V. CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
1. Cơ sở, quan điểm thiết kế cỏc thành phần trong hệ thống
1.1. Cơ sở chung thiết kế hệ thống
Cỏc vấn đề về cơ sở khi thiết kế hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ đó được đặt ra như sau:
Tớnh mở của hệ thống: cho phộp mở rộng, nối ghộp thờm cỏc loại thiết bị khỏc nhau và phỏt triển thờm cỏc chức năng phần mềm quản lý, điều hành chung trờn cựng hệ thống. Ngoài ra hệ thống cũng cần sử dụng cụng nghệ tiờn tiến phự hợp với xu thế phỏt triển trong tương lai.
Tớnh linh hoạt của hệ thống: hệ thống phải cho phộp dễ dàng loại bỏ cỏc thành phần trong hệ thống phự hợp với yờu cầu thực tế trong khai thỏc hầm lũ cũng như dễ dàng thay đổi, mở rộng hệ thống, quản lý và cấu hỡnh lại hệ thống tựy vào điều kiện của cơ sởứng dụng
Tớnh đa dạng trong truyền thụng: hệ thống phải hỗ trợ nhiều mụi trường truyền thụng khỏc nhau như dựng dõy dẫn điện (Profibus, cỏp điện thoại, ...), cỏp quang (Profibus), súng vụ tuyến (radio)
Tớnh thống nhất: thể hiện trong xõy dựng cỏc giao diện phần mềm, giao thức truyền thụng giữa cỏc trạm làm việc trong hệ thống
Tớnh thớch ứng: hệ thống phải là một bộ phận trong hệ thống tựđộng húa quản lý, điều hành chung của toàn mỏ sau này
Trờn cơ sở những yờu cầu đặt ra khi thiết kế hệ thống, chỳng tụi đưa ra cỏc tiờu chớ nhằm xõy dựng mụ hỡnh tổng thể chung như sau:
Hệ thống xõy dựng trờn cơ sở mụ hỡnh phõn cấp, theo đú được phõn thành hai cấp sau:
Cấp điều hành quản lý: bao gồm hệ thống trạm chủđặt tại TT điều hành SX và cỏc mỏy tớnh được phộp truy cập tới dữ liệu trờn trạm chủ thụng qua mạng LAN.
Cấp thiết bị: Trạm thiết bị đo phõn tỏn (đo, cảnh bỏo và điều khiển) đặt trong hầm lũ (thiết bị cần thiết phải đảm bảo được cỏc yờu cầu về phũng chống chỏy nổ và làm việc trong điều kiện khắc nghiệt)
Chức năng của trạm chủ:
Quản lý: lưu trữ cỏc dữ liệu liờn quan phục vụ việc bỏo cỏo, tổng hợp, phõn tớch cũng như là nguồn cung cấp dữ liệu cho cỏc hệ thốngkhỏc, ...
Giỏm sỏt, cảnh bỏo: giỏm sỏt hoạt động của cỏc trạm phõn tỏn, tỡnh hỡnh tại cỏc khu vực, cảnh bỏo cỏc nguy cơ cú thể xảy ra
Điều hành: cỏc hoạt động phũng ngừa, truyền thụng, thay đổi cỏc tham số điều hành, thụng số phục vụ quản lý cỏc trạm, đặt cỏc chế độ làm việc cho cỏc trạm thiết bị phõn tỏn
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 37
Chức năng của cỏc trạm thiết bị đo phõn tỏn:
Hoạt động: độc lập trong mạng (cần cú nguồn dự phũng trong trường hợp mất điện)
Đo lường: cỏc thụng sốđược chỉđịnh, khả năng mở rộng số lượng cỏc điểm đo và nối ghộp mạng cỏc đầu đo
Cảnh bỏo: tại chỗ và từ xa thụng qua tớn hiệu cũi, đốn, ... Điều khiển: cỏc đối tượng (quạt giú, khe giú, ...)
Giao tiếp truyền thụng: đa dạng theo mụ hỡnh phõn cấp sử dụng
Cung cấp cỏc dịch vụ cho phộp trạm chủ truy cập, kiểm soỏt cỏc dữ liệu được phộp và cho phộp trạm chủ tựđộng nhận biết khi cú trạm thiết bị mới hoạt động trong mạng
Khả năng giao diện (chỉ thị cỏc số liệu đo) tại chỗ thụng qua màn hỡnh tinh thể lỏng, LED hoặc qua thiết bị cầm tay cắm thờm vào khi cần
Khả năng mở rộng hỗ trợ truyền õm thanh Yờu cầu về cụng nghệ truyền thụng:
Dữ liệu truyền qua mạng đảm bảo an toàn trong khoảng cỏch truyền lớn Đường truyền: Dõy dẫn điện, cỏp quang, khụng dõy (radio)
Trao đổi dữ liệu: giữa cỏc trạm (trạm chủ với cỏc trạm phõn tỏn), truyền õm thanh (tựy chọn)
Cụng nghệ truyền thụng hỗ trợ:
Dõy dẫn điện: như mạng Profibus phục vụ truyền dữ liệu tốc độ cao Mạng thoại: truyền dữ liệu + õm thanh
Cỏp quang: hỗ trợ truyền dữ liệu + õm thanh, hỡnh ảnh Vụ tuyến: radio truyền dữ liệu + õm thanh, hỡnh ảnh Phần mềm:
Cơ sở xõy dựng: phần mềm hệ thống mở (như SIMATIC WinCC, Protool Pro) cho phộp quản lý và điều hành tập trung cũng như dễ dàng nối ghộp với cỏc hệ thống khỏc
Xõy dựng cỏc giao thức truyền thụng thống nhất thụng qua phỏt triển cỏc dịch vụ trao đổi dữ liệu giữa trạm chủ với cỏc trạm phõn tỏn qua cỏc mụi trường truyền thụng khỏc nhau
Xõy dựng cơ sở dữ liệu quản lý và điều hành
Xõy dựng phương thức quản lý cỏc thụng số và cỏc trạm theo mó (Cỏc thụng sốđo, vị trớ đặt điểm đo, trạm thiết bịđo)
Phần mềm trờn trạm chủ: Tự động nhận biết cỏc trạm làm việc, cho phộp cấu hỡnh dễ dàng cỏc trạm mới
Phần mềm trờn trạm phõn tỏn: cung cấp kịp thời cỏc dịch vụ khi trạm chủ yờu cầu, thực hiện việc đo và cảnh bỏo độc lập với việc điều hành, giỏm sỏt của trạm chủ
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 38
1.2. Quan điểm thiết kế hệ thống thiết bịđo phõn tỏn
Quan điểm thiết kế trạm điều khiển khu vực
Trạm điều khiển khu vực (hay trạm làm việc - workstation) là một trạm con nằm trong hệ thống SCADA tổng thể (đõy là phần thiết kế thờm so với đăng ký ban đầu của đề tài, xuất phỏt từ nhu cầu thực tế của người sử dụng) sẽ phụ trỏch một khu vực khai thỏc xỏc định – dựng cho cỏc phõn xưởng, do đú trạm làm việc cần cú cỏc chức năng chớnh như sau:
+ Mỗi trạm làm việc quản lý được 8 điểm đo (cú thể mở rộng thành 16 điểm)
+ Số liệu tại cỏc điểm đo cú thểđọc được dễ dàng, dễ sử dụng.
+ Cú tớnh mở: cú thể kết nối vào hệ thống lớn, cú thể làm việc độc lập, cú thể thờm bớt cỏc tớnh năng một cỏch dễ dàng
+ Việc truyền tớn hiệu đi xa cú thể dựng: hữu tuyến (cỏp quang, đường điện thoại) hoặc vụ tuyến
+ Cú khả năng tớch hợp với cỏc hệ thống thụng tin khỏc trong mỏ (vớ dụ thụng tin liờn lạc)
+ Mỗi trạm cú thể kết nối vào một mỏy tớnh để quản lý và lưu trữ số liệu của khu vực mỡnh quản lý.
+ Trạm làm việc tự xỏc định được cú bao nhiờu điểm đo hiện đang nối vào Quan điểm thiết kếđiểm đo
Điểm đo được đặt ở những vị trớ cần theo dừi như cỏc cửa thoỏt giú, cỏc khai trường, ... Do đú, quan điểm thiết kế mạch cho cỏc điểm đo của chỳng tụi là:
+ Cú thểđo và giỏm sỏt được 8 (hoặc nhiều hơn) thụng số: Nồng độ khớ CH4, COx, nhiệt độ, độẩm, tốc độ giú, lưu lượng giú, ....
+ Kết quảđo lường được truyền về trạm làm việc
+ Việc cảnh bỏo được thực hiện tại chỗ và truyền về trạm làm việc
+ Cú thể tự ra lệnh điều khiển cơ cấu chấp hành hoặc nhận lệnh từ trạm làm việc hoặc TTĐK đưa tới.
Quan điểm thiết kế mỏy đo cầm tay
Sau khi đi khảo sỏt chỳng tụi thấy rằng nhu cầu về hệ thống đo chưa bức bỏch như cỏc thiết bị đo khớ nhanh (mỏy đo cầm tay) nờn chỳng tụi đó nghiờn cứu chế tạo thiết bị đo khớ mờtan cầm tay. Qua tỡm hiểu thực tế yờu cầu của người sử dụng về thiết bị đo và cảnh bỏo khớ mờtan cầm tay chỳng tụi đưa ra cỏc quan điểm thiết kế thiết bị như sau:
+ Thiết bị phải làm việc chớnh xỏc, độ tin cậy và độ an toàn cao
+ Số liệu đo được phải dễđọc và phự hợp với tiờu chuẩn Việt Nam
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 39
+ Nguồn nuụi phải đảm bảo làm việc liờn tục được ớt nhất là 8 giờ (1 ca sản xuất)
+ Giỏ thành vừa phải
Ngoài ra cũn yờu cầu tớch hợp thờm việc đo cảnh bỏo CO2; CO; nhiệt độ; ...