Nghiên cứu và tổ chức các phương thức trao đổi dữ liệu trong hệ thống scada

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - MAI VINH DỰ NGHIÊN CỨU VÀ TỔ CHỨC CÁC PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG SCADA Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU Cán chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN ĐỨC THÀNH Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN THIỆN THÀNH Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 18tháng 01 năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -oOo Tp.HCM, ngày tháng năm 200…… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Mai Vinh Dự Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/11/1976 Nơi sinh: Nam Định Chun ngành: Tự Động Hóa Khố (Năm trúng tuyển): 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ TỔ CHỨC CÁC PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG SCADA 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu hệ thống SCADA đa cấp Nghiên cứu trình trao đổi liệu cấp hệ thống SCADA đa cấp Xây dựng “Giải pháp hệ thống bãi đậu xe tự động”, để tích hợp thành phần hệ thống bãi đậu xe tự động Xây dựng mơ hình phần mềm cho hệ thống bãi đậu xe tự động 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ………/………/ 2007 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ………/………/ 2007 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): TS.TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU TS NGUYỄN ĐỨC THÀNH LỜI CẢM ƠN Xin chân thành gửi đến Thầy, Cô Bộ môn Điều khiển tự động Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành nhất, Thầy, Cô truyền đạt kiền thức kinh nghiệm vô quý báu suốt thời gian học vừa qua Đặc biệt xin gửi đến Thầy TS.TRƯƠNG ĐÌNH CHÂU lời cảm ơn sâu sắc Thầy cho em nhận xét góp ý định hướng quý báu để em xây dựng luận văn Thầy hướng dẫn tận tình suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn chân thành đến bạn Lớp Cao học Tự Động Hóa khố 2005 trao đổi kiến thức trình học trình thực luận văn Cuối xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố Mẹ, Vợ tất người thân gia đình quan tâm, động viên suốt trình học vừa qua Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 10 năm 2007 Học viên Mai Vinh Dự -1- TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tự động hóa đóng vai trị to lớn lĩnh vực khác toàn giới Việt Nam Tại Việt Nam đa số giải pháp phần cứng phần mềm hệ thống tự động hoá nhập từ nước tiên tiến khác Để phát triển bền vững giảm thiểu phụ thuộc công nghệ nước khác, cần tiến hành nghiên cứu cách toàn diện chất hệ thống tự động hố, từ xây dựng thiết kế giải pháp tự động hố tích hợp có tính khả thi cao nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển Việt Nam Hiện Việt Nam loại phương tiện giao thông phát triển nhanh, đặc biệt loại xe thành phố lớn, việc phải xây dựng bãi đậu xe việc gửi xe nhu cầu tất yếu nhà đầu tư khách hàng, vấn đề đặt làm để đưa giải pháp ứng dụng tự động hóa nhằm quản lý phương tiện bãi đậu xe cách hiệu Để giải vấn đề đặt trên, luận văn thực việc nghiên cứu, phân tích chất hệ thống SCADA đa cấp, từ xây dựng Giải pháp hệ thống bãi đậu xe tự động để quản lý loại phương tiện xe ôtô cách hiệu phù hợp với điều kiện quản lý môi trường Việt Nam, luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Chương giới thiệu tổng quan luận văn bao gồm: − Đặt vấn đề − Tính cấp thiết luận văn − Mục tiêu luận văn Chương 2: Chương phân tích hệ thống SCADA đa cấp bao gồm: − Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống SCADA đa cấp − Phân tích thành phần hệ thống SCADA đa cấp − Phân tích phương thức trao đổi liệu cấp hệ thống SCADA đa cấp Chương 3: Chương xây dựng giải pháp hệ thống bãi đậu xe tự động: − Xây dựng cấu trúc hệ thống bãi đậu xe tự động Tóm tắt luận văn thạc sỹ -2− Tổ chức phương thức trao đổi liệu cấp hệ thống − Xây dựng giải pháp phần mềm cho hệ thống: Chương 4: Chương xây dựng mơ hình kiểm nghiệm bao gồm: − Xây dựng mơ hình bãi đậu xe tự động thu nhỏ, có cấu trúc đưa chương − Lựa chọn phương thức trao đổi liệu hệ thống − Thực viết chương trình phần mềm cho tồn hệ thống Chương 5: Là chương kết luận bao gồm: − Các kết đạt − Hướng phát triển − Tài liệu tham khảo Phụ lục Tóm tắt luận văn thạc sỹ -3- ABSTRACT The Automation Control is very important in various applications in the word as well as in Viet Nam Most of the automation systems which include hardware and software are imported from other advanced countries To minimize technology dependent we need to research the automation systems (such as SCADA, DCS Systems, …), from there we can build and design integrated automatic solutions suitable for Vietnam Nowadays, the vehicles and public transport are increasing very fast in the big cities of Vietnam So we should build many parkings to match the customer requirements and investments Therefore we have a question - how to issue the best system to manage the vehicles in the parking? To solve the matter above, I research & analyse the modern SCADA system, and then I built “A Solution for the Automatic Parking System” witch is suitable for the specifically condition, environment and people in Vietnam to manage the vehicles in the parking This thesis included five chapters as following: Chapter 1: Overview − Problems − Necessaries − Goals of Thesis Chapter 2: SCADA System Description − Research of modern SCADA system structure − SCADA components analysis − Data exchange between components Chapter 3: Automatic Parking System Solution − Automatic parking system structure − Data exchange between component organization − System software solution Chapter 4: Real Implementation Tóm tắt luận văn thạc sỹ -4− The automatic parking system model − Data exchange mechanism − System software development Chapter 5: Conclusion − Results − Perspectives − References Appendix: Tóm tắt luận văn thạc sỹ -5- MỤC LỤC Danh mục chữ viết tắt ……………………….…………………………………… Chương 1: TỔNG QUAN 11 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 11 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN VĂN 12 1.3 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 13 Chương 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG SCADA ĐA CẤP 15 2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA ĐA CẤP 15 2.1.1 Cấu trúc hệ thống SCADA đa cấp 15 2.1.2 Chức năng, nhiệm vụ cấp hệ thống SCADA đa cấp 18 2.2 PHÂN TÍCH CÁC CẤP TRONG HỆ THỐNG SCADA ĐA CẤP 20 2.2.1 Phân tích cấp chấp hành với cấp điều khiển (RTUs) 20 2.2.2 Phân tích cấp điều khiển với cấp điều khiển giám sát (MTUs) 28 2.2.3 Phân tích cấp điều khiển giám sát với cấp điều hành sản xuất (MES) 33 2.2.4 Phân tích cấp điều hành sản xuất (MES) với cấp quản lý công ty (ERP).34 2.3 TRAO ĐỔI DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG SCADA ĐA CẤP 35 2.3.1 Chuẩn trao đổi liệu IEC 61131-5 35 2.3.2 Chuẩn trao đổi liệu DDE 38 2.3.3 Chuẩn trao đổi liệu OLE 40 2.3.4 Chuẩn trao đổi liệu OPC (OLE for Process Control) 40 2.3.5 Trao đổi liệu dựa sở Internet 45 2.3.6 Trao đổi liệu thông qua mạng không dây 48 2.3.7 Quản lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA 49 Chương 3: GIẢI PHÁP HỆ THỐNG BÃI ĐẬU XE TỰ ĐỘNG 50 3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 50 3.1.1 Đặt vấn đề 50 3.1.2 Phân tích yêu cầu hệ thống bãi đậu xe tự động 51 3.1.3 Giải pháp hệ thống phần cứng 52 Mục lục -63.1.4 Lựa chọn phương thức trao đổi liệu cấp 52 3.1.5 Giải pháp phần mềm 52 3.1.6 Giải pháp quản lý lưu trữ liệu 53 3.2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG 53 3.2.1 Cấu trúc hệ thống bãi đậu xe tự động 53 3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 55 3.2.3 Chức nhiệm vụ cấp hệ thống 56 3.2.4 Phân tích cấu trúc cấp hệ thống 57 3.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI DỮ LIỆU 62 3.3.1 Yêu cầu đặt 62 3.3.2 Trao đổi liệu cấp cảm biến/chấp hành với cấp điều khiển 63 3.3.3 Trao đổi liệu cấp điều khiển với cấp điều khiển giám sát 64 3.3.4 Trao đổi liệu cấp điều khiển giám sát với cấp điều hành 67 3.4 GIẢI PHÁP PHẦN MỀM 71 3.4.1 Tổng quan hệ thống phần mềm 71 3.4.2 Chương trình kế tốn vé 73 3.4.3 Chương trình thu nhận hình ảnh từ Camera lối vào 74 3.4.4 Chương trình đọc vé mã vạch lối vào 76 3.4.5 Chương trình đọc vé mã vạch lối 77 3.4.6 Chương trình điều khiển thiết bị hệ thống 79 3.4.7 Chương trình tính tốn phí tự động lối 82 3.4.8 Chương trình giám sát điều khiển trung tâm 85 3.4.9 Xây dựng Server liệu thời gian thực (Realtime Data Server) 87 3.4.10 Xây dựng hệ sở liệu quan hệ (Database Server) 88 3.4.11 Giải pháp Internet 90 Chương 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH KIỂM NGHIỆM 93 4.1 XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG 93 4.1.1 Cấu trúc phần cứng mơ hình 93 4.1.2 Chức nhiệm vụ cấp 95 4.1.3 Phân tích quan hệ thành phần hệ thống 97 4.2 TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI DỮ LIỆU 103 4.2.1 Trao đổi liệu cấp cảm biến/chấp hành với cấp điều khiển 103 Mục lục ... ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ TỔ CHỨC CÁC PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG SCADA 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu hệ thống SCADA đa cấp Nghiên cứu trình trao đổi liệu cấp hệ thống SCADA đa... tích hệ thống SCADA đa cấp bao gồm: − Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống SCADA đa cấp − Phân tích thành phần hệ thống SCADA đa cấp − Phân tích phương thức trao đổi liệu cấp hệ thống SCADA. .. ty (ERP).34 2.3 TRAO ĐỔI DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG SCADA ĐA CẤP 35 2.3.1 Chuẩn trao đổi liệu IEC 61131-5 35 2.3.2 Chuẩn trao đổi liệu DDE 38 2.3.3 Chuẩn trao đổi liệu OLE