ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC VÀ GIÁM SÁT

ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC VÀ GIÁM SÁT Soan theo giảng Technique de Supervision Eric Zamai NỘI DUNG  Định nghĩa  Theo dõi giám sát (Surveillance et supervision)  Cấu trúc điều khiển (structure de pilotage)  Tổng quan mạng SCADA (Le SCADA en général)  Giám sát hệ thống mạng điện  Giới thiệu giao diện người – máy (HMI) CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Hệ thống / Quá trình / Cơ cấu điều khiển  Khả quan sát / Khả điều khiển / Khả vận hành / Tính thực thi CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Hệ thống (Système)  Hệ điều hành  Hệ thống thơng tin  Hệ thống trị  Hệ thống điều khiển  Tập hợp yếu tố phần cứng mà ta muốn chuyển tiếp hoạt động cụ thể, dự đốn được, để hồn thành cơng việc cụ thể  Hệ thống điều khiển  Tập hợp yếu tố phần cứng phần mềm cho phép chuyển tiếp đến hệ thống điều khiển luật hoạt động định nghĩa CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Vai trò hệ thống điều khiển (système de commande)  Áp đặt vào hệ thống điều khiển hành động cụ thể để đạt kết theo nhu cầu người sử dụng  Đưa tiến trình đạt đến trạng thái ổn định đặc biệt, mà tuân thủ số ràng buộc vật lý, khả thiết bị, công suất nguồn CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Quy tắc điều khiển tiến trình  Hệ thống điều khiển thiết kế phần cứng phần mềm để hệ thống điều khiển tiến triển phù hợp với tiêu chuẩn yêu cầu người điều hành  Q trình (processus)  Chuỗi cơng việc hoạt động ràng buộc liệu đầu vào tạo tín hiệu đầu CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Dữ liệu đầu vào  Nhiễu: xuất q trình, khơng biết trước  Đại lượng điều khiển: tín hiệu xác định đưa vào trình  Dữ liệu đầu  Tín hiệu: thể hoạt động trình Đó điểm quan sát được, cho phép xác định trạng thái trình  Tín hiệu  cảm biến (thơng tin trạng thái tiến trình)  cấu chấp hành (hành động tiến trình) CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Điều khiển tiến trình = f(tính chất tiến trình) Hệ thống liên tục  Hệ thống không liên tục (rời rạc, kiện rời rạc)  Hệ lai  CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Hệ thống liên tục (Système continuous)  Thông qua thông số, xác định trạng thái hệ thống  Thông số: biến trạng thái  Quy luật hoạt động: phương trình đại số / vi phân, hàm truyền đạt  Hệ thống không liên tục  Biết phần trạng thái hệ thống Không thể biết tất thiếu cảm biến  Biết trạng thái không thường trực để điều khiển   Hệ thống rời rạc  Hệ thống kiện rời rạc CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Hệ thống rời rạc  Đặc trưng điểm quan sát theo chu kỳ định  Xuất phát từ hệ liên tục, dựa vào phương trình  Hệ thống kiện rời rạc  Đặc trưng kiện quan trọng khơng có tính chu kì (đạt ngưỡng hay khơng)  Mơ tả thay đổi trạng thái kiện  Khái niệm: hoạt động / kiện 10 GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN  Cấu trúc CIM việc quản lý mạng  Theo năm: dò tìm ràng buộc xuất theo hàm chuỗi sản xuất, tiêu thụ khác nhau, trao đổi quốc tế với sẵn sàng thiết bị  Theo tháng / tuần : tổ chức bảo trì, chọn giao thức mạng điều chỉnh bảo vệ  Theo ngày : điều khiển theo thời gian thực 118 GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN  Điều khiển : ràng buộc cần tuân thủ  Điều khiển hệ thống điện = đảm bảo điều kiện tốt chất lượng an toàn, đưa điện từ nơi sản xuất đến điểm phân phối, tuân thủ yêu cầu thành phần chủ chốt thị trường  Các ràng buộc Sự cân sản xuất / tiêu thụ  An tồn riêng cơng trình  An tồn chung hệ thống để chống lại cố   Ràng buộc kĩ thuật Chênh lệch sản xuất / tiêu thụ  biến thiên tần số + biến thiên từ thay đổi xuyên biên giới  Hoàn cảnh: cân vĩnh viễn thách thức  Solution:  Kiểm soát cấp độ địa phương  Kiểm soát cấp tần số - công suất  Dự trữ cấp thứ  119 GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN  Ràng buộc cơng trình mạng điện  Tn thủ điện áp tối đa trạng thái ổn định (420kV cho loại 400kV), để tránh ngắt nguồn  Tuân thủ dòng tối đa ngắn mạch (40kA 63kA 400kV)  Tuân thủ dòng điện tối đa để tránh nhiệt làm kéo dài thời gian ngắt nguồn 120 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Chức  Hỗ trợ giám sát điều khiển vận hành  Có thể thực nhiều dạng khác : OP, TP, MP  Trong hệ ĐKGS: HMI thành phần quan trọng MMI: Man-Machine Interface Manufacturing Management Information   Mimics (Lưu đồ công nghệ, hình ảnh máy móc, )  Trends (Đồ thị thời gian thực, đồ thị khứ)  Faceplates (Mặt giao diện thiết bị)  Alarms (Cửa sổ báo động, trạng thái báo động)  Reports (Lập báo cáo tự động) 121 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Vị trí HMI hệ điều khiển giám sát 122 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Phần mềm điều khiển giám sát  Cơ sở liệu trình Chức quản lý lưu trữ  Dữ liệu trình  Dữ liệu tình trạng hệ thống  Dữ liệu khứ  Dữ liệu cảnh báo  Dữ liệu vận hành  Về giống sở liệu thông thường  Các yếu tố đặc biệt:  Tần số cập nhật cao, mang tính tuần hồn  Tính thời gian thực  Quản lý sở liệu lớn liên tục nhanh  123 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Phần mềm điều khiển giám sát  Giao diện người - máy Sơ đồ khối: thể máy móc  Lưu đồ cơng nghệ (phân đoạn, nhóm): Hiển thị giá trị trình, hình ảnh động minh họa, phím điều khiển  Biểu đồ chức trình tự (SFC)  Faceplates: Hiển thị can thiệp chi tiết vòng điều khiển (chế độ điều khiển, giá trị biến tham số điều khiển, tình trạng báo động)  Đồ thị thời gian thực: Hiển thị giá trị trình (tức thời)  Đồ thị khứ: Hiển thị giá trị lưu trữ  Các cửa sổ báo động  Các cửa sổ dẫn  124 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Phần mềm điều khiển giám sát  Chức cảnh báo – báo động Phát tình trạng cảnh báo / báo động  Các hệ DCS: trạm điều khiển cục  Các hệ PLC+SCADA/HMI: trạm vận hành/trạm chủ  Gửi cảnh báo/báo động theo  Phạm vi hệ thống  Trạm quyền can thiệp  Mức ưu tiên, tính cấp thiết  Lưu trữ liệu cảnh báo/báo động  Hiển thị cảnh báo/báo động  Sắp xếp theo mức ưu tiên, tính cấp thiết  Sắp xếp theo thời gian xảy  Sắp xếp theo loại cảnh báo/báo động  Sử dụng màu sắc hiệu ứng nhấp nháy  125 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Phần mềm điều khiển giám sát  Chức cảnh báo – báo động Xác nhận cảnh báo/báo động  Quyền người sử dụng  Xác nhận theo nhóm theo thơng báo  Xóa cảnh báo/báo động  126 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Phát triển phần mềm điều khiển giám sát  Lập   trình Sử dụng ngơn ngữ bậc cao (Java, C++, VB, Delphi)  Có tham gia Compiler  Khả thực hạn chế  Đòi hỏi trình độ lập trình chun sâu  Kém hiệu Chỉ thích hợp với hệ thống quy mơ nhỏ, thay đổi 127 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Phát triển phần mềm điều khiển giám sát  Khơng lập trình Sử dụng công cụ SCADA chuyên dụng  Sử dụng kí hiệu đồ họa script để xây dựng cấu hình  Sử dụng phần tử đồ họa đối thoại để đặt tham số  Không cần Compiler  Hiệu cao, dễ thực  128 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Công cụ SCADA/HMI  Ví dụ: WinCC (Siemens), iFIX (Intelution/GEFanuc), InTouch (Wonderware)  Cơng cụ phát triển Cơng cụ cấu hình sở liệu (Database Configuration Tool)  Trình soạn thảo đồ họa (Graphic Editor)  Thư viện đối tượng đồ họa chuẩn + Hỗ trợ nhúng  ActiveX – Controls  Cơng cụ phát triển/cài đặt trình điều khiển I/O  Ngôn ngữ Script  Giao diện với ngôn ngữ bậc cao (C/C++, VB, )  Giao diện ODBC (Open Database Connection), DDE (Dynamic Data Exchange), OPC(OLE for Process Control)   Phần mềm chạy (Runtime Engine) 129 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Thiết kế giao diện người – máy  Lĩnh vực liên ngành: Chuyên ngành công nghệ  Điều khiển tự động  Mỹ thuật công nghiệp  Tâm lý học công nghiệp   Yêu cầu chung:  Đơn giản, dễ sử dụng (easy-to-use) Bền vững, ngăn chặn lỗi người sử dụng (robustness)  Tính thơng tin cao (informativeness)  Nhất qn (consistency)   Các phương pháp giao tiếp người – máy  Trên sở câu lệnh  Trên sở trình đơn  Trên sở hình ảnh, phím điều khiển, hộp thoại 130 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Một số nguyên tắc thiết kế  Màu sắc Chỉ dùng màu sắc thật cần thiết  Nền : màu tối, ví dụ xám sẫm xnah lam đậm  Máy móc, thiết bị: Sử dụng hình phẳng, màu độ sáng khác so với nền, cố gắng tránh 3D, tránh mẫu hoa văn  Hình tĩnh (đường ống, máy móc): tránh màu tươi, chói  Tín hiệu trạng thái, hành động: Chọn màu tươi, chói   Chữ viết Hạn chế font chữ, kiểu chữ, chênh lệch độ lớn  Chân phương, tránh hiệu ứng đặc biệt (3D, lượn sóng, đường viền)   Các hình ảnh động Hỗ trợ phân biệt trạng thái, ví dụ nhấp nháy  Nhất quán tất hình  Các số nên chỉnh phải, biến liên quan trực tiếp để gần cách biểu diễn  Biểu diễn đơn vị vật lý với giá trị số đơn vị  131 GIAO DIỆN NGƯỜI – MÁY (HMI)  Ưu điểm SCADA Web  Ưu điểm Đơn giản hóa cơng việc cài đặt phần mềm  Đơn giản hóa việc sử dụng  Mở khả cho việc tích hợp hệ thống tự động hóa hệ thống thơng tin thống công ty  Tạo điều kiện thuận lợi cho dịch vụ bảo trì hệ thống từ xa   Nhược điểm Hiệu suất trao đổi thông tin so với ứng dụng thơng thường  Tính thời gian thực bị hạn chế  Xây dựng chức bảo mật đòi hỏi nhiều cơng sức  132 ... trị thời điểm lấy mẫu  Ts 17 CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Bộ tính tốn chun biệt nhanh (automate, PC Temps Réel)  điều khiển số - tương tự đa vòng 18 CÁC KHÁI NIÊM CƠ BẢN  Điều khiển hệ thống phức