut quõn s H Anh Thng kt2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 9 Hệ thống điều khiển giám sát Thiết bị điều khiển tự động Cảm biến và chấp hành Qúa trình kỹ thuật NI NI NI I/O NI NI I/O NI Nối trực tiếp Nối qua mạng NI: (Network Interface ) Giao diện m ạng I/O: (Input/Output ) Vào/Ra Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của hệ S CADA Hình 2: Các thành phần cơ bản của hệ t hống SCADA Học viện kỹ thuật quân sự Hồ Anh Thắng đktđ2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 10 IV. MÔ HÌNH PHÂN CẤP CHỨC NĂNG 1) Mô hình phân cấp: Toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát được phân ra các cấp chức năng sau: Mô hình phân cấp dùng để săp xếp, phân loại các chức năng TĐH của một hệ thống điều khiển và giám sát. Các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau. Càng ở cấp dưới thì các chức năng mang tính cơ bản hơn, đòi hỏi tính thời gian thực (Độ nhanh nhạy/thời gian phản ứng) phải cao hơn. Trong cấp cao hơn thì tính thời gian thực càng giảm, nhưng lượng thông tin cần truyền và xử lý thì lớn hơn. Việc phân cấp chức năng này giúp ta thuận lợi hơn trong việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị. a. Cấp chấp hành: Chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Tuy nhiên, ở trong thực tế thì các phần tử 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. Nó cũng có thể đảm nhận được việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển cao hơn. b. Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, đo lường…Sau đó xử lý các thông tin này theo một thuật toán nhất định và truyền đạt kết quả trở về lại cơ cấu chấp hành để điều khiển các thiết bị. Máy tính ở đây cũng có thể được sử dụng, nó có chức năng theo dõi các công cụ đo lường từ thực hiện các thao tác như ấn nút đóng mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay… Đặc điểm nổi bật nhất của cấp điều khiển là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành còn được gọi chung là cấp trường (Field Lever) do các thiết bị như cảm biến và chấp hành. Các bộ điều khiển thường được lắp ghép trực tiếp tại hiện trường gần với hệ thống kỹ thuật. c. Cấp điều khiển và 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. [...]... thiết bị) Chấp hành Qúa trình kỹ thuật Hình 3: Mô hình phân cấp chức năng hệ hệ Hình 2.3: Mô hình phân cấp chức năng củacủa thống thống và giám điều khiểnSCADA sát H Anh Thng kt2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com Hc vin k thut quõn s 13 2) Nhim v, chc nng ca tng cp: Mt h thng sn xut cụng nghip thng c t chc phõn chia thnh nhiu cp qun lý Mi cp u cú nhng yờu cu v nhim v riờng (Nh cỏc cp cú nhim v... bờn trong cp qun lý phõn xng xớ nghip cp di Cú mt s trng hp thỡ cỏc i tng cú th nm hai cp khỏc nhau va l giỏm sỏt iu khin cp trờn v cng va l giỏm sỏt iu khin cỏc thit b c th cp di mi cp SCADA thng iu khin v giỏm sỏt mt cp qun lý cp y Cp SCADA phõn xng cp di s thu thp s liu trờn mỏy múc phõn xng, phõn loi rừ thit b no c qun lý v sn xut bi cp SCADA no Cỏc s liu thu c s c cỏc h thng SCADA truyn tin... nc sch l mt i hi cp bch nhm n cỏc mc tiờu: n nh cht lng nc, n nh ỏp lc nc, qun lý lng nc khai thỏc v lng nc tiờu th, vn hnh v qun lý h thng my múc thit b, qun lý h thng ng ng cung cp nc v trong tng lai qun lý n tn tng a ch, tng h tiờu th nc ỏn gii thiu nhng vn c bn nht ca vic ng dng cụng ngh Scada nhm nõng cao nng lc qun lý, iu hnh sn xut v cung cp nc sch nhm tha mún nhng mc tiu nu trn Vy nhn thy t... nguoidixayhokego2003@gmail.com Hc vin k thut quõn s 14 Nhn thy SCADA l mt h kt hp phn cng v phn mm TH quỏ trỡnh qun lý giỏm sỏt iu khin cho mt i tng sn xut cụng nghip Tựy theo tng yờu cu ca h thng ta cú th xõy dng mt h thng SCADA thc hin mt s nhim v v chc nng nh: thu thp giỏm sỏt t xa v i tng iu khin úng ct t lờn i tng, iu chnh t ng t xa vi cỏc i tng v cp qun lý Ngy nay hu ht cỏc h thng SCADA cũn cú kh nng liờn kt vi cỏc h... tng th k c cp iu hnh sn xut v qun lý nhm loi b bt i mt s khõu trung gian khụng cn thit trong mụ hỡnh chc nng Do vy hai cp chc nng ny dn c xem nh nhp li thnh mt cp duy nht, gi chung l cp iu hnh H Anh Thng kt2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com 12 Hc vin k thut quõn s Quản lý công ty P C Mạng công ty Điều hành sản xuất Mạng xí nghiệp Điều khiển giám sát Bus hệ thống (Bus quá trình) Điều khiển Bus... Vy nhn thy t vic phừn tch h thng rng, cc doanh nghip sn xut v cung cp nc sch u t thit lp h SCADA phc v giỏm sỏt ca cỏc cp qun lý cho dự thc trng thit b/mỏy múc ti hin trng cha m bo khai thỏc ht cỏc chc nng ca h SCADA Sau ú, tng bc thụng qua s dng h SCADA m nõng cao c trnh hiu bit ca i ng cỏn b k thut/qun lý trong doanh nghip H Anh Thng kt2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com Hc vin k thut quõn... cho n cp qun lý thu thp d liu, hin th, in n v ci t tham s iu khin Mi cp s thc hin bi toỏn phõn tớch v tớnh toỏn ó c giao t trc, sau ú a ra cỏc lnh thay i cỏc i tng thụng qua h thng mng truyn thụng, gi lnh ú n cp SCADA cn iu khin gii quyt bi toỏn ny thỡ cỏc h thng SCADA s c trang b thờm cỏc thit b chuyờn dng nh mỏy tớnh iu khin v cỏc phn mm ng dng ca nú Nhng thit b ny ly s liu hin hnh t SCADA cung... mng thụng tin di ng ton cu Internet kt ni ton b h thng SCADA Ngi vn hnh cú th bt k õu cng cú th truy cp n cỏc phũng iu v phũng iu khin H Anh Thng kt2a- Mail: nguoidixayhokego2003@gmail.com Hc vin k thut quõn s 15 PHN II: NG DNG SCADA CHO H THNG CUNG CP NC SCH THNH PH Nguyờn lý hot ng c bn v quy trỡnh sn xut ca mt h thng cung cp nc sch I Nguyờn lý hot ng c bn: 1 T hin trng (Ni t cỏc thit b, mỏy múc... tin v hiu qu trong sn xut cao hn Hin nay cỏc doanh nghip cú nhu cu thit lp mng SCADA bin tn nhm tha món nõng cao nng lc qun lý v tit gim nng lng in Tuy nhiờn, thit lp hon chnh v khai thỏc ht cỏc tớnh nng (Do phn mm quy nh) mng ny ũi hi ngun vn u t ln, nõng cao thit b mỏy múc ti hin trng sao cho phự hp vi ũi hi ca h thng SCADA 2) o lu lng (Flow): o lu lng tc thi (m3/s) v lu lng nc tớch ly m3 ca dũng... Nguyờn lý hot ng: Nguyờn lý ca cm bin o lu lng kiu in t, da trờn lut cm ng in t Faraday: Mt in ỏp s c cm ng khi mt vt dn in chuyn ng qua mt t trng õy, vt dn in chớnh l dũng chy ca nc chy trong ng ng dn nc qua mt t trng khụng i do cun dõy to ra Tựy thuc vo tc dũng chy m in ỏp sinh ra trờn in cc l khỏc nhau Nh vy giỏ tr in ỏp ó mang thụng tin v tc dũng chy ca nc trong ng ng in ỏp ny c a v khi x lý, v . thiệu về mạng SCADA 4 I. định nghĩa SCADA 4 II. Các loại hệ thống SCADA 5 1. Hệ thống SCADA mờ 5 2. Hệ thống SCADA độc lập 6 3. Hệ thống SCADA mạng 6 4. Hệ thống SCADA xử lý đồ họa 6 . lượng nước Ổn định áp lực nước Quản lý lượng nước khai thác và lượng nước tiêu thụ Vận hành và quản lý máy móc thiết bị. Quản lý hệ thống đường ống cung cấp nước. Và quản lý đến. chức sản xuất và cung cấp nước sạch. Ưng dụng SCADA chính là tự động hóa liên kết này. Việc ứng dụng hệ thống SCADA vào trong hệ thống cung cấp nước sạch là một đòi hỏi cấp bách nhằm đạt được