Nội dung bài giảng hệ thống thông tin công nghiệp

Lêi nãi ®Çu Hệ thống điện ngày phát triển, yêu cầu quản lý chế độ chúng cao nhằm đảm bảo chất lượng điện tình Muốn trước hết phải truyền thông tin cấu trúc hệ thống thông số chế độ Từ thông tin thu nhận trung tâm điều thực tính toán để đưa lệnh điều khiển hợp lý xác nhanh Cuốn sách “ Hệ thống thông tin hệ thống điện “ nhằm trợ giúp cho sinh viên, kỹ sư vận hành hệ thống điện kiến thức tín hiệu, hệ thống thông tin, biến đổi tín hiệu, nguyên lý ghép kênh giới thiệu hệ thống thông tin : Hệ thông tin vi ba, Hệ thông tin sợi quang, Hệ thông tin tải ba, Hệ thống HTC tổng hợp Ngoài sách trình bày số hệ thông tin đo lường điều khiển công nghiệp Nội dung sách gồm tám chương sau: Chương một: Tổng quan tín hiệu hệ thống thông tin Chương hai: Giới thiệu biến đổi tín hiệu Chương ba: Giới thiệu nguyên lý ghép kênh Chương bốn: Giới thiệu hệ thông tin vi ba Chương năm: Giới thiệu hệ thông tin sợi quang Chương sáu: Giới thiệu hệ thông tin tải ba Chương bảy: Giới thiệu hệ thống HTC tổng hợp Chương tám: Giới thiệu số hệ thống thông tin đo lường điều khiển công nghiệp Cuốn sách “ Hệ thống thông tin hệ thống điện “ dùng chủ yếu cho sinh viên ngành Hệ thống điện, Công nghệ thông tin, đồng thời tài liệu tham khảo cho kỹ sư vận hành hệ thống điện, vận hành hệ thống thông tin Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, cán giảng dạy trường Đại học Điện lực tận tình giúp đỡ để hoàn thành sách Rất mong đóng góp độc giả để sách ngày hoàn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi khoa Hệ thống điện, trường Đại học Điện lực Tel (04)22185612 Emai:hoapv@.epu.edu.vn Xin chân thành cảm ơn Thay mặt tập thể tác giả PGS-TS PHẠM VĂN HÒA DANH MỤC CÁC CHƯ VIẾT TẮT AM BW CAMAC CC CD DCS DSB FAX FCS FDM FM HIS HV IIT IIS LSB LT M PAM PAX PC PCM PLC PLC PM RTU SCADA RP SSB TDM Amplitude Modulation Bandwich Computer Application for Measurement And Control Coupling capacitor Coupling Device Distributed Control System Double Side Band Field Control Station Frequency Divison Mutiplexing Frequency Human Interface Station High Voltage Industrial Information Technology Intergrated Information System Lower Side Band Line Triap Modem Pulse Amplitude Modulation Personal Computer Pulse Code Modulation Power Line Carrier Programable Logic Controler Phase Modulation Remote Terminal Unit Supervisory Control And Data Acquisition Rele Protection Single Side Band Time Divison Mutiplexing Điều biên Dải thông tín hiệu Máy tính phục vụ cho đo lường điều khiển Tụ ghép nối Thiết bị ghép nối hệ thống điều khiển phân tán Dải biên kép Máy Facsimile Trạm điều khiển trường Ghép kênh theo tần sô Điều tần Giao thức người-máy Điện áp cao Hệ thống thông tin công nghiệp Hệ thống thông tin tích hợp Các giải biên Cuộn cảm ( cuộn bẫy sóng) Giao diện Điều biên xung Thiết bị chuyển mạch Máy tính nhân Điều chế mã xung Thiết bị thông tin tải ba Bộ vi điều khiển lập trình Điều pha Thiết bị đầu cuối thống điều khiển giám sát thu thập số liệu Bảo vệ rơ le Dải biên đơn Ghép kênh theo thời gian TIA USB Totally Integrated Automation Upper Side Band Tự động tích hợp toàn diện Các dải biên Ch¬ng TỔNG QUAN VỀ CÁC TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN §1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1 Nguồn tin nguyên thủy Nguồn tin nguyên thủy tập hợp tin tức nguyên thủy chưa qua phép biến đổi nhân tạo ví dụ như: tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh v.v Như tin tức sinh nhờ nguồn tin nguyên thủy 1.1.2 Tín hiệu thông tin Tín hiệu thông tin dạng vật lý chứa đựng tin tức truyền lan hệ thống thông tin từ nơi gửi đến nơi nhận tin Để cho đơn giản ta gọi tắt tín hiệu thông tín hiệu Có thể phân loại tín hiệu sau: - Tín hiệu xác định: tín hiệu mà trình biến thiên biểu diễn hàm thời gian hoàn toàn xác định Biểu thức giải tích hay đồ thị thời gian tín hiệu xác định hoàn toàn biết trước Ví dụ : s(t) = A sin (ωt + φ) tín hiệu hình sin có biên độ A, tần số góc ω góc pha φ tín hiệu xác định - Tín hiệu ngẫu nhiên: tín hiệu mà trình biến thiên biết trước Giá trị tín hiệu ngẫu nhiên thời điểm trước Ngoài cách phân loại ta chia tín hiệu thành nhóm tín hiệu liên tục tín hiệu rời rạc: Tín hiệu gọi liên tục thay đổi liên tục, ngược lại tín hiệu rời rạc Cụ thể , phân làm loại sau đây: - Tín hiệu có biên độ thời gian liên tục gọi tín hiệu tương đương (analog) - Tín hiệu có biên độ rời rạc, thời gian liên tục gọi tín hiệu lượng tử - Tín hiệu có biên độ liên tục, thời gian rời rạc gọi tín hiệu rời rạc - Tín hiệu có biên độ thời gian rời rạc gọi tín hiệu số(digital) 1.1.3 Hệ thống thông tin Hệ thống thông tin tổ hợp thiết bị kỹ thuật, kênh tin để truyền tin tức từ nguồn tin đến nơi nhận tin Cấu trúc tổng quát hệ thống thông tin hình 1.1 Nguồn tin Kênh tin Thu tin Nhiễu Hình 1.1-Cấu trúc tổng quát hệ thống thông tin Các khối hính 1.1 mô tả sau : - Nguồn tin: tập hợp tin mà hệ thống thông tin phát - Kênh tin: nơi hình thành truyền tín hiệu mang tin đồng thời dấu xảy tạp nhiễu tin tức - Thu tin: cấu phục hồi tin tức ban đầu từ tín hiệu lấy từ đầu kênh tin 1.1.4 Đơn vị thông tin Đơn vị nhỏ thông tin bit (binary digit) Một bit dung lượng nguồn tin có trạng thái ( thông thường quy ước 1) Các đơn vị bội số bit như: byte (B) = bit Kbyte(KB) = 1024 byte Mbyte (MB) = 1024 Kbyte Gbyte (GB) = 1024 Mbyte §1.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH Ký hiệu s(t) biểu thức thời gian tín hiệu xác định chúng có thông số đặc trưng sau: Độ dài trị trung bình tín hiệu - Độ dài tín hiệu s(t) thời gian tồn tín hiệu kể từ lúc bắt đầu xuất chấm dứt Thông số quy định thời gian mà hệ thống thông tin bị mắc bận việc truyền tin tức chứa tín hiệu - Nếu độ dài tín hiệu xuất vào thời điểm t0 τ , trị trung bình theo thời gian : t0 +τ s( t ) = τ ∫ s( t ) dt (1.1) t0 Năng lượng công suất trị dụng tín hiệu - Năng lượng Es tín hiệu s(t) tích phân bình phương tín hiệu suốt thời gian tồn nó: Es = t0 +τ ∫ s(2t ) dt (1.2) t0 Với định nghĩa lượng vậy, ta coi tín hiệu có tính chất điện áp, dòng điện hay đại lượng tương tự khác - Công suất trung bình tín hiệu s (t ) = τ t +τ ∫s ( t )dt (1.3) t0 biểu thức s2(t) gọi công suất tức thời tín hiệu Như công suất trung bình tín hiệu trị trung bình công suất tức thời - Trị hiệu dung tín hiệu bậc hai công suất trung bình: shd = τ t0 +τ ∫ t0 s(2t ) dt (1.4) Dải động tín hiệu: tỉ số giá trị cực đại cực tiểu công suất tức thời tín hiệu Thường thông số đo đơn vị lôgarit ( ben hay đêxiben): DdB = 10 lg s(2t ) max s(2t ) = 20 lg s(t )max s( t )min (1.5) Thông số đặc trưng cho khoảng cường độ mà tín hiệu tác động lên thiết bị 4.Tỉ số tín hiệu / nhiễu S/N (signalto noise ratio): ξ= S PS = N PN (1.6) Ps công suất tín hiệu, PN công suất nhiễu Tỉ số S/N viết dạng mức tín hiệu: 10 lg ξ = 10 lg PS ( dB) PN (1.7) Dải thông tín hiệu BW ( Bandwich): hiệu giới hạn tần số dải chứa thành phần tần số hữu ích tín hiệu Ví dụ: xem tiếng nói người có dải tần số nằm khoảng từ f1= 300 Hz đến f2= 3000 Hz Khi giải thông: BW= f2 - f1 = 3000-300 =2700Hz Các tín hiệu có dải thông lớn rõ ràng nên truyền tần số cao để có lợi (tránh giao thoa với tín hiệu khác) §1.3 PHƯƠNG PHÁP PHỔ Phương pháp cho phép xác đình cách truyền tín hiệu với độ biến dạng cho phép qua mạch điện có dải tần số bị giới hạn, ví dụ mạch thiết bị có dải tần số làm việc hẹp, lọc điện, khuếch đại, biết đổi, kênh tin v.v Cơ sở phương pháp phổ khai triển hàm số tuần hoàn vào chuỗi Fuariê 10 Giả sử có tín hiệu s(t) tuần hoàn với chu kỳ T, s(t)= s (t+nT) với số nguyên n) đồng thời s(t) thỏa mãn điều kiện Đirichlê ( bị chặn, liên tục đoạn, có số hữu hạn điểm cực trị chu kì) Khi tín hiệu s(t) biểu diễn dạng chuỗi Fuairê phức: ∞ s(t ) = ∑A e k = −∞ jkωt (1.8) k đó: ω= 2π - Tần số góc bản, T (1.9) T  = s( t ).e − jkωt dt = c e jϕ A k k T −∫T k (1.10) Là biên độ phức  gọi thành phần điều hòa bậc k tín hiệu s(t), Số hạng A k ck môdun biên độ phức Ak, Tập hợp { c k } +∞ k = −∞ gọi phổ biên độ tín hiệu s(t)  ϕ k pha ban đầu biên độ phức A k Tập hợp gọi phổ pha tín hiệu s(t) { ϕk } +∞ k = −∞ Nếu biết phổ pha phổ biên độ ta thấy tín hiệu tuần hoàn với chu kỳ T → ∞ Khi s(t) thỏa mãn điều kiện Đirichlê ta biểu diễn tín hiệu không tuần hoàn s(t) dạng tích phân Fuairê: +∞ s( t ) = ∫ S(ω).e jωt dω (1.11) −∞ Là phép biến đổi Fuarie ngược đó: 11 +∞ s( t ) = S(ω).e − jωt dω ∫ 2π − ∞ (1.12) gọi phổ tín hiệu không tuần hoàn s(t) (Phép biến đổi Fuairê thuận) Nếu biết phổ S(ω) ta hoàn toàn xác định tín hiệu không hoàn toàn s(t) Nói chung phổ S(ω) hàm phức: s ( t ) = s ( t ) e jϕ ( ω) = Re{ s ( t )} + j Im{ s ( t )} = P(ω) + jQ(ω) (1.13) P(ω) - Phổ thực tín hiệu s(t) Q(ω) - Phổ ảo tín hiệu s(t) s ( t ) - Phổ biên độ tín hiệu s(t), s ( t ) = P (ω) + Q (ω) φ(ω) - phổ pha tín hiệu s(t), Q(ω) tgϕ(ω) = P(ω) Q(ω) sin ϕ(ω) = P (ω) + Q (ω) cos ϕ(ω) = P(ω) P (ω) + Q (ω) (1.14) (1.15) (1.16) (1.17) Từ ta nhận thấy tín hiệu tuần hoàn có phổ vạch (phổ rời rạc), tín hiệu không tuần hoàn có phổ liên tục §1.4 NHIỄU TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN Nhiễu từ dùng để tất loại tín hiệu ích tác động lên tín hiệu có ích, gây khó khăn cho việc thu xử lý tín hiệu Nhiễu gây nên sai số làm biến dạng tín hiệu Nếu ta truyền tín hiệu s(t) đến đầu vào kênh tin, đầu ta thu nói chung tín hiệu s(t) mà là: x(t) = n(t) s(t) + c(t), đó: n(t) gọi nhiễu nhân, c(t) gọi nhiễu cộng 12 bị trường, khối xếp biểu đồ CFC/SFC Các khối chức cần cho truyền thông nằm thư viện thiết bị trường SIMATIC PCS7 (Field Driver Block) Các thiết bị trường cấu hình thông qua công cụ phần mềm PDM tích hợp ES Dự phòng kết nối với ET 200M Trong mạng dự phong, hệ vào ET 200M kết nối với bus trường dự phòng PROFBUS-DP Chúng ta sử dụng modul giao diện IM 153 để kết nối vào phân tán ET 200M với PCL dự phòng S7 417H đường dây dự phòng PROFBUS-DP Nếu hai trường hợp PROFBUS-DP gặp cố, chuyển mạch tự động nhảy sang PROFBUS-DP dự phòng PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA mở rộng PROFBUS-DP, cho phép ứng dụng thực môt trường nguy hiểm Kỹ thuật truyền thông với PROFIBUS-PA có chuẩn IEC 1158-2 Với PROFIBUS-PA, Transmitter Actuator nơi nguy hiểm truyền thông với PLC qua khoảng cách lớn Tín hiệu truyền thông qua đường cáp dây (ITP) Ta kết nối 30 thiết bị trường tới đoạn PROFIBUS-PA môi trường làm việc bình thường tới 10 thiết bị trường môi trường làm việc nguy hiểm PROFIBUS-PA có tốc độ truyền 31,25kbps Bộ kết nối DP/PA Để truyền thông PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA sử dụng kết nối DP/PA, có loại: - DP/PA coupler: Dùng cho Project có lượng liệu truyền nhỏ thời gian ngắn - DP/PA Link: Dùng cho Project có lượng liệu truyển lớn thời gian dài Phương thức cấu hình với DP/PA Coupler 145 DP/PA Coupler kết nối vào PROFIBUS-DP trạm DP/PA Coupler kết nối trạm kết nối với PROFIBUS-PA Mỗi trạm PA DP Slave nhận địa DP bus Tốc độ truyền PROFIBUS-DP phải phù hợp với tốc độ truyền PROFIBUS-PA Phương thức kết nối DP/PA Link DP/PA Link có chứa modul đầu cuối IM 157 vài DP/PA Coupler DP/PA Link Slave PROFIBUS-DP đánh giá địa hệ thống bus Ta kết nối tới DP/PA Coupler vào DP/PA Link truyền liệu hệ thống tách riêng DP bus PA bus cho phép tốc độ truyền PROFIBUS-DP lên tới 12Mbps Dự phòng Ta dự cấu hình mạng từ PROFIBUS-DP PROFIBUSPA để dự phòng Với hệ thống dự phòng ta sử dụng DP/PA Link làm dự phòng kết nối với hệ thống dự phòng PROFIBUS-DP Master DP/PA Link có chứa modul IM 157 vào vài DP/PA Coupler Khả kết nối PROFIBUS-PA với thiết bị trường Để kết nối thiết bị hệ thống PCS7 thông quan PROFIBUS-PA, khối thư viện PCS7 Driver cho đầu vào số, đầu số theo chu kỳ toàn thiết bị SIMATIC mà có khả kết nối với PROFIBUSPA bao gồm: - SITRANS P - SITRANS F - SITRAN T3K - SIPART PS2 Và ta sử dụng thiết bị chuẩn hóa hãng khác Bộ vi điều khiển có lập trình PLC (Programmable Logic Controller) 146 Với hệ thống điều khiển SIMATIC PLC7 thường sử dụng PLC7 Các loại CPU sau sử dụng hệ PCS7: CPU-514-3H (cho ứng dụng nhỏ, lượng liệu dự án nhỏ); CPU-416-3H (sử dụng cho dự án có quy mô vừa); CPU-417-4H (sử dụng cho dự án có hiệu suất cao) Một điều khiển trung tâm S7-400 có chứa phần tử sau: S7-400 rack với 9/18 khe cắm Một modul CPU Modul nguồn: 24-VCD 115-VAC/230-VAC Bộ nhớ làm việc: 768kbytes/1600/kbytes/3200kbytes/4000kbytes SRAM: 1Mbyte/2Mbytes/4Mbytes Thời gian giới hạn sử dụng cho thư viện PCS7 “PCS7 Driver Block” Ngoài cần modul CP443 để kết nối điều khiển trung tâm với hệ thống (thông thường Industrial Ethernet) Trong ứng dụng cần sử dụng nhiều đường PROFIBUS kết nối với phần tử trung tâm, ta kết nối với 4/10 modul mở rộng CP443-5 từ trung tâm Bộ điều khiển trung tâm S7-400 Cấu trúc điều khiển trung tâm Một điều khiển trung tâm S7-400 có chứa phần tử sau: - S7-400 rack với 9/18 khe cắm - Modul CPU - Modul nguồn: 24-VAC 115-VAC/230-VAC - Bộ nhớ làm việc: 768kbytes/1600/kbytes/2300kbytes/4000kbytes; - SRAM: 1Mbyte/2Mbytes/4Mbytes - Thời gian sử dụng cho thư viện PCS7 “PCS7 Driver Block” Ngoài cần modul CP443 để kết nối điều khiển trung tâm với hệ thống (thông thường Industrial Ethernet) Trong ứng dụng cần sử 147 dụng nhiều đường PROFIBUS kết nối với phần tử trung tâm, ta kết nối với 4/10 modul mở rộng CP443-5 từ trung tâm Dự phòng điều khiển trung tâm với PLC S7-417H Tất phần tử điều khiển trung tâm lắp để dự phòng như: CPU, Modul nguồn, kết nối Dự phòng S7-417H dự phòng nóng, S7-417H hoạt động chế độ Active, bình thường chế độ Stand by Bộ điều khiển tự động phản ứng phát lỗi điều khiển trung tâm Ngoài S7-417H hỗ trợ dự phòng cấp : - Dự phòng vào phân tán - Dự phòng hệ thống Ta sử dụng phần tử sau để cấu hình dự phòng SIMATIC PCS7 - CP443-1: Dùng cho dự phòng bus hệ thống (Ethernet) - CP443-5: Dùng cho dư phòng bus trường (PROFIBUS-DP) Cấu trúc S7-417-H S7-417-H có chứa phần tử sau: - Hai điều khiển trung tâm: điều khiển trung tâm riêng biệt UR1/UR2 điều khiển trung tâm chia làm vùng: UR2-H - modul cho điều khiển trung tâm để kết nối phần tử cáp quang - ICPU 417-H cho điều khiển trung tâm - Các modul vào S7-400 - Modul truyền thông - Ít đường PROFIBUS-DP cho xử lý trung tâm Vào phân tán thiết bị trường Hiện nay, cấu trúc điều khiển phân tán sử dụng rộng dãi hệ thống điều khiển trình Hệ thống PCS7 hỗ trợ cách linh hoạt cấu 148 hình đầu vào phân tán, cấu hình đàu vào tủ điện đầu vào phân tán xa phòng điều khiển trung tâm Trong hệ PCSA7, ta kết nối vào phân tán với PLC thông qua loại bus sau: - PROFIBUS-DP; - PROFIBUS-PA; - AS-Interface Tích hợp vào ET 200M Hệ thống vào phân tán ET 200M thường sử dụng để kết nối tới vào ET 200M thiết bị vào kiểu Modul Các thiết bị vào ET 200M kết nối tới trung tâm coi trạm đường PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP cho phép truyền thông phần tử điều khiển trung tâm thiết bị vào phân tán ET 200M Chèn xóa Modul hệ thống vận hành ET 200M cung cấp chức để chèn xóa modul hệ thống hoạt động, chức lựa chọn Chúng ta chèn xóa modul mà không tác động tới nhiệm vụ điều khiển phần tử trung tâm không ảnh hưởng tới modul khác hệ thống Cấu trúc Thiết bị vào phân tán ET 200M có chứa thành phần sau: - A standard rail: đường nối tín hiệu board mạch; - Một modul IM 153; - Một board mạch dùng cho việc thêm xóa modul, bao gồm đường nối modul; - Có tối đa modul; - Một nguồn cấp Dự phòng 149 Trong hệ thống dự phòng, hệ thống vào phân tán ET 200M với modul giao diện IM 153-2 có khả dự phòng đường kết nối tới PLC dự phòng S7-417H S7-414H Các loại modul vào Chỉ có modul SIMATIC S7-300 sử dụng thiết bị vào phân tán ET 200M Modul tín hiệu S7-400 sử dụng điều khiển trung tâm Ta sử dụng loại modul sau: - Modul tín hiệu chuẩn S78-300.S7-400; - Các modul điều khiển trình lớp B với tính chuẩn đoán; - Modul vào với tốc độ an toàn cao làm việc hiệu môi trường nguy hiểm Các modul điều khiển trình Các modul điều khiển trình có thêm chức như: khả chuẩn đoán, thông báo lỗi, chuẩn đoán ngắn, modul giám sát, giữ giá trị cuối giá trị dự phòng CPU nguồn bị cố Các modul điều khiển trình cho hệ làm việc môi trường nguy hiểm Các modul loại với tín hiệu vào tương tự SIMATIC PCS7 hỗ trợ việc sử dụng modul giao thức HART hệ thống vào phân tán ET 200M Giao thức HART Ta kết nối thiết bị trường thông minh có hỗ trợ giao thức HART với hệ PCS modul vào tương tự SM 331/SM 322 Các modul HART xây dựng sở giao thức HART version 5.4 Các modul có khả dự phòng Các modul có khả dự phòng tín hiệu vào thiết bị chấp hành khả dự phòng Chúng ta điều hành Actuator/Sensor dự phòng modul chuẩn Các modul chức 150 Để tăng khả xử lý tín hiệu vào mà modul tín hiệu không quản lý hết được, SIMATIC S7-300 yêu cầu modul chức mà hỗ trợ bảo PCS7 Ta sử dụng modul chức sau ET 20M: - Modul đếm kênh 350-2 - Modul điều khiển vòng kín FM 355-2C/S PCS7 giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể TIA (Total Interated Automation) Simatic PCS7 Process Controll System hệ thống điều khiển trình tiêu biểu cho khái niệm tự động hóa tích hợp tổng thể TIA PCS7 xây dựng khái niệm tích hợp tổng thể đáp ứng yêu cầu ngày khắt khe ngành công nghiệp tự động hóa công đoạn phụ trợ đầu vào (chuẩn bị liệu thô ), trình tiền xử lý, trình xử lý, công đoạn đầu (đóng bao, lưu kho, xuất cảng ) Công nghệ giải vấn đề tối ưu hóa điều khiển nhà máy từ cấp ERP (Exterprise Resource Planning), cấp MES (Management Excution System) Cấp điều khiển (Process Control), cấp trường (Field Level) Tích hợp theo chiều ngang Tích hợp theo chiều ngang nghĩa sản phẩm phần cứng phần mềm từ danh mục sản phẩm SIMATIC sử dụng cho toàn trình sản xuất từ công đoạn đầu tiến công đoạn cuối Các thành phần củ SIMATIC PCS7 bao gồm: Hệ thống giao diện người máy HMI (Human Machine Interface), trạm tự động AS (Automation System), mạng truyền thông ( Communication Network), vào phân tán (Distributed I/Os), công cụ phần mềm (Software Packages) Tất tích hợp cách thống chặt chẽ Hệ thống PCS7 thiết kế theo yêu cầu khách hàng mở rộng sản phẩm phong phú SIMATIC A&D Tích hợp chiều dọc 151 Việc kết hợp công nghệ tự động hóa công nghệ thông tin tạo bước đột phá kỳ diệu lĩnh vực tự động hóa, toàn liệu trở lên suốt thống cấp cao nhà máy Điều có nghĩa từ cấp cao nhà máy có khả theo dõi trạng thái làm việc thiết bị cấp thấp sensor & actuaor (đây thiết bị trường thông minh - Intelligent Feild Devices) Hệ thống điều khiển trình SIMATIC PCS7 tối ưu hóa cho việc tích hợp thiết bị trường phân tán hệ thốn điều khiển trình dựa công nghệ PROFIBUS Công nghệ PROFIBUS đơn giản, chắn đáng tin cậy sử dụng rộng khắp hầu hết ngành công nghiệp Nó hỗ trợ dự phòng nóng cần điều khiển nhà máy nhà máy xi măng Các thiết bị trường thông minh kết nối trực tiếp với mạng PROFIBUS thông qua hệ vào phân tán ET 200M sử dụng modul giao diện HART Với công nghệ PROFIBUS, thiết bị trường kết nối trực tiếp vào khu vực nguy hiểm Hệ thống tích hợp thông tin quản lý kinh tế Giám sát hoạt động công ty, tính toán lỗi lãi, thương mại điện tử, lập kế hoạch sản xuất, giao dịch quản lý công ty để trình sản xuất kinh doanh hiệu PCS7- Một hệ thống mở hướng tới tương lai SIMATIC PCS7 thiết kế dựa phần mềm phần cứng modul hóa từ họ sản phẩm SIMATIC gắn kết cách hoàn hảo với khả tương thích chúng với khái niệm TIA Hơn nữa, PCS7 ứng dụng công nghệ đại nhâts với chuẩn công nghiệp có tính ổn định lâu dài xây dựng tổ chức quốc tế như: IEC, XML, PROFIBUS, Ethernet, TCP/IP, OPC, @AGLANCE, ISA S88 VÀ ISA S95 Đó tính mềm dẻo mở rộng tương lai Điều có nghĩa luôn có bảo vệ lâu dài cho đầu tư khách hàng cho dù tốc độ phát triển công nghệ lĩnh vực tự động hóa cao 152 Tính mở PCS7 bao trùm lên tất cấp nhà máy, từ hệ thống vào phân tánm thiết bị trường, trạm vận hành, trạm kỹ thuật, mạng truyền thông công nghiệp hệ thống thông tin cao cấp Tuy nhiên tính mở không đặc trưng kiến trúc hệ thống, khả tích hợp theo hai chiều dọc/ngang, mà khả cấu hình, trao đổi liệu khả import/export hình ảnh, văn liệu, từ giới CAD/CAE với PCS7 khách hàng tích hợp với sản phẩm nhà sản xuất khác, tích hợp vào hệ thống có cách linh hoạt mềm dẻo từ hệ thống nhỏ phòng thí nghiệm đến hệ thống có kiến trúc Clien/Server phân tán 153 TÀI LIỆU THAM KHẢO M Π ЦaΠeHKo, 1974 И3MepumeЛbHble ИHфopMaųuoHHble cucmeMbl, M эHeprиЯ Г Η HoBoHaшeHHbIй, 1977 ИhopopMaųoHHo - И3MepumeЛbHble cucmeMbl, M “BьIcш - шKoЛa” O.H HoBoceЛoB, A Φ ΦOMИH, 1980 OCHOєbl meopuu u pacчema uHфopMaųuoHHO – U3MepumeЛbHblx cucmeM, M “Ma шИHO CT poeИHe” E И ЪoBбeЛь.И K.ДaHeйKO B.B ИзOX, 1974 uHфopMaųuu, MИHCK 5.Π.Π.OpHaTCKИЙ, 1976 TeopeTИчecKИe ocHOBьI И3MepИTeЛьOй TeHИKИ “BьIcшaЯ шKoЛa” эЛeMeHmbl meopuu ИHф opMaцOHHO - з aЛMaH3OH Л.A 1989 Πpeoбpa3oєaHuЯ фypbe, xoЛшa, xaapa u ux npuMeHeHue є ynpaєЛeHuu cєЯзu u spysux oбЛacmЯx HayKa Bendat D Prison A 1970 Đo phân tích trình ngẫu nhiên, NXB M “Khoa học” (tiếng Nga) AngôA 1965 Toán học cho kỹ sư điện điện tử, NXB M “Khoa học” (tiếng Nga) Kupersimidt IA.A 1978 Độ xác đo từ xa, NXB M “Năng lượng” (tiếng Nga) 10 Phạm Thượng Hàn, 2007 Xử lý số tín hiệu ứng dụng, NXB Giáo dục 11 Hoàng Minh Sơn, 2000 Mạng truyền thông công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật 154 12 Nguyễn Thúc Hải, 1999 Mạng hệ thồng mở, NXB Khoa học Kỹ thuật 13 Phạm Thượng Hàn, 2002 Hệ thống thông tin đo lường, giảng ĐHBK Hà Nội 14 Data communications for instrumentation and Control – IDC, 1997 15 Data communications for Engineers Stavision,1996 155 MỤC LỤC Lời nói đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐO LƯỜNG 1.1 Các khái niệm 1.2 Các đặc trưng tín hiệu xác định 1.3 Phương pháp phổ 1.4 Nhiễu hệ thống thông tin CHƯƠNG 2: BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU 2.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống thông tin truyền tín hiệu Tương tự 2.2 Mục đích điều chế tín hiệu 2.3 Phân loại điều chế 2.4 Điều chế tín hiệu liên tục(tương tự) 2.5 Biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc, điều chế mã xung PCM ( Pulse modulation) CHƯƠNG 3: CÁC NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Ghép kênh theo tần số FDM 3.3 Ghép kênh theo thời gian TDM 3.4 So sánh FDM TDM 3.5 Khái niệm truyền thông song công, bán song công đơn công CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG THÔNG TIN VIBA 4.1 Giới thiệu chung 4.2 Viba số 156 4.3 Một số đặc điểm kỹ thuật riêng thông tin Viba CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG 5.1 Cấu trúc chung hệ thống thông tin sợi quang 5.2 Đặc điểm chung hệ thống thông tin sợi quang 5.3 Sợi quang 5.4 Các biến đổi 5.5 Các thông số hệ thông tin sợi quang CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG THÔNG TIN TẢI BA 6.1 Khái niệm hệ thống thông tin tải ba 6.2 Các ưu điểm hệ thống thông tin tải ba 6.3 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống thông tin tải ba 6.4 Chức thiết bị hệ thống thông tin tải ba CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP TỔNG HỢP 7.1 Khái niệm chung 7.2 Hệ thống CAMAC (1976-1986) 7.3 Hệ thống SCADA (1986-1992) 7.4 Hệ thống DCS (1992-2002) 7.5 Hệ thống thông tin tích hợp IIS CHƯƠNG 8: MỘT SỐ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY 8.1 Khái niệm chung 8.2 Hệ thống SCADA trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia 8.3 Hệ thống CENTUM CS 3000 YOKOGAWA 8.4 Hệ thống thông tin công nghiệp IIT 8.5 Hệ thống tự động hóa tích hợp toàn diện TIA TÀI LIỆU THAM KHẢO 157 MỤC LỤC Lời nói đầu Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái quát chung 1.2 Sự phân cấp quản lý hệ thống SCADA .10 1.3 Các yêu cầu chung hệ thống SCADA .11 1.4 Tổng quan cấu hệ thống SCADA 13 1.5 Giới thiệu lịch sử hình thành phát triển hệ thống SCADA 15 1.6 Thành phần hệ thống SCADA 20 Chương CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỆ THỐNG SCADA 28 2.1 Giới thiệu chung 28 2.2 Các thiết bị điện tử thông minh IED 29 2.3 Thiết bị đầu cuối RTU .35 2.4 Bộ điều khiển lập trình PLC SCADA 41 2.5 Trạm chủ 46 2.6 Độ tin cậy sẵn sàng hệ thống SCADA 50 2.7 Cấu trúc truyền thông 53 2.8 Giao diện Người – Máy HMI 55 Chương CẤU TRÚC PHẦN MÊM CỦA HỆ THỐNG SCADA 61 3.1 Giới thiệu chung 61 3.2 Thành phần hệ thống SCADA 61 3.3 Giói phần mềm hệ thống SCADA .62 3.4 Giao thức hệ thống SCADA 69 3.5 Phát lỗi .84 158 Chương CÁC HỆ THỐNG MẠNG CỤC BỘ DÙNG CHO SCADA 86 4.1 Giới thiệu chung 86 4.2 Cấu trúc liên kết mạng hệ thống 87 4.3 Chuẩn IEEE 802.3 Ethernet .92 4.4 Hệ thống mạng Ethernet tốc độ 99 4.5 Các thành phần liên kết mạng .104 4.6 Mạng SCADA Internet 108 Chương THIẾT BỊ MODEM VÀ PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 112 5.1 Thiết bị MODEM 112 5.2 Phòng điều khiển trung tâm 118 Chương ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 122 6.1 Ứng dụng SCADA điều độ Hệ thống điện 122 6.2 Ứng dụng SCADA giám sát lưới hạ .125 6.3 Ứng dụng SCADA nhà máy điện 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 159 [...]... như sau : - Nguồn tin là nơi cung cấp các tin tức ban đầu chưa ở dạng tín hiệu điện, như tiếng nói trong điện thoại, tiếng nói, âm nhạc trong thông tin phát thanh; tiếng nói, âm nhạc và hình ảnh trong truyền hình - Để có truyền hình tin tức người ta thường chuyển nó thành tín hiệu điện phù hợp cho các hệ thống thông tin, gọi là biến đổi tin tức-tín hiệu 15 Ví dụ: Micro trong thông tin điện thoại và... 2 14 BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU §2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN (HTTT) TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ Mỗi HTTT có nhiệm vụ truyền tin tức từ nơi phát đến nơi nhận tin Dưới đây là sơ đồ nguyên lý chung của một HTTT truyền tín hiệu tương tự: Biến đổi Tin tức – tín hiệu Nguồn tin Tín hiệu ban đầu Tín hiệu điện Tin tức Nhận tin Biến đổi Tin tức – tín hiệu Tín hiệu điện tần thấp Máy phát - Điều chế... của chúng thay đổi trong một phạm vi rộng Nếu công suất của các dải biên được truyền đi bị yếu thì tín hiệu nhận được tương ứng cũng yếu và hệ thống thông tin sẽ kém tin cậy Ta thấy chỉ có các dải biên mới chứa thông tin cần truyền (chứa tần số tin tức Ω bên trong), trong khi sóng mang thì không, hơn nữa sóng mang lại chiếm công suất quá lớn (2/3 tổng công suất trong trường hợp điều biên 100% ứng với... hiệu dễ tạo mà khả năng chống nhiễu lại rất cao Do đó các hệ thống thông tin số đang dần dần thay thế cho các hệ thống thông tin tương tự, nhất là trong lĩnh vực điện thoại, truyền hình… 2.5.2 Điều chế mã xung PCM (Pulse Code Modulation) Định nghĩa: Điều chế mã xung PCM về cơ bản là sự chuyển đổi tương tự số thuộc một kiểu đặc biệt trong đó tin tức chứa trong các mẫu tức thời của một tín hiệu tương... tín hiệu điều chế (tín hiệu tin tức) sẽ tác động làm thay đổi các thông số như biên độ, tần số hoặc góc pha của sóng mang là các dao động điều hòa Sóng mang có thông số thay đổi theo tín hiệu tin tức được gọi là tín hiệu bị điều chế Trong hệ thống điều chế xung, sóng mang là các dãy xung vuông góc tuần hoàn, tin tức sẽ làm thay đổi các thông số của nó là biên độ, độ rộng và vị trí xung Sự khác nhau căn... tín hiệu điều chế liên tục và điều chế xung là ở chỗ trong hệ thống điều chế liên tục tín hiệu mang tin tức được truyền đi liên tục theo thời gian Còn trong hệ thống điều chế xung, tín hiệu mang tin tức chỉ được truyền trong khoảng thời gian có xung §2.4 ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU LIÊN TỤC (TƯƠNG TỰ ) 2.4.1 Khái quát chung Gọi λ(t) là tín hiệu mang tin tức (tần số thấp) và hơn nữa λ(t) đã được chuẩn hóa nghĩa... (2.13) ta có biểu thức công suất của tín hiệu điều biên: PAM = PC.(1+m2/2) (2.14) Ví dụ: Giải hệ số điều biên m=1 và PC = 100W Ta có: PLSB = PUSB = 100/4 = 25 W, PAM = 100 + 25 + 25 = 150 W Như vậy trong trường hợp này công suất của các dải biên (50 W) 22 chiếm 1/3 công suất của tín hiệu điều biên, còn lại 2/3 là công suất sóng mang Tuy nhiên bản thân sóng mang không chứa thông tin truyền đi mà chính... 2/3 công suất của tín hiệu điều biên là "thừa", chỉ có 1/3 công suất của các dải biên mới có ích Vì vậy điều biên AM như trên là phương pháp điều chế chưa hiệu quả Khi hệ số điều biên m càng bé thì công suất của các dải biên sẽ càng bé Nếu hệ số điều biên m càng lớn thì công suất của các dải biên cũng sẽ càng lớn, nghĩa là tín hiệu sẽ càng mạnh khi được truyền đi Vì vậy nếu m càng lớn gần bằng 1 thì công. .. công suất máy phát phải thực hiện khuếch đại tín hiệu Đối với các hệ thống thông tin vô tuyến, máy phát phải có anten phát để bức xạ tín hiệu điện thành sóng điện tử lan truyền trong không gian - Tín hiệu sau khi qua máy phát được truyền lên kênh truyền để đến máy thu Có hai loại kênh truyền cơ bản là dây dẫn (cáp điện, cáp quang) và vô tuyến (truyền trong không gian) Các kênh tin được dùng trong thông. .. độ được xác định thông qua các hàm Bessel Mặc dù quá trình điều tần tạo ra nhiều dải biên trên và dưới, trong thực tế chỉ có những dải biên nào đó có biên độ lớn hơn mới chứa đựng thông tin Dải biên nào có biên độ bé hơn 1%U 0 thì được xem như không chứa thông tin tín hiệu điều chế Vì vậy dải thông của tín hiệu điều tần FM có thể xem như thu hẹp bớt lại Có thể xác định gần đúng dải thông của tín hiệu