ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC VÀ GIÁM SÁTSoan theo bài giảng Technique de Supervision của Eric Zamai

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