Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay, tự động hóa quá trình đã phát triển khá mạnh mẽ trong công nghiệp, điều này giúp mang lại hiệu quả cao trong sản xuất, nhưng bên cạnh đó, lượng thông tin trao đổi trong hệ thống cũng như trong nhà máy, xí nghiệp, . . . không ngừng tăng lên. Để điều khiển phân xưởng hay nhà máy hoạt động ổn định, nhịp nhàng thì cần phải thu thập và xử lý rất nhiều thông tin về các vấn đề như: thông số kỹ thuật, nguyên vật liệu, nhu cầu đơn đặt hàng, các lỗi và sự cố xảy ra trong quá trình sản xuất, . . . Do đó nhu cầu đặt ra là cần phải nối mạng, thực hiện các giải pháp tự động hóa sử dụng truyền thông số để có thể thu thập, xử lý thông tin nhanh chóng, chính xác, kịp thời, tối ưu hóa được quá trình sản xuất. Bên cạnh đó, các thao tác vận hành tay tại chỗ nhiều khi lại tỏ ra không hợp lý, nhất là trong những trường hợp hệ thống xảy ra sự cố. Bất hợp lý thể hiện ở chỗ ngoài việc chậm trễ khi cử nhân viên kỹ thuật đến hiện trường khắc phục sự cố, còn có những vấn đề khó khăn trong việc chẩn đoán lỗi và các hỏng hóc xảy ra cho hệ thống. Điều này làm kéo dài thời gian khắc phục sự cố, gây thiệt hại nhiều cho khách hàng, do đó mà chất lượng dịch vụ giảm xuống. Khả năng thực hiện các thao tác vận hành từ xa và đảm bảo cho các thao tác đó đúng theo yêu cầu cho phép tiết kiệm được nhiều chi phí trong vận hành hệ thống. Những nguyên nhân chính đó đã trở thành động lực để hệ thống SCADA phát triển. SCADA là thuật ngữ viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition. SCADA chỉ những hệ thống thu thập dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau của một quá trình hay quy trình sản xuất hoặc của nhiều trạm ở xa, sau đó gửi những dữ liệu này về máy tính trung tâm để quản lý và điều khiển dữ liệu. Hệ SCADA được sử dụng không chỉ trong các quy trình sản xuất công nghiệp như chế tạo sắt thép, sản xuất và phân phối điện năng (gồm cả điện năng thông thường và điện hạt nhân), dược phẩm, mà nó còn được dùng trong cả những ứng dụng mang tính thử nghiệm như phân rã hạt nhân. Các hệ SCADA có thể có kích cỡ khoảng từ vài ngàn cho đến vài chục ngàn ngõ vào ra.
1 CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA VÀ SCADA TRÊN NỀN WEB 1.1 Giới thiệu chung hệ SCADA 1.1.1 Sơ lƣợc lịch sử hệ SCADA Hiện nay, tự động hóa trình phát triển mạnh mẽ công nghiệp, điều giúp mang lại hiệu cao sản xuất, nhƣng bên cạnh đó, lƣợng thông tin trao đổi hệ thống nhƣ nhà máy, xí nghiệp, không ngừng tăng lên Để điều khiển phân xƣởng hay nhà máy hoạt động ổn định, nhịp nhàng cần phải thu thập xử lý nhiều thông tin vấn đề nhƣ: thông số kỹ thuật, nguyên vật liệu, nhu cầu đơn đặt hàng, lỗi cố xảy trình sản xuất, Do nhu cầu đặt cần phải nối mạng, thực giải pháp tự động hóa sử dụng truyền thông số để thu thập, xử lý thông tin nhanh chóng, xác, kịp thời, tối ƣu hóa đƣợc trình sản xuất Bên cạnh đó, thao tác vận hành tay chỗ nhiều lại tỏ không hợp lý, trƣờng hợp hệ thống xảy cố Bất hợp lý thể chỗ việc chậm trễ cử nhân viên kỹ thuật đến trƣờng khắc phục cố, có vấn đề khó khăn việc chẩn đoán lỗi hỏng hóc xảy cho hệ thống Điều làm kéo dài thời gian khắc phục cố, gây thiệt hại nhiều cho khách hàng, mà chất lƣợng dịch vụ giảm xuống Khả thực thao tác vận hành từ xa đảm bảo cho thao tác theo yêu cầu cho phép tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí vận hành hệ thống Những nguyên nhân trở thành động lực để hệ thống SCADA phát triển SCADA thuật ngữ viết tắt Supervisory Control And Data Acquisition SCADA hệ thống thu thập liệu từ nhiều cảm biến khác trình hay quy trình sản xuất nhiều trạm xa, sau gửi liệu máy tính trung tâm để quản lý điều khiển liệu Hệ SCADA đƣợc sử dụng không quy trình sản xuất công nghiệp nhƣ chế tạo sắt thép, sản xuất phân phối điện (gồm điện thông thƣờng điện hạt nhân), dƣợc phẩm, mà đƣợc dùng ứng dụng mang tính thử nghiệm nhƣ phân rã hạt nhân Các hệ SCADA có kích cỡ khoảng từ vài ngàn vài chục ngàn ngõ vào Cụm từ "Supervisory Control and Data Acquisition" đƣợc sử dụng ngành điện hội nghị PICA (Power Industry Computer Applications), năm 1973 Theo nghĩa cổ điển, SCADA hệ thu thập liệu giám sát tập trung từ xa với chức chủ yếu quan sát, có điều khiển Trƣớc có phát triển nhƣ hôm nay, hệ thống SCADA trƣớc đơn hệ thống truyền tin báo tín hiệu, với điển hình hệ thống giám sát, thu thập thông tin từ cảm biến theo kiểu đấu dây trực tiếp từ tất cảm biến bảng điện trung tâm gồm có đồng hồ đo, đèn báo, dụng cụ ghi lại vẽ biểu đồ SCADA ban đầu có nhiệm vụ túy thu thập liệu từ trạm xa truyền tải khu trung tâm để xử lý Trong hệ thống nhƣ vậy, hệ truyền thông phần cứng đƣợc quan tâm nhiều Hệ SCADA cổ điển có lợi điểm sau: – Đơn giản, không cần CPU, RAM, ROM phần mềm lập trình – Cảm biến đƣợc nối trực tiếp đến máy đo, công tắc, đèn bảng điều khiển – Việc thêm vào thiết bị đơn giản nhƣ công tắc, thiết bị hiển thị dễ dàng rẻ tiền Nhƣng hệ SCADA cổ điển tồn nhiều bất lợi nhƣ: – Khó quản lý đƣợc dây nối sau lắp đặt hàng trăm cảm biến – Số lƣợng liệu nhỏ, loại liệu thô sơ – Việc lắp đặt thêm cảm biến trở nên khó dần hệ thống mở rộng – Việc cấu hình lại hệ thống trở nên khó – Việc mô với liệu thực thực đƣợc – Lƣu trữ đƣợc liệu quản lý liệu khó – Giám sát liệu báo động không thực đƣợc chỗ – Những ngƣời vận hành phải theo dõi thiết bị hiển thị, máy đo 24 ngày Hiện nay, phát triển vƣợt bậc công nghệ truyền thông công nghệ phần mềm đem lại nhiều khả giải pháp nên trọng tâm công việc thiết kế hệ SCADA lựa chọn công cụ phần mềm để thiết kế giao diện giải pháp tích hợp hệ thống Ngày nay, hệ SCADA đƣợc sử dụng để điều khiển giám sát thu thập liệu theo nhƣ tên gọi Có thể nói hệ SCADA phát triển có khuynh hƣớng phát triển hầu hết lĩnh vực công nghiệp 1.1.2 Giới thiệu hệ SCADA đại Hiện nay, dây chuyền sản xuất công nghiệp đại, công nghiệp mỏ, công trình công cộng cá nhân, thƣờng cần phải kết nối với thiết bị hệ thống cách xa Khoảng cách từ vài mét hàng ngàn kilomet Phép đo từ xa (telemetry ) đƣợc sử dụng để gởi lệnh, chƣơng trình nhận thông tin giám sát từ vị trí xa Hệ SCADA đại hệ thống điều khiển thu thập liệu, cho phép ngƣời vận hành giám sát điều khiển trình đƣợc phân tán nhiều vị trí xa SCADA dựa kết hợp phép đo từ xa với thu thập liệu SCADA bao gồm việc thu thập thông tin, truyền vị trí trung tâm, thực phép phân tích điều khiển cần thiết sau hiển thị thông tin lên hình vận hành hình hiển thị Những hoạt động điều khiển đƣợc yêu cầu đƣợc truyền trở lại quy trình Ban đầu, rơ le logic đƣợc sử dụng việc thu thập liệu hệ thống sản xuất xí nghiệp Sau đó, với phát triển CPU thiết bị điện tử, nhà sản xuất kết hợp điện tử số vào thiết bị rơ le logic Các PLC thiết bị điều khiển đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp Khi cần giám sát điều khiển nhiều thiết bị ( xí nghiệp đƣợc mở rộng), PLC đƣợc phân tán hệ thống trở nên thông minh PLC DCS (Distributed Control System) đƣợc sử dụng nhƣ hình 1.1 bên dƣới PLC / DCS Cảm biến / Cơ cấu chấp hành Bus trường Hình 1.1: Nối PC với PLC DCS cảm biến qua bus trƣờng Các hệ thống SCADA đại khắc phục đƣợc nhƣợc điểm hệ SCADA cổ điển có nhiều đặc tính tiên tiến nhƣ: máy tính ghi lƣu trữ lƣợng liệu lớn, liệu hiển thị theo cách mà ngƣời dùng yêu cầu, hàng ngàn cảm biến khu vực rộng kết nối đến hệ thống, ngƣời vận hành liên kết việc mô liệu kiểu thực vào hệ thống, nhiều loại liệu đƣợc thu thập từ RTU (Remote Terminal Unit), liệu đƣợc xem nơi trƣờng, hệ thống đƣợc giám sát trực quan sinh động nhờ giao diện đồ họa với ngƣời sử dụng GUI (Graphic User Interface) hay giao diện ngƣời/máy HMI (Human Machine Interface) Phần sau đề cập chi tiết cấu trúc, chức năng, hệ truyền thông, hệ thống SCADA đại 1.2 Kiến trúc phần cứng hệ SCADA 1.2.1 Kiến trúc hệ thống Một hệ SCADA gồm nhiều thành phần, thành phần thƣờng thấy là: ngõ vào ra, điều khiển, giao diện ngƣời máy, thiết bị truyền thông, hệ thống mạng phần mềm Trên hết, thuật ngữ SCADA để đến toàn hệ thống điều khiển trung tâm Hệ điều khiển trung tâm thƣờng giám sát liệu từ nhiều cảm biến khác nhau, cảm biến nằm gần xa trung tâm điều khiển, khoảng cách hàng kilomet Một hệ điều khiển đo lƣờng công nghiệp bao gồm trạm trung tâm hay gọi trạm chủ (Master station) đơn vị điều khiển trung tâm MTU (Master Terminal Unit); nhiều trạm điều khiển thu thập liệu từ xa hay gọi đơn vị điều khiển từ xa RTU (Remote Terminal Unit); loạt phần mềm tiêu chuẩn tùy chọn đƣợc dùng để điều khiển giám sát dƣc liệu từ xa Các hệ SCADA thƣờng chủ yếu thể tính chất hệ điều khiển vòng hở thƣờng truyền thông với khoảng cách xa, nhiên vài tính chất điều khiển vòng kín truyền thông khoảng cách gần xuất Một hệ thống SCADA đại có kiến trúc hệ thống đƣợc mô tả nhƣ hình 1.2 Hình 1.2: Kiến trúc hệ SCADA Trong hệ thống điều khiển giám sát, cảm biến cấu chấp hành đóng vai trò làm giao diện thiết bị điều khiển với trình kỹ thuật Còn hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện ngƣời máy Các thiết bị phận hệ thống đƣợc ghép nối với theo kiểu điểm – điểm (point to point) qua mạng truyền thông Tín hiệu thu đƣợc từ cảm biến cấu chấp hành tín hiệu nhị phân, tín hiệu số tƣơng tự Nhƣ vậy, thành phần kiến trúc hệ SCADA gồm: – Giao diện trình: Là giao diện thiết bị điều khiển với trình kỹthuật thông qua cảm biến, thiết bị đo lƣờng, thiết bị chuyển đổi truyền động – Thiết bị điều khiển tự động: Gồm điều khiển chuyên dụng, điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), máy tính PC với phần mềm điều khiển tƣơng ứng – Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị phần mềm giao diện ngƣời máy HMI, trạm kỹthuật, trạm vận hành, giám sát điều khiển cao cấp – Hệ thống truyền thông: Có thể truyền thông theo kiểu ghép nối điểm-điểm bus cảm biến/chấp hành, bus trƣờng, bus hệ thống – Hệ thống bảo vệ: Gồm thiết bị bảo vệ chế thực chức an toàn hệ thống Hiện hệ SCADA hệ đƣợc xây dựng theo kiến trúc phân tán Trong kiến trúc phân tán, máy tính điều khiển đƣợc nối mạng với với nhiều máy tính giám sát trung tâm qua hệ thống bus Trong hệ SCADA xây dựng theo kiến trúc phân tán, công suất máy chủ đƣợc phân bố số xử lý đƣợc nối với mạng cục (LAN) Trong xử lý có trách nhiệm định nhƣ : thu thập xử lý, tạo hiển thị, giám sát báo động, thiết lập báo cáo v.v… số xử lý dùng để dự phòng Kiến trúc phân tán mô tả nhƣ hình 1.3 MTGS MTGS BUS HỆ THỐNG MTĐK MTĐK MTĐK n BUS TRƯỜNG BUS TRƯỜNG I /O I /O I /O BUS TRƯỜNG A S I /O S A S A QUÁ TRÌNH KỸ THUẬT Hình 1.3: Hệ SCADA có kiến trúc phân tán Hệ SCADA thiết kế theo kiến trúc phân tán có ƣu điểm trội nhƣ sau: – Thời gian lắp đặt hệ thống nhanh chóng tiết kiệm dây dẫn thay đổi cách nối điểm – điểm mạng truyền thông với hệ thống bus – Cấu trúc hệ thống đơn giản nên dễ dàng chẩn đoán lỗi hƣ hỏng, dễ bảo trì, bảo dƣỡng hệ thống – Hiệu độ tin cậy hệ thống đƣợc nâng cao nhờ phân tán chức xuống cấp dƣới – Hệ thống sử dụng giao diện chuẩn hóa, đảm bảo đồng truyền thông nhiều loại thiết bị khác nhau, hệ thống đƣợc nâng cao tính thời gian thƣc tốc độ truyền cao – Độ linh hoạt cao hơn, dễ dàng mở rộng, phát triển hệ thống kết nối với hệ thống thông tin cấp 1.2.2 Các thành phần hệ SCADA Một hệ thống SCADA bao gồm số thiết bị đầu cuối từ xa RTUs (remote terminal units) thu thập liệu trƣờng gửi liệu trở trạm chủ MTU thông qua hệ thống truyền thông Trạm chủ hiển thị liệu đƣợc thu thập cho phép ngƣời vận hành thực nhiệm vụ điều khiển từ xa Sự xác kịp thời liệu cho phép hoạt động xí nghiệp dây chuyền trở nên tối ƣu Những lợi ích khác bao gồm hoạt động xí nghiệp, dây chuyền hiệu hơn, đáng tin cậy hơn, quan trọng an toàn Nếu không kể đến thiết bị trƣờng thành phần hệ SCADA đƣợc mô tả nhƣ hình 1.4 Hình 1.4: Các thành phần hệ SCADA (Nguồn : Bài giảng “Supervisory control and Data acquisition” (2008) – Trƣơng Đình Châu) Nhƣ vậy, phần tử hệ thống SCADA bao gồm: ngƣời vận hành (operator), thiết bị đầu cuối MTU (Master Terminal Unit), hệ thống truyền thông liên lạc CS (Communication System)và thiết bị đầu cuối xa RTU (Remote Terminal Unit) - Các trạm chủ MTU (Master Terminal Unit): MTU đƣợc xem trung tâm điều phối, thực công việc xữ lý liệu điều khiển mức cao chế độ thời gian thực mềm Một chức MTU cung cấp giao diện ngƣời – quan sát viên với hệ thống MTU dạng khác nhau, từ máy tính đơn lẽ với thiết bị cũ hệ thống máy tính lớn bao gồm Server Client Trong hệ SCADA, MTU có nhiệm vụ khởi động tất công việc: truyền thông liên lạc, thu thập liệu, lƣu trữ thông tin, gửi thông tin đến hệ thống khác, giao tiếp với ngƣời điều hành MTU khởi động ảo tất truyền thông lập trình ngƣời Hầu hết tất truyền thông đƣợc thực MTU MTU liên lạc với thiết bị ngoại vi khác nhƣ: monitor, máy in hệ thống thông tin khác Thành phần giao tiếp với ngƣời điều hành hình giao diện ngƣời/ máy HMI mà hiển thị lƣu đồ công nghệ, hình ảnh máy móc, đồ thị, cửa sổ báo động, Khi liệu đến thay đổi hình đƣợc cập nhật Hình 1.5 biểu diễn thành phần nhập xuất MTU Tín hiệu đến thiết bị khác Tín hiệu từ RTU MTU Tín hiệu đến RTU Tín hiệu từ người vận hành Hình 1.5: Các thành phần nhập xuất MTU - Các trạm từ xa RTU (Remote Terminal Unit): Một RTU đơn vị điều khiển thu thập liệu độc lập, thông thƣờng xây dựng dựa vi xử lý giám sát điều khiển thiết bị vị trí xa từ trạm trung tâm Nhiệm vụ RTU điều khiển thu thập liệu từ thiết bị quy trình xa truyền liệu trở trạm trung tâm RTU có khả nhận biết đƣợc cấu 10 hình chƣơng trình điều khiển đƣợc tải từ số trạm trung tâm Đó khả đƣợc cấu hình cách cục vài đơn vị lập trình RTU Mặc dù RTU thƣờng truyền thông số trạm trung tâm nhƣng có khả truyền thông theo kiểu ngang quyền (peer-to-peer)với RTU khác Các RTU kích cỡ nhỏ thƣờng có 10 đến 20 tín hiệu tƣơng tự số, RTU cỡ trung bình thƣờng có từ 100 ngõ vào số 30 đến 40 ngõ vào tƣơng tự Các RTU có sức chứa lớn đƣợc xếp vào loại lớn Cấu hình RTU điển hình đƣợc hình 1.6 bên dƣới Bộ thu / phát tín hiệu Radio MODEM RTU Bus trung tâm Nguồn cấp Trạm vận hành Bộ xử lý trung tâm Bộ nhớ Bộ nhớ Kênh ngõ vào tƣơng tự Kênh ngõ tƣơng tự Kênh ngõ vào số Kênh ngõ số Bộ điều khiển PLC Hình 1.6: Cấu hình RTU điển hình Nhìn vào hình trên, ta thấy mô đun phần cứng RTU điển hình bao gồm: Bộ nhớ xử lý điều khiển liên kết, ngõ vào tƣơng tự, ngõ tƣơng tự, 88 Hình 3.25: Đồ thị thông số chân vịt lái *Xây dựng chức báo động cho hệ thống: Hệ thống quản lý báo động hệ thống IAS đƣợc xây dựng dựa chƣơng trình Alarm Logging WinCC Các báo động đƣợc phân chia thành nhóm là: Digital alarm Analog alarm Digital alarm nhóm báo động đƣợc tạo việc thay đổi trạng thái đóng/ mở (On/ Off) tín hiệu số Analog alarm nhóm báo động dựa ngƣỡng giá trị đặt thấp/ cao (low/ high) tín hiệu tƣơng tự Mỗi báo động đƣợc tạo tƣơng ứng với thông số hệ thống đƣợc tích hợp với mô tả vị trí thông số báo động Hệ thống quản lý báo động IAS có chức lƣu trữ toàn báo động khoảng thời gian định, cấu hình đƣợc, ví dụ tuần tháng 89 Hình 3.26 : Xây dựng chức báo động hệ IAS *Xây dựng chức lập báo cáo in ấn : Chức lập báo cáo hệ thống IAS thiết kế đƣợc xây dựng dựa chƣơng trình Report Designer WinCC Chức lập báo cáo hỗ trợ ngƣời vận hành việc in ấn báo cáo danh sách báo động tồn lịch sử báo động định dạng pdf để lƣu trữ ổ đĩa cứng (electronic document) in máy in dƣới dạng in giấy (hardcopy) Chức cho phép ngƣời vận hành in toàn hình hiển thị với giao diện thông số hệ thống thời điểm in Ngoài WinCC liên kết liệu với phần mềm Microsoft Office Excel hỗ trợ ngƣời vận hành việc tạo báo cáo hàng hóa (hàng bồn) danh sách thông số máy chính, hệ trục chân vịt dƣới dạng file xls để lƣu trữ ổ đĩa cứng in máy in *Xây dựng chức vẽ đồ thị cho thông số phân tích liệu: Chức vẽ đồ thị cho thông số hệ thống IAS đƣợc xây dựng dựa 90 chƣơng trình Tag Logging WinCC, cách lƣu trữ thông số theo chu kỳ thời gian đĩnh sẵn vào sở liệu trình hệ thống Đây chức quan trọng, giúp việc giám sát cách trực quan xu hƣớng thay đổi thông số đƣợc chọn hệ thống Trong thiết kế ta xây dựng chức vẽ đồ thị cho thông số 02 máy 02 hệ trục chân vịt Hình 3.27: Xây dựng chức vẽ đồ thị cho hệ IAS 3.3.6 Xây dựng chức giám sát từ xa thông qua trình duyệt Web Để giám sát đƣợc liệu hệ thống IAS từ bờ, ta phải cấu hình cho máy tính hệ IAS thành Web server Để xây dựng chức cho hệ thống IAS ta sử dụng tùy chọn mở rộng WinCC Web Navigator Để tạo Website máy tính IAS Web server ta sử dụng chƣơng trình Web Configurator WinCC/ Web Navigator Chƣơng trình tự động cấu hình cho Internet Information Services Windows để tạo Web Navigator site 91 Hình 3.28 : Cấu hình web server với tính Web navigator Để tạo giao diện đồ họa tƣơng thích với chuẩn công nghệ web, gọi web page, ta sử dụng chƣơng trình tùy chọn mở rộng WinCC/ Web Navigator Web Publishing Wizard Chƣơng trình thực chuyển đổi cần thiết để tạo web page từ trang giao diện đồ họa hệ thống IAS Nhờ mà ngƣời sử dụng từ bờ truy xuất vào hệ thống IAS qua trình duyệt Web với giao diện hoàn toàn giống với máy tính chủ hệ thống tàu Ngoài WinCC/ Web Navigator cho phép ngƣời sử dụng từ bờ truy xuất vào sở liệu báo động nhƣ thông số hệ thống Máy tính web server hệ thống IAS đƣợc kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ internet ISP (Internet Service Provider) thông qua dịch vụ VSAT-IP Tuy nhiên để đƣa đƣợc liệu bên ta cần cấu hình cho modem/ router để mở cổng (port forwarding) số 80 cho IP Port 80 (TCP connection) cổng mặc định sử dụng cho dịch vụ web server (HTTP) 92 3.3.7 Mô hệ thống IAS với tín hiệu giả lập Ta sử dụng phần mềm WinCC TAG Simulator S7-PLCSIM Simulating Modules để mô hệ thống IAS với tín hiệu ngõ vào đƣợc giả lập dạng số, dạng tƣơng tự với giá trị đƣợc đặt trƣớc giá trị ngẫu nhiên Việc mô với tín hiệu giả lập nhằm mục đích kiểm tra cấu hình, gán tag hệ thống giao diện đồ họa, báo động, giá trị thông số báo cáo, đồ thị phù hợp hay chƣa Ngoài kiểm tra đƣợc bảng IO gán địa cho PLC có phù hợp không Đây bƣớc quan trọng nhằm giảm thiểu sai xót trƣớc tiến hành đấu nối phần cứng Kinh phí đầu tƣ cho việc đăng ký sử dụng dịch vụ VSAT lớn, bao gồm chi phí xây dựng trạm ăng ten VSAT, phí thuê bao đăng ký ban đầu, ràng buộc thời gian sử dụng tối thiểu năm Do với mức độ luận văn học viên mô việc giám sát từ xa qua mạng internet cách sử dụng đƣờng truyền cáp quang cho máy chủ IAS Web server (trên tàu) thay cho đƣờng truyền vệ tinh Ngƣời dùng từ bờ truy cập, giám sát từ xa trình duyệt web qua đƣờng truyền internet khác 3G Sau chạy mô phỏng, kết nhƣ sau : Về mặt chức hệ IAS : Sau dùng phần mềm mô để chạy thử giao diện HMI thiết kế, ta thấy tính hiển thị, báo động, điều khiển, lập báo cáo đáp ứng tốt theo mong muốn Về việc giám sát qua mạng Internet: Ngƣời dùng từ bờ truy cập vào hệ thống trình duyệt web chuẩn Internet Explorer, gõ vào tên miền tạo sẵn cho máy tính IAS Web server Sau đó, ta thấy hệ thống yêu cầu nhập tên mật đăng nhập Sau tên mật đăng nhập đƣợc nhập máy khách truy xuất tốt vào máy chủ IAS Sau truy xuất vào máy chủ, máy khách thao tác đƣợc theo quyền ấn định tốt Nhƣ vậy, việc giám sát liệu tàu dịch vụ dầu khí từ bờ đƣợc mô thành công 93 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG MÔ PHỎNG HỆ WEB BASED SCADA 4.1 Giới thiệu mô hình: 4.1.1 Mục đích việc xây dựng mô hình: Việc xây dựng mô hình mô tả đƣợc tàu với hệ web-based SCADA cho vấn đề khó khăn tốn thời gian, tiền công sức Do đó, luận văn xây dựng mô hình phần cứng đơn giản nhằm kiểm chứng vấn đề nghiên cứu, kiểm nghiệm thiết kế làm chƣơng xem có hay không, mức độ Ví dụ nhƣ: kiểm nghiệm xem giao diện SCADA có sử dụng đƣợc hay không, chức giám sát, báo động, tạo đồ thị, báo cáo, … có thực đƣợc hay không, việc cấu hình truyền thông có thật thực đƣợc thiết bị thật hay không, việc truyền nhận liệu qua internet có thực đƣợc hay không mức độ nhƣ nào, … Với mục đích đó, sau xây dựng cho chạy thử mô hình, ta chỉnh sửa đƣợc sai xót, nhầm lẫn làm cho mô hình thật không chạy rút kinh nghiệm phần cứng phần mềm 4.1.2 Giới thiệu mô hình thi công: Mô hình mô tả việc giám sát, thu thập liệu từ bờ hệ thống Fi-Fi tàu dịch vụ dầu khí Hệ thống Fi-Fi hệ thống cứu hỏa cho công trình bên tàu Hệ thống Fi-Fi gồm vòi rồng phun nƣớc bọt chống cháy với áp suất lƣu lƣợng lớn để dập tắt lửa cho công trình bên Bơm vận hành hệ thống Fi-Fi đƣợc lai máy qua cấu đóng mở li hợp Bơm nƣớc hệ Fi-Fi thƣờng đƣợc đặt buồng máy, bên dƣới mực nƣớc biển để nâng cao hiệu suất bơm Bơm bơm nƣớc đến hai vòi rồng để dập lửa Trong thiết kế hệ thống Fi-Fi đƣợc giám sát thông qua trạm OS hệ thống IAS Hệ Fi-Fi thƣờng gồm thành phần nhƣ: Các bơm nƣớc bơm chất chống cháy cấu đóng mở li hợp với máy chính, van, vòi rồng (hay họng phun nƣớc), hệ thống đƣờng ống, bàn điều khiển 94 Việc điều khiển bơm van hệ thống thƣờng đƣợc thực từ bàn điều khiển buồng lái nhƣ hình bên dƣới Hình 4.1: Bảng điều khiển hệ thống FiFi tàu Thiên Ƣng 01 Hệ thống IAS cho phép vận hành hệ thống Fi-Fi qua hình điều khiển giám sát trạm OS hệ thống IAS Mô hình thi công đƣợc mô tả hình sau: Wi nC C INTERNET SCADA SERVER WEB SERVER S7-300 CPU 315-2DP ROUTER MODEM ET200M CLIENT MODEM ROUTER CLIENT PANEL ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG FIFI HIỂN THỊ MINH HỌA CƠ CẤU CHẤP HÀNH CLIENT Hình 4.2 Cấu trúc mô hình thi công 95 4.2 Thiết kế xây dựng mô hình: Mô hình đƣợc thi công dựa kiến trúc hệ thống theo thiết kế đƣa phần 3.3 với cấu hình phần cứng rút gọn Ơ cấp điều khiển giám ta sử dụng máy tính chủ (SCADA Server), đƣợc cài đặt phần mềm SIMATIC HMI WinCC v6.2 Máy tính chủ thực chức theo thiết kế nêu phần 3.3, nhiên thực việc điều khiển, giám sát cho riêng hệ thống FiFi Máy tính chủ đồng thời đóng vai trò máy tính web server, đƣợc cấu hình dựa tùy chọn mở rộng WinCC/ Web Navigator Máy tính chủ (SCADA/ Web Server) kết nối với điều khiển theo giao thức MPI nhƣ thiết kế ban đầu Trong mô hình phần cứng ta sử dụng điều khiển, PLC S7-300 CPU315-2DP PLC đóng vai trò cấp điều khiển hệ thống IAS đƣợc kết nối với thiết bị cấp trƣờng qua trạm vào phân tán ET200M thông qua mạng profibus DP Trạm phân tán ET200M bao gồm mô-đun Digital IO 32 kênh SM323 (DI16/DO16x24V/0.5A) Trạm phân tán ET 200M có khả khử nhiễu cao Chúng nhận tín hiệu từ công tắc, nút nhấn giả lập cho cảm biến áp suất, nhiệt độ, trạng thái đóng mở van điện từ, hộp số truyền động, bơm cứu hỏa … Các tín hiệu đƣợc gửi tới CPU 315-2DP truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến cấu chấp hành khác Cơ cấu chấp hành đƣợc minh họa rơ le điện từ, đèn báo, còi hụ, minh họa cho hệ thống cứu hỏa bên tàu dịch vụ (Firefighting system) Máy tính chủ SCADA/ Web Server đƣợc kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ internet qua đƣờng cáp quang Ngoài để đƣa đƣợc liệu hệ thống ngoài, ta cấu hình cho modem/ router để mở cổng 80 nhƣ nêu phần 3.3 Sau đó, nhiều máy tính khác đóng vai trò làm máy khách bờ (client) truy xuất vào server trình duyệt web IE thông qua mạng Internet 3G Mô hình sử dụng giao diện HMI thiết kế cho tàu dịch vụ dầu khí đƣợc trình bày chƣơng Giao diện đồ họa hệ thống cứu hỏa Fi-Fi để chạy thử mô hình 4.2 dƣới 96 Hình 4.3 Giao diện đồ họa hệ thống FiFi Sau thực bƣớc bên tiến hành thi công phần cứng, ta đƣợc mô hình nhƣ bên dƣới : Hình 4.4: Mô hình thi công minh họa truyền nhận trạm tàu trạm bờ 97 Quy trình vận hành mô hình nhƣ sau : Khi có yêu cầu vận hành hệ thống Fi-Fi, ngƣời vận hành kiểm tra xem tốc độ máy có hoạt động ổn định vòng tua thấp hay không, nguồn điều khiển trạng thái báo động hệ thống FiFi có thỏa mãn hay không Nếu có bắt đầu khởi động hệ thống Trƣớc hết, ngƣời vận hành bật công tắc, để mở van điện từ Inlet cho phép mở đƣờng ống thông két nƣớc biển hệ Fi-Fi, hai đóng van điện từ Outlet để chặn đƣờng ống thông đến vòi rồng Khi van điện từ bypass, nối tắt đƣờng ống đến vòi rồng đƣờng ống nhỏ hơn, đƣợc tự động mở để nƣớc điền đầy ống với lƣu lƣợng thấp Việc nhằm để tránh tác động xấu việc thay đổi nhanh lƣu lƣợng nƣớc đến hệ thống đƣờng ống thiết bị khác Khi đèn sáng báo hiệu van Inlet mở van Outlet đóng, ngƣời vận hành điều khiển đóng li hợp máy bơm FiFi Sau nƣớc đến vòi rồng qua đƣờng ống bypass Khi đƣờng ống nƣớc đƣợc điền đầy thời gian khóa van Outlet hết, ngƣời vận hành bật công tắc để mở van Outlet thông với vòi rồng để phun nƣớc vào nơi cần chữa cháy với lƣu lƣợng áp suất lớn Các liệu hệ Fi-Fi nhƣ trạng thái hoạt động báo động, đƣợc giám sát trực tiếp máy tính chủ tàu Khi máy tính khách bờ sử dụng mạng internet truy cập vào máy tính chủ này, giám sát thu thập đƣợc tất liệu 4.3 Kết thu đƣợc từ mô hình: Về mặt điều khiển: tác động điều khiển hình HMI nhƣ: khởi động van, đóng mở li hợp máy bơm, dập báo động, … đƣợc truyền đến cấu chấp hành thông qua trạm điều khiển trạm phân tán Các tác động điều khiển mô hình đƣợc thực với ý đồ thiết kế Về mặt giám sát: giao diện HMI hiển thị đúng, đầy đủ trạng thái cấu chấp hành giả lập nhƣ báo động giả lập Về mặt thu thập liệu : Các chức tạo hiển thị đồ thị, lƣu trữ báo động lịch sử báo động đƣợc thực đầy đủ với thiết kế mong 98 muốn Chức tạo trang báo cáo trang in hoạt động tốt, có chức in theo kiểu nhật ký báo động hoạt động nhƣ mong muốn Về mặt truyền liệu qua internet đƣa lên web: ngƣời dùng vị trí miễn có đƣợc đƣờng truy cập internet, việc sử dụng trình duyệt web Internet Explorer đăng nhập vào hệ thống với mật cung cấp, giám sát hệ thống FiFi từ xa theo chức thiết kế Kết hoàn toàn tƣơng tự với phần mô thực phần 3.3 Nhƣ vậy, kết mô hình cho thấy phần cứng, phần mềm truyền thông mô hình đƣợc cấu hình hợp lý, đắn, giao diện tính cấu hình cho phần mềm SCADA hoạt động tốt, chức giám sát thu thập liệu qua mạng Internet thực tốt 99 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 5.1 Kết luận: * Những vấn đề mà luận văn làm đƣợc: Luận văn thiết kế, xây dựng đƣợc tƣơng đối hoàn chỉnh hệ thống IAS (web based SCADA) cho tàu dịch vụ dầu khí với hệ thống thƣờng gặp Các chức hệ thống nhƣ giao diện đồ họa HMI, giám sát báo động, điều khiển ba-lát, quản lý đo đạc két (hàng bồn), chức lập báo cáo in ấn, chức vẽ đồ thị cho thông số phân tích liệu, chức giám sát từ xa qua internet thực tốt qua mô hệ thống với đầu vào giả lập Ngoài ra, luận văn thực kiểm nghiệm thiết kế mô hình phần cứng rút gọn việc xây dựng mô hình bảng điều khiển cho hệ thống Fi-Fi tàu dịch vụ dầu khí đạt đƣợc kết khả quan Điều đáp ứng đƣợc mục tiêu ban đầu luận văn * Những vấn đề chƣa làm đƣợc: Do kinh phí đầu tƣ cho đƣờng truyền vệ tinh lớn, nên luận văn chƣa thử nghiệm đƣợc việc cấu hình mạng với đƣờng truyền vệ tinh việc truyền liệu qua vệ tinh cho đáp ứng thực tế nhƣ Bên cạnh đó, thời gian làm luận văn có hạn nên vấn đề bảo mật chƣa đƣợc đào sâu Đây vấn đề phức tạp đòi hỏi nhiều kiến thức công nghệ thông tin công nghệ phần mềm Với lƣợng kiến thức giới hạn tự động hóa công nghệ thông tin, đƣa thiết kế vào thực tế đòi hỏi kết hợp với bên thứ ba chuyên lĩnh vực 5.2 Hƣớng mở rộng phát triển luận văn: Hệ thống IAS thiết kế dừng lại việc tích hợp hệ thống điều khiển máy chính, điều khiển hệ động đẩy chính, điều khiển chân vịt mạn chức giám sát, báo động mà không đề cập đến phần điều khiển Do đó, hƣớng mở rộng luận văn thiết kế phần điều khiển giám sát hiệu suất hoạt động cho hệ thống Hƣớng mở rộng phát triển luận văn tƣơng lai nâng cao chức nhƣ: tự động điều khiển cân tàu, chức tự động 100 hệ giám sát quản lý lƣợng PMS, chức quản lý thiết bị, vật tƣ dự phòng (spare part) kế hoạch bảo dƣỡng (maintenance plan), chức giám sát hiệu tàu Ngoài ra, xu hƣớng phát triển hệ thống IAS việc đƣợc tích hợp vào hệ thống thông tin quản lý chung công ty dựa vào khả trao đổi liệu qua internet với công nghệ web Bên cạnh nâng cao khả bảo mật cho hệ thống 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Dƣơng Thành Trí (2007), Tích hợp hệ thống SCADA cho nhà máy sản xuất chế biến thưc phẩm, Luận văn thạc sĩ, Đại Học Giao Thông Vân Tải Tp.HCM, Tp.HCM Hoàng Minh Sơn (2006) Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Hoàng Minh Sơn (2006) Bài giảng hệ thống điều khiển phân tán, Đại học bách khoa Hà Nội Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2006) Tự động hóa với SIMATIC S7-300, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh Andrew S Tanenbaum (2003), Computer Networks 4th Edition, Prentice Hall, New Jersey, U.S David Bailey, Edwin Wright, (2005) Practical SCADA for Industry, Newnes, an imprint of Elsevier, IDC Technologies, Perth, Australia Deon Reynders, Edwin Wright, (2003), Practical TCP/IP and Ethernet Networkin, Newnes, Elsevier, IDC Technologies, Perth, Australia Keith Stouffer, Joe Falco, Karen Kent (2006) Guide to Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) and Industrial Control System Security, Recommendation of the National Institute of Standard and Technology, U.S Kongsberg Maritime AS (2011), Kongsberg K-Chief 600 Marine Automation System Product Description, , 338861/D 10 Martin Drahansk, Maricel Balitanas (2011), Cipher for Internet-based Supervisory Control and Data Acquisition Architecture, (Journal of Security Engineering), 11 R.Kirubashankar, K.Krishnamurthy, J Indra, B.Vignesh (2011), Design and Implementation of Web Based Remote Supervisory Control and Information 102 System, International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE), ISSN: 2231-2307, Volume-1, Issue-4 12 Tai-hoon Kim (2010), Integration of Wireless SCADA through the Internet, International journal of Computer and Communication, Issue 4, Volume 13 William Stallings (2007), Data and Computer Communications 5th Edition, Prentice Hall , New Jersey, U.S Các trang web http://maritime-connector.com/ http://netnam.vn http://www.scadalink.com http://aita.gov.vn/chuyen-muc/20/goc-cong-nghe http://www.meterstar.com/html/ms_webbased.htm http://www.webconcerns.co.uk/ http://www.vicomsoft.com/learning-center/dsl-part-2/ http://vinasat.com http://vnpt.com.vn ... SCADA web Trong đó, máy khách kết nối vào mạng truy cập vào hệ SCADA trình duyệt web Trình duyệt web đƣợc sử dụng để vào hệ SCADA xem sử dụng tính Máy chủ SCADA gửi thƣ điện tử thông báo, báo... hiệu ứng nhấp nháy, âm báo động dừng kèm để cảnh báo đến người 1.4 Chức hệ SCADA 1.4.1 Mô hình phân cấp chức SCADA: Để hiểu rõ chức hệ SCADA, ngƣời ta thƣờng chia toàn hệ thống điều khiển giám sát. .. chủ, không cần đến kỹ sƣ để đƣa hệ thống vào hoạt động, ngƣời dùng cần trình duyệt web kết nối mạng internet đủ Hệ SCADA web cho phép ngƣời dùng cấu hình giám sát 19 hệ thống sản xuất thông qua