4. Cấu trúc của luận văn
3.1.1. Quá trình phát triển của CENTUMVP
CENTUM VP là hệ thống điều khiển tích hợp, là sản phẩm chủ lực của YOKOGAWA Electric dựa trên nền tảng của Vigilantplant giúp khách hàng thực thi một nhà máy lý tưởng thông qua sử dụng công nghệ số hiện trường. CENTUM VP trực quan hơn giao diện người máy về các lĩnh vực kiểm soát năng lượng, sản xuất công nghiệp…có khả năng xử lý dữ liệu nhanh và đáng tin cậy.
Các hệ thống CENTUM luôn được nâng cấp và phát triển để phù hợp với các nhà máy trong suốt 35 năm qua. CENTUM VP là thể hệ thứ 8 của CENTUM Series.
YOKOGAWA liên tục nỗ lực để đáp ứng nhu cầu của khách hàng bằng cách cung cấp các hệ thống điều khiển dựa trên công nghệ tiên tiến hàng đầu.
3.1.2. Các tính năng chủ yếu của CENTUM VP
CENTUM VP là một hệ thống điều khiển sản xuất tích hợp cho các ứng dụng điều khiển quá trình được thiết kế phù hợp với các nhà máy có quy mô từ nhỏ đến rất
lớn. Mỗi bộ phận như xí nghiệp, đơn vị kinh doanh, khu vận hành, buồng điều khiển hay hiện trường đều có thể được kết nối với nhau sử dụng công nghệ truyền thông tiên tiến nhất. Mạng truyền thông được sử dụng để tối ưu toàn bộ hệ thống, giảm nhân lực vận hành tại hiện trường, tăng mức độ tự động hoá, tăng năng suất và dĩ nhiên tăng lợi nhuận sản xuất. Hệ thống này là một sự tổ hợp của các công nghệ mới nhất hiện nay với các tính năng ưu việt như:
Môi trường mở, độ linh hoạt, độ bền của hệ thống cho tối ưu hoá toàn bộ doanh nghiệp.
Môi trường vận hành tối ưu, phần cứng có thể cập nhật tới những công nghệ mới nhất.
Giá thành sở hữu thấp nhất, lợi nhuận tăng cao.
Các chức năng thiết kế kỹ thuật tối ưu.
3.1.2.1. Cấu hình phần cứng của CENTUM VP
Hình 1-9 là sơ đồ tổng quan về CENTUM VP
3.1.2.2. Các thành phần và chức năng của nó trong CENTUM VP
Trạm giao diện - Human Interface Station (HIS)
HIS được sử dụng chủ yếu cho việc vận hành và giám sát - nó hiển thị các biến quá trình, các tham số điều khiển, các cảnh báo cần thiết để người vận hành có thể nhanh chóng nắm bắt được các trạng thái vận hành của nhà máy. Nó cũng kết hợp giao diện mở do đó các máy tính giám sát có thể truy nhập vào đồ thị dữ liệu (Trend data), các thông điệp (Messages), và xử lý dữ liệu (Process data). YOKOGAWA cung cấp 3 kiểu trạm giao diện (HIS), đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng chạy trên hệ điều hành Microsoft Windows.
Trạn kỹ thuật- Engineering station (ENS)
Trạm kỹ thuật là nơi cài đặt các công cụ phát triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống, tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển giao diện người máy, đặt cấu hình và tham số hóa các thiết bị trường.
Trạm điều khiển hiện trường – Field Control Station (FCS)
FCS cung cấp chức năng điều khiển quá trình, chẳng hạn như điều khiển logic, điều khiển trình tự và tính toán. Có 4 loại trạm FCS đựơc lựa chọn để đáp ứng theo loại và kích thước của từng ứng dụng, vì thế việc mở rộng hay nâng cấp hệ thống có thể được thực hiện dễ dàng.
Chuẩn FCS có hai loại gồm: KFCS và LFCS
KFCS-Standard Type Filed Control Station for FIO: FCU và Node được kết nối sử dụng loại Bus mở rộng nối tiếp ESB (Extended Serial Backboard) hoặc Bus tăng cường ER (Enhanced Remode). LFCS- Standard Type Field Control Station for RIO: FCU và Node được kết nối sử dụng bus vào/ra từ xa (RIO-Remode Input Output).
Loại trọn bộ (Compact FCS): FCU và Node được kết nối cùng một tủ. Loại trọn bộ mới nhất hiện nay có cấu trúc rất gọn để có thể lắp đặt ở những khu vực giới hạn về không gian. Khi lắp đặt trong tủ, các bộ vào ra nhỏ hơn sẽ có kích thước chân cắm nhỏ hơn.
Bộ chuyển đổi BUS – Bus Converter (BCV)
Bộ chuyển đổi BCV để kết nối một số hệ thống CENTUM VP trong các nhà máy và cũng có thể kết nối hệ thống CENTUM phiên bản cũ với hệ thống CENTUM VP.
Cổng kết nối truyền thông – Communication Gateway Unit (ACG)
Cổng ACG để kết nối hệ CENTUM VP tới máy tính giám sát hoặc máy tính quản lý thương mại mà không cần chức năng OPC (nhúng và liên kết đối tượng cho điều khiển quá trình). Điều này cho phép kết nối với hệ thống thế hệ trước.
Cổng vào hệ thống con chung – Generic Subsystem Gateway (GSGW)
GSGW là một trạm vận hành và giám sát hệ thống con. Được sử dụng dựa trên nền tảng của PC, nó thiết lập thông tin liên lạc thông qua hệ thống phụ OPC DA giao diện được định nghĩa bởi OPC. Dữ liệu hệ thống phụ được gán cho các khối chức năng của GSGW, được điều khiển và giám sát thông qua HIS giống như các trạm điều khiển khác.
Trạm tích hợp hệ thống - System Integration OPC Station (SIOS)
SIOS là một trạm tích hợp của CENTUM VP và các hệ thống điều khiển quá trình của bên thứ 3 (PCSs). Nó cho phép CENTUM VP trao đổi dữ liệu, nhận cảnh báo và các sự kiện từ bên thứ ba PCS thông qua giao diện OPC.
Hợp nhất cổng ra của trạm – Unified Gateway Station (UGS)
UGS là một trạm chuyên dùng cho Vnet/IP tích hợp CENTUM VP và bộ điều khiển hệ thống con. Ví dụ như bộ điều khiển STARDOM (FCN/FCN) và bộ điều khiển PLC. Chức năng của nó là cho phép CENTUM VP giao tiếp với bộ điều khiển của hệ thống con thông qua giao thức truyền thông khác nhau như Modbus, EtherNet/IP hoặc OPC DA. UGS giúp CENTUM VP điều khiển và giám sát các hệ thống con trong cùng một cách như CENTUM VP FCS.
Trạm điều khiển quá trình cấp cao – Advanced Process Control Station (APCS)
APCS thực hiện điều khiển tiên tiến và tính toán chức năng để nâng cao hiệu quả vận hành nhà máy.
Đơn vị cổng truyền thông – Communication Gateway Unit (CGW)
CGW kết nối hệ thống mạng V và máy tính giám sát thông qua Ethernet.
Router của mạng V (AVR)
AVR kết nối và truyền tín hiệu điều khiển giữa Vnet/IP và các miền của Vnet. Tín hiệu điều khiển có thể truyền và nhận giữa Vnet/IP và miền Vnet. Nó có thể điều khiển và giám sát của trạm điều khiển giữa các miền khác nhau.
Layer 2 Switch (L2SW)
L2SW truyền thông tin liên lạc giữa các thiết bị với mạng Vnet/IP. Các miền Vnet/IP thay thế hệ thống Vnet/IP được kết nối bởi L2SW. Tốc độ truyền tin trong miền Vnet/IP là 1Gbps.
L3SW chuyển tiếp thông tin liên lạc giữa các miền Vnet/IP. Tốc độ truyền tin trong miền Vnet/IP là 1Gbps.
Control Network (Vnet/IP, Vnet)
Vnet là một bus điều khiển thông thường của CENTUM VP với độ tin cậy cao. Vnet/IP là một IEEE802.3 Ethernet hai chiều với 1 Gbps dự phòng. Mạng lưới điều khiển liên kết các trạm như HIS, FCS và BCV. Kết hợp các công nghệ của YOKOGAWA để đạt được thông tin chính xác, tin cậy và an toàn.
Digital Fieldnetworks
CENTUM VP hỗ trợ FOUNDATION fieldbus, HART, PROFIBUS-DP, DeviceNet, Modbus, Modbus/TCP, Ethernet, và mạng không dây ISA100.11
Network – Based Control System (STARDOM)
Bộ điều khiển thông minh từ xa của YOKOGAWA rất lý tưởng cho quá trình trao đổi chất lỏng và khí. Chúng được tích hợp liền mạch thông qua UGS tới CENTUM VP.
o Điều khiển độc lập (FCS/FCJ): các bộ điều khiển sử dụng các tiêu chuẩn IEC 61131-3 như các công cụ kỹ thuật.
o Dữ liệu phần mền linh hoạt (ASTMAC VDS): VDS là một phần mền SCADA trong đó sử dụng trình duyệt web (Internet Explorer) cho hiển thị HMI.
Safety Instrumented System (Prosafe – RS)
Đây là hệ thống an toàn hàng đầu được chứng nhận của YOKOGAWA. Nó kết hợp công nghệ “Pair and Spare and Vnet/IP” và cung cấp sức mạnh tổng hợp chưa từng có với CENTUM VP.
Trạm kiểm soát an toàn (SCS): SCS là một bộ điều khiển an toàn YOKOGAWA sản xuất, được thực hiện tuần tự cho hệ thống bao gồm khóa liên động, dừng khẩn cấp, bảo vệ cháy, nổ.
Trạm kỹ thuật an toàn (SENG): Một PC off-the-shelf thực hiện thế hệ SCS và quản lý bảo trì.
3.2. Phương pháp cài đặt HIS và CENTUM VP
3.2.1. Các bước cài đặt HIS
Hình 2-16. Quá trình cài đặt HIS Lắp đặt phần cứng
Cài đặt Windows Cài đặt mạng
Cài USB driver cho bàn phím Có sử dụng
bàn phím?
Console type
HIS Cài đặt Console type HIS Cài đặt CENTUM VP Có cài đặt các SP YOKOGAWA? Cài các SP YOKOGAWA khác Cấu hình IT security Cài đặt License Tạo User Account Cấu hình cho các account
Thiết lập user authentication mode Cài đặt UPS Kết thúc Bắt đầu Có Không Có Có Không Không
Hình 3-3 là sơ đồ các bước cài đặt cho máy tính HIS. Công việc đầu tiên là lắp đặt Card Interface Vnet/IP vào trong máy tính.
Trên Card giao tiếp Vnet/IP có núm gạt DIP để cài đặt địa chỉ số Domain, địa chỉ số Station và kiểu hoạt động (Ation mode)
Hình 2-17. Vị trí đặt địa chỉ Domain, Stattion và Action Mode trên card Vnet/IP
Cài đặt số Domain
Một domain là một vùng chọn của trạm để kết nối với Bus điều khiển. Cài đặt số domain từ 1 đến 16 như dưới đây.
Nếu đặt số domain của máy là 1 thì các bit 1,2,3,4,5,6,7 gạt về mức 0, duy nhất bit 8 để ở mức 1. Bảng 3.1 cho biết chi tiết về việc cài đặt số domain và vị trí bit điều chỉnh DIP trên card Vnet/IP [7].
Bảng 2.1. Các số domain và các vị trí bít điều chỉnh DIP
Cài đặt số của trạm
Số của trạm được cài đặt trong phạm vi từ 1 đến 64 như dưới đây
Hình 2-19. Nút gạt DIP cài đặt địa chỉ số station
Nếu đặt máy HIS là 63 ta cần gạt các bít 1,3,4,5,6,7,8 về mức 1, duy nhất bít 2 để ở mức 0; máy HIS là 64 ta cần gạt bít 1,3,4,5,6,7,8 về mức 0, duy nhất bít 2 để ở mức 1. Bảng 3.2 cho biết chi tiết về việc cài đặt số station và vị trí bit điều chỉnh DIP trên card Vnet/IP [7].
Hình 2-20. Nút gạt chế độ hoạt động Bảng 2.2. Các số station và các vị trí bit điều chỉnh DIP
Điều chỉnh chế độ hoạt động (SW4)
Nút gạt chế độ hoạt động SW4 được bố trí trên bo mạch của Vnet/IP. Khi xuất xưởng tất cả các bit này được để ở chế độ OFF như hình 3-7. Bảng 3.3 cho biết mức độ khi điều chỉnh chế độ [7].
Bảng 2.3. Mức độ khi điều chỉnh DIP
Nút gạt DIP bật (ON) Nút gạt DIP tắt (OFF) Ghi chú
A (bit 1) - Luôn luôn tắt Reserved
B (bit 2) 100 Mbps 1 Gbps Tốc độ truyền thông
C (bit 3) Cưỡng bức Tự động Negotiation
D (bit 4) - Luôn luôn tắt Reserved
Sau khi cài đặt đúng các địa chỉ vật lý trên card Vnet/IP tiến hành lắp đặt nó vào trong khe cắm CPU của máy tính như hình vẽ
Hình 2-21. Vị trí khe cắm card Vnet/IP trên main của máy tính
Hình 2-22. Card Vnet/IP lắp đặt trong máy tính
Sau khi lắp đặt xong card Vnet/IP, dùng 2 dây mạng nối giữa máy HIS và FCS, khởi động lại máy tính để chuẩn bị cài đặt phần mềm.
3.2.2. Các bước cài đặt CENTUM VP
Phần mềm CENTUM VP phải được cài đặt bởi một người dùng admin thuộc về các nhóm được chỉ ở dưới đây.
Việc cài đặt phần mềm CENTUM VP tạo ra nhóm CTM_MAINTENANCE và tự động thêm người dùng đã cài đặt phần mềm vào nhóm này.
Quá trình cài đặt phần mềm CENTUM VP khác nhau giữa HIS, APCS/SIOS/GSGW/UGS và computer installed with only system builders.
Cài đặt trên HIS hoặc Computer Installed with Only System Builders
1. Đăng nhập hệ thống dưới quyền admin.
2. Dừng tất cả các ứng dụng đang chạy, bao gồm cả các chương trình thường trú như phần mềm diệt virus.
3. Nhập thiết bị lưu trữ có chứa phần mềm CENTUM VP vào máy tính. 4. Nếu hộp thoại AutoPlay xuất hiện, hãy click vào [Run Launcher.exe]
5. Nếu hộp thoại AutoPlay không xuất hiện, sử dụng trình duyệt Explorer và kích đúp vào file Launcher.exe.
6. Sau đó menu cài đặt xuất hiện.
7. Click vào [CENTUM VP Software] trong menu cài đặt. Một thông báo khởi động lại máy tính được hiển thị.
Chú ý:
Nếu một số module redistributable cần phải có để chạy được CENTUM VP, như Microsoft.NET Framework, chưa được cài đặt, một hộp thoại thông báo hiện ra, cho phép cài đặt những module này.
Click [Install] để cài đặt. Nếu ấn [Cancel] thì việc cài đặt phần mềm CENTUM VP sẽ bị gián đoạn.
Sau đây là các modules cần cho CENTUM VP:
Microsoft.NET Framework 3.5.1.
MSXML 6.0 SP1.
Microsoft Visual C++ 2008 Redistributable Package.
OPCCOM ProxyStub.
Microsoft Hotfix.
Sau khi cài đặt những module, có thể phải khởi động lại máy tính. Phần mềm CENTUM VP tiếp tục được cài đặt sau khi đã khởi động lại máy.
2. Đăng nhập vào hệ thống với tài khoản account trước đó. Việc cài đặt CENTUM VP bắt đầu với một hộp thoại Welcome.
3. Click [Next]. Hộp thoại cho phép nhập thông tin người dùng và thư mục cài đặt xuất hiện.
Hình 2-23. Hộp thoại thông tin người sử dụng
4. Nhập tên người dùng và tên công ty/tổ chức. Nếu muốn thay đổi thư mục cài đặt, click vào [Browse] và chỉ định nơi lưu trữ mới.
5. Click [Next]. Một hộp thoại xuất hiện, cho phép chọn kiểu trạm (station type), nhập database reference, và chọn kiểu hiển thị (console type) của máy trạm.
6. Chọn kiểu máy trạm (Bảng 3.5)
Nhập vị trí của database reference (tên máy tính lưu trữ cơ sở dữ liệu dự án, project database), tối đa 15 kí tự (mặc định là tên máy tính đang dùng).
Bảng 2.5.Phần mềm được cài đặt và kiểu máy trạm
7. Chọn kiểu kiểu hiển thị (console type) của máy trạm.
Nếu trình điều khiển (driver)RASđã được cài đặt, kiểu hiển thị khi cài đặt driver được chọn là mặc định. Nếu không, mặc định sẽ là “PC”.
Khi chọn “PC”:
Mặc định, số cổng (port number) được để trống.
Khi sử dụng bàn phím vận hành (operation keyboard), chọn cổng COM mà bàn phím kết nối vào.
Khi không sử dụng bàn phím vận hành, để trống cổng COM.
Khi chọn kiểu hiển thị là solid style:
Hộp chọn Touch Pannel không được chọn cho cả màn hình mức cao và mức thấp.
Khi sử dụng Touch Pannel ở mức trên (upper level), chọn [Use Touch Pannel (Upper Level)].
Khi sử dụng Touch Pannel ở mức thấp (lower level), chọn [Use Touch Pannel (Lower Level)].
Khi sử dụng Touch Pannel ở một màn hình, chọn [Use Touch Pannel (Lower Level)].
Hình 2-25. Console loại Solid Style
Click [Next]. Nếu Touch Pannel không được dùng, hộp thoại xác nhận sau sẽ hiện ra, click [Yes] để tiếp tục cài đặt, [No] để quay lại lựa chọn màn hình.
Hình 2-26. Hộp thoại Confirm cho Touch Panel
Khi chọn màn hình loại open style console, không yêu cầu cài đặt cụ thể nào.
Hình 2-27. Màn hình kiểu Open Style Console
Hình 2-28. Xác nhận cài đặt
9. Đảm bảo các cài đặt là đúng. Click [Install] để bắt đầu cài đặt CENTUM VP
10. Khi hộp thoại cài đặt hoàn tất hiện ra, thực hiện một trong các thao tác sau:
Nếu chỉ cài đặt CENTUM VP, chọn [Yes, I want to set up IT security now], và click [Finish].
Nếu cài đặt thêm sản phẩm khác của YOKOGAWA, chọn [No, I want to install other software products] và click [Finish].
3.3. Thiết kế hệ điều khiển mức nước bình cấp
3.3.1. Khởi tạo một dự án mới
Bước 1: Mở SYSTEM VIEW CENTUMVP theo đường dẫn START/ YOKOGAWA CENTUM/ SYSTEM VIEW
Hình 2-30. Màn hình bắt đầu khởi tạo một dự án mới
Bước 2: Tạo dự án mới trên System View bằng cách chọn File/ Create New/ Project… như hình 3-18
Bước 3: Đặt tên và chọn vị trí lưu cho dự án mới
Hình 2-32. Đặt tên và chọn vị trí lưu cho dự án mới
Ta đặt tên cho dự án mới là “DUANMOI” tại vị trí “Project”. Chọn vị trí lưu trữ trên ổ đĩa tùy chọn tại “Position”. Sau đó click OK, trên System View sẽ tạo nên một dự án mới mang tên “DUANMOI”.