Luận văn Hệ thống SCADA ứng dụng GPRS và WebServer

ĐẠI HỌC HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG -o0o - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP: HỆ THỐNG SCADA TRONG THỦY LỢI ỨNG DỤNG GPRS, WEBSERVER GVHD: TS Trương Đình Châu SVTH: Đỗ Minh Quốc MSSV: 40801734 Tp HCM, tháng 12/2012 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -☆ Số: /BKĐT Khoa: Điện – Điện tử Bộ Môn: Điều Khiển Tự Động CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -☆ - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN SV: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 NGÀNH:ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỚP : DD08KSTD Đề tài: HỆ THỐNG SCADA TRONG THỦY LỢI ỨNG DỤNG GPRS, WEBSERVER Nhiệm vụ (Yêu cầu nội dung số liệu ban đầu): Ngày giao nhiệm vụ luận văn: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn Nội dung yêu cầu LVTN thông qua Bộ Môn Tp.HCM, ngày… tháng… năm 201 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ : Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ luận văn: NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ -☆? - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -☆? Ngày tháng năm 201 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN (Dành cho người hướng dẫn) Họ tên SV: ĐỖ MINH QUỐC MSSV: 40801734 Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động Đề tài : HỆ THỐNG SCADA TRONG THỦY LỢI ỨNG DỤNG GPRS, WEBSERVER Họ Tên giáo viên hướng dẫn: Tổng quát thuyết minh : Số trang : Số chương : Bảng số liệu : Số hình vẽ : Số tài liệu tham khảo : Phần mềm tính tóan : Hiện vật (sản phẩm) : Tổng quát vẽ : - Số vẽ : Bản A0 Bản A1 Khổ khác - Số vẽ vẽ tay : Số vẽ máy tính : Những ưu điểm LVTN : Những thiếu sót LVTN : Đề nghị : Được bảo vệ Bổ sung thêm để bảo vệ Không bảo vệ câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng : a) b) c) 10 Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, TB) : Điểm /10 Giáo Viên Hướng Dẫn Ký tên (ghi rõ họ tên) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ -☆ - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -☆ Ngày tháng năm 201 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN (Dành cho người phản biện) Họ tên SV: ĐỖ MINH QUỐC MSSV: 40801734 Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động Đề tài: HỆ THỐNG SCADA TRONG THỦY LỢI ỨNG DỤNG GPRS, WEBSERVER Họ Tên giáo viên phản biện: Tổng quát thuyết minh : Số trang : Số chương : Bảng số liệu : Số hình vẽ : Số tài liệu tham khảo : Phần mềm tính tóan : Hiện vật (sản phẩm) : Tổng quát vẽ : - Số vẽ : Bản A0 Bản A1 Khổ khác - Số vẽ vẽ tay : Số vẽ máy tính : Những ưu điểm LVTN : Những thiếu sót LVTN : Đề nghị : Được bảo vệ Bổ sung thêm để bảo vệ Không bảo vệ câu hỏi SV phải trả lời trước Hội đồng : a) b) c) 10 Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, TB) : Điểm /10 Giáo Viên Phản Biện Ký tên (ghi rõ họ tên) SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 LỜI CẢM ƠN Trải qua tháng thực hiện, vận dụng kiến thức truyền đạt bên cạnh học hỏi thêm nhiều điều, luận văn tốt nghiệp em hoàn tất Để có thành cơng khơng riêng cơng sức em bỏ ra, mà có dạy dỗ cha mẹ, bảo thầy cô, giúp đỡ bạn bè Do khơng thể thiếu lời cảm ơn chân thành từ đáy lòng em đến với người thân đáng quý Lời cảm ơn đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thành viên gia đình em, cha mẹ chị dùng tình yêu thương chăm sóc em, động viên em lúc khó khăn lúc thực đề tài, ln bên cạnh em lúc vui buồn Bên cạnh em xin gửi đến tồn thể thầy khoa Điện – Điện tử nói chung mơn tự động nói riêng , truyền đạt , bão , ni dưỡng cho em kiến thức bổ ích, cần thiết Đây tảng để em hồn thành đề tài luận văn tốt nghiệp, hành tranh sau để em vững bước, hòa nhập mơi trường làm việc thực tế Và đặc biệt , em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với thầy Trương Đình Châu , người dìu dắt dạy, động viên , gợi ý ý tưởng , hướng dẫn kiến thức chuyên môn cần thiết, chuyên sâu cần thiết cho đề tài luận văn, nhờ mà em hồn thành luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực ĐỖ MINH QUỐC ii SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Ảnh hưởng biến đổi khí hậu mực nước biển dâng cao vấn đề nóng hỏi , cấp bách mà quốc gia, lãnh thổ giới đối mặt Việt Nam quốc gia chịu ảnh hưởng nhiều tượng , thành phố lớn Việt Nam hạ tầng chưa phát triển theo kịp với tốc độ phát triển kinh tế , nên thường xuyên gánh chịu ngập diện rộng triều cường dâng cao Bài toán đặt tìm giải pháp đồng , hiệu triển khai rộng rãi , tận dụng hệ thống sở hạ tầng Được gợi ý từ thầy hướng dẫn TS Trương Đình Châu tính ứng dụng khả mạng GPRS , webserver mơ hình hệ thống GIS em nhận thực đề tài luận văn : “HỆ THỐNG SCADA TRONG THỦY LỢI ỨNG DỤNG GPRS, WEBSERVER” Với đề tài em dụng tính phổ biến rộng rãi mạng GPRS, 3G truyền thơng nay, tiện ích đồ họa, lưu trữ liệu mơ hình GIS , khả đa truy cập từ nhiều nơi mơ hình Webserver để xây dựng nên hệ thống tiện ích cho đối tượng người dùng quản lý Hệ thống dừng mức giả lập chưa đem vào thực tế , với mơ hình thiết kế đơn giản, em hy vọng tài liệu bổ ích , hướng thử nghiệm cho việc ứng dụng vào thực tế cho quan tâm muốn tìm hiểu mơ hình điều khiển Em xin đón nhận ý kiến đóng góp từ quý thầy cô , bạn bè sinh viên học giả quan tâm để góp phần hồn thiện thêm cho đề tài Xin chân thành cảm ơn Đỗ Minh Quốc iii SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 MỤC LỤC TRANG BÌA……………………………………………………………………………………….i NHIỆM VỤ LUẬN VĂN PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH HÌNH VẼ vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 1.1 Giới thiệu sơ lược GIS: 1.1.1 Định nghĩa GIS : 1.1.2 Ứng dụng thực tế: 1.1.3 Cơ sở liệu địa lý ( Geo Database): 1.2 Mơ hình GIS thực đề tài : 1.3 Tính ứng dụng GIS việc chống ngập diện rộng: 11 CHƯƠNG 2: 12 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG GSM GPRS 12 2.1 Tổng quan mạng di động GSM: 12 2.2 Sơ lược tổng quát hệ thống GPRS: 18 2.3 Module SIM 900: 21 2.3.1 Đặc điểm kỷ thuật Module Sim 900: 21 2.3.2 Khảo sát sơ đồ chân chức chân: 22 2.3.3 Các chế độ hoạt động module SIM 900: 25 2.3.4 Tập lệnh AT dùng module SIM 900: 26 2.3.5 GPRS tập lệnh AT SIM 900: 29 2.4 Giới thiệu sơ nét 3G: 32 2.4.1 3G gì? 32 iv SVTH: ĐỖ MINH QUỐC 2.4.2 MSSV:40801734 Kiến trúc mạng 3G(W-CDMA): 36 CHƯƠNG 3: 40 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIS CỦA ĐỀ TÀI 40 3.1 Module thu thập liệu : 40 3.1.1 Mơ hình trạm thu thập dùng GPRS: 40 3.1.2 Mơ hình trạm thu thập RTU 3G: 52 3.2 Module trung tâm điều khiển (MTU): 57 3.2.1 Nhiệm vụ : 57 3.2.2 Chương trình điều khiển PLC MTU: 58 3.2.3 Chương trình điều khiển ngơn ngữ C# : 66 3.3 Chương trình Websevices webserver hiển thị cập nhật mực nước: 93 3.3.1 Webservice: 93 3.3.2 Web Server: 95 Chương 4: .107 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 107 4.1 Kết đạt được: 107 4.2 Điểm hạn chế: 107 4.3 Hướng phát triển đề tài: 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .109 v SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Các thành phần GIS Hình 1.2 : Mơ hình GIS sử dụng đề tài Hình 1.3: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động hệ thống GIS Hình 1.4 :Module thu thập liệu GPRS Hình 1.5 :Module trạm thu thập liệu dùng 3G Hình 1.6 : Mơ hình minh họa trạm điều khiển trung tâm Hình 1.7: Mơ hình webserver ASP.NET Hình 2.1 : Sơ đồ cấu trúc hệ thống GSM Hình 2.2: Ví dụ phân cấp địa lý mạng di động GSM Hình 2.3 : Cấu trúc mạng GPRS dựa mạng GSM Hình 2.4 Tham chiếu mơ hình GPRS vào mơ hình OSI Hình 2.5: Tốc độ truyền GPRS Hình 2.6 : Module Sim 900 Hình 2.7 : Sơ đồ chân SIM 900 nhìn từ phía Hình 2.8: Thiết lập kết nối giửa SIM 900 TCP server Hình 2.9: Truyền nhận liệu module SIM GPRS server Hình 2.10: Thực hủy kết nối SIM 900 GPRS Server Hình 2.11: Băng tần 3G vi SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 Hình 2.12: Bằng tần chia sẻ ISP Hình 2.13: Quá trình chuyển đổi Hình 2.14: Kiến trúc mạng 3G W-CDMA Hình 2.15: Mạng lõi Hình 2.16: Mạng truy cập vơ tuyến Hình 3.1: Mơ hình trạm RTU thu thập mực nước qua GPRS Hình 3.2: Sơ đồ chân Lm3s8962 Hình 3.3: Sơ độ khối module ADC ARM lm3s8962 Hình 3.4: Sơ đồ mạch module SIM 900 Hình 3.5: Giải thuật xử lý gửi liệu Hình 3.6: Mơ hình minh họa trạm đo RTU 3G Hình 3.7: Gửi tín hiệu từ RTU MTU truyền thơng modbus TCP/IP Hình 3.8: Mơ hình hệ thống MTU Hình 3.9: Thuật tốn di chuyển liệu từ nhớ %MW vào nhớ khơng xác định Hình 3.10: Mơ hình ứng dụng PC server Hình 3.11: Module kết nối Hình 3.12: Module điều khiển trạm bơm cổng nước Hình 3.13: Module hiển thị Hình 3.14: Biểu đồ hiển thị liệu mực nước Hình 3.15: Module thực chức report vii SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734  ASPX ASP hoạt động ứng dụng  ASP.Net sử dụng phong cách lập trình mới: Code behide Tách code riêng, giao diện riêng  Dễ đọc, dễ quản lý bảo trì  Kiến trúc lập trình giống ứng dụng Windows  Hỗ trợ quản lý trạng thái control  Tự động phát sinh mã HTML cho Server control tương ứng với loại Browser  Triển khai cài đặt o Không cần lock, không cần đăng ký DLL o Cho phép nhiều hình thức cấu hình ứng dụng o Hỗ trợ quản lý ứng dụng mức tồn cục o Global.aspx có nhiều kiện o Quản lý session nhiều Server, không cần Cookies Mơ hình trang web gồm có phần :  Trang đăng nhập User  Trang hiển thị mực nước trạm theo dạng biểu đồ  Trang hiển thị tích hợp Google Maps Màn hình đăng nhập web thể hình 3.19 96 SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 Hình 3.19:Màn hình đăng nhập Web Server Chương trình thực hiện: protected void Login1_LoggingIn(object sender, LoginCancelEventArgs e) { if ((Login1.UserName == "admin" )&&( Login1.Password == "12345")) { // Response.Write("Login Successful"); Login1.InstructionText = String.Empty; // e.Cancel = true; Login1.DestinationPageUrl = "~/Display.aspx"; } else { Login1.HelpPageText = "Help with logging in "; Login1.PasswordRecoveryText = "Forgot your password?"; 97 SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 e.Cancel = true; } } protected void Login1_Authenticate(object sender, AuthenticateEventArgs e) { e.Authenticated = true; } Chú thích chương trình  Kiểm tra user password đăng nhập web có hợp lệ hay khơng, hợp lệ thị chuyển đường dẫn sang trang web Display.aspx , ngược lại khơng hợp lệ hiển thị dòng thơng báo hỗ trợ đăng nhập protected void Login1_LoggingIn(object sender, LoginCancelEventArgs e) { if ((Login1.UserName == "minhquoc" )&&( Login1.Password == "domikilo")) { // Response.Write("Login Successful"); Login1.InstructionText = String.Empty; // e.Cancel = true; Login1.DestinationPageUrl = "~/Display.aspx"; } else { Login1.HelpPageText = "Help with logging in "; Login1.PasswordRecoveryText = "Forgot your password?"; e.Cancel = true; }  Xác thực đăng nhập hợp lệ protected void Login1_Authenticate(object sender, AuthenticateEventArgs e) { e.Authenticated = true; } 98 SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 Trang thị biểu đồ thông tin mực nước cho người dùng nhiều nơi khác truy cập quan sát, hình 3.20 Hình 3.20: Biểu đồ Web Server Trang web sử dụng Timer tiện ích Ajax Control , thực việc cập nhật liệu từ database SQL Server hiển thị biểu đồ mực nước trang web Chương trình thực vẽ biểu đồ sử dụng thư viên ZedGraph Web protected void OnRenderGraph(ZedGraphWeb webObject, Graphics g, MasterPane pane) { double[] xAxis = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 }; GraphPane mygraph = pane[0]; 99 SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 mygraph.Title.Text = "Water level at Station 1( 10 last value with time update 1s)\n"+"Last Update:"+xdata[iNumLoad-1]; mygraph.Title.FontSpec.FontColor = Color.Magenta; mygraph.Fill.Color = Color.WhiteSmoke; mygraph.XAxis.Title.Text = " Time Update"; mygraph.YAxis.Title.Text = " Water level (centimets)"; //Add grid to the plot and make them colorfully mygraph.XAxis.MajorGrid.IsVisible = true; mygraph.YAxis.MajorGrid.IsVisible = true; mygraph.XAxis.MajorGrid.Color = Color.Black; mygraph.YAxis.MajorGrid.Color = Color.Black; LineItem line1 = mygraph.AddCurve("Water Level", xAxis, ydata, Color.Blue, SymbolType.Star); mygraph.XAxis.Scale.Min = 1; mygraph.XAxis.Scale.Max = xAxis[9]; mygraph.XAxis.Scale.TextLabels= xdata; mygraph.YAxis.Scale.Max = 300; mygraph.XAxis.Scale.MajorStep = 0.25; // Make up some data arrays mygraph.XAxis.Type = AxisType.Text; mygraph.XAxis.MajorTic.IsBetweenLabels = false; line1.Line.Width = 2; line1.Symbol.IsVisible = true; pane.AxisChange(g); } Chương trình thực Update vẽ lại biểu đồ mực nước trạm: protected void GetData(string Station) { WS.DataInfo[] list_1 = null; int iLastNum = 0; WS.Dataservice ws = new WS.Dataservice(); 100 SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 iLastNum = ws.CountID(Station); if (iLastNum >= 10) { iNumLoad = 10; list_1 = ws.Loaddata_Range(Station, iLastNum, iLastNum-10); } else { iNumLoad = iLastNum; list_1 = ws.Loaddata_Range(Station, iLastNum, 0); } for (int i = 0; i < iNumLoad; i++) { xdata[i] = list_1[i].TimeUpdate; ydata[i] = (double)list_1[i].Value; } } Chú thích chương trình: Chương trình lấy liệu từ database update thơng số vào mảng xdata ydata, với biến (string) Station tên trạm cần update Trang hiển thị giao diện Google hình 3.21: 101 SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 Hình 3.21: Trang tích hợp giao diện Google Maps Chương trình thực hiện: protected void setupGM() { GMap1.setCenter(new GLatLng(10.498, 106.74), 12, GMapType.GTypes.Satellite); GMap1.enableDoubleClickZoom = true; PinLetter pinLetter_1 = new PinLetter("1", Color.Red, Color.Black); PinLetter pinLetter_2 = new PinLetter("2", Color.Red, Color.Black); PinLetter pinLetter_3 = new PinLetter("3", Color.Red, Color.Black); PinLetter pinLetter_4 = new PinLetter("4", Color.Red, Color.Black); PinIcon pinIcon1 = new PinIcon(PinIcons.home, Color.Cyan); PinIcon pinIcon2 = new PinIcon(PinIcons.home, Color.Yellow); var gLatLngMTU_Up = new Subgurim.Controles.GLatLng(10.463, 106.76); 102 SVTH: ĐỖ MINH QUỐC MSSV:40801734 var gmarkMTU_Up = new Subgurim.Controles.GMarker( gLatLngMTU_Up, new GMarkerOptions(new GIcon(pinIcon1.ToString(), pinIcon1.Shadow()))); var gLatLngMTU_Down = new Subgurim.Controles.GLatLng(10.4419, 106.771); var gmarkMTU_Down = new Subgurim.Controles.GMarker (gLatLngMTU_Down, new GMarkerOptions(new GIcon(pinIcon2.ToString(), pinIcon2.Shadow()))); var gLatLng_1 = new Subgurim.Controles.GLatLng(10.548, 106.746); var gmark_1 = new Subgurim.Controles.GMarker(gLatLng_1, new GMarkerOptions(new GIcon(pinLetter_1.ToString(), pinLetter_1.Shadow()))); var gLatLng_3 = new Subgurim.Controles.GLatLng(10.475, 106.708); var gmark_3 = new Subgurim.Controles.GMarker(gLatLng_3, new GMarkerOptions(new GIcon(pinLetter_3.ToString(), pinLetter_3.Shadow()))); var gLatLng_2 = new Subgurim.Controles.GLatLng(10.5, 106.68); var gmark_2 = new Subgurim.Controles.GMarker(gLatLng_2, new GMarkerOptions(new GIcon(pinLetter_2.ToString(), pinLetter_2.Shadow()))); var gLatLng_4 = new Subgurim.Controles.GLatLng(10.496, 106.741); var gmark_4 = new Subgurim.Controles.GMarker(gLatLng_4, new GMarkerOptions(new GIcon(pinLetter_4.ToString(), pinLetter_4.Shadow()))); System.Collections.Generic.List tabs = new System.Collections.Generic.List(); GInfoWindow ginfo_1 = new GInfoWindow(gmark_1, "