VI. THIẾT KẾ Mễ HèNH HỆ THỐNG VÀ TTĐ IỀU HÀNH
3. Thiết kế phần mềm quản lý, điều hành SLabS-Mining trờn PC-Server
3.3. Hoạt động trao đổi dữ liệu giữa PC-Server với trạm thiết bị chủ
MCS05
Dữ liệu trao đổi giữa PC-Server (WinCC-Server) với trạm thiết bị chủ VIAG- MCS05 cú thể phõn thành cỏc nhúm sau:
− Cỏc dữ liệu đặc tả cấu hỡnh hệ thống: bao gồm cỏc cấu trỳc dữ liệu đặc tả cấu hỡnh trạm thiết bị chủ (PLC_CFG), cấu hỡnh cỏc trạm thiết bị đo (STA_CFG), bảng tham chiếu thụng số và đơn vị đo (PAR_UN_Table), bảng tham chiếu vị trớ cỏc điểm đo (MP_LOC_Table). Cỏc dữ liệu này cần phải đồng bộ trong hai CSDL của hai hệ thống và chỉ thay đổi khi cần thiết (vớ dụ như khi phải điều chỉnh, thay đổi hoặc mở rộng cấu hỡnh hệ thống).
− Cỏc dữ liệu đặc tả cỏc nhiệm vụ giỏm sỏt, điều hành cần thực thi trờn hệ thống: cỏc cấu trỳc dữ liệu liờn quan bao gồm cấu trỳc dữ liệu đặc tả toàn bộ cỏc nhiệm vụ cần giỏm sỏt trực tuyến trong hệ thống (Project_Online), cỏc cấu trỳc dữ liệu đặc tả nhiệm vụ (Task_Task), nhúm cỏc điểm đo (Task_Group) và kiểu lưu trữ (Task_Storage) liờn quan tới cỏc nhiệm vụ cần giỏm sỏt trực tuyến. Cỏc dữ liệu này cú thể thay đổi ứng với mỗi nhiệm vụ cụ thể và phải được đồng bộ giữa hai CSDL mặc dự
− Cỏc dữ liệu lưu trữ (Archive): bao gồm cỏc CSDL lưu trữ do chương trỡnh phần mềm tự động thực hiện lưu trữ theo cỏc chu kỳ, thời điểm hoặc sự kiện lưu được cấu hỡnh, đặc tả trong cỏc nhiệm vụ giỏm sỏt trực tuyến (Project_Online) cũng như cỏc chức năng tự động lưu khỏc được cấu hỡnh trong WinCC (như
TagLogging, AlarmLogging).
− Cỏc dữ liệu hiện thời: như trạng thỏi làm việc hiện thời của trạm thiết bị chủ, cỏc thiết bị đo và cỏc điểm đo, số liệu đo hiện thời của cỏc kờnh đo phục vụ việc giỏm sỏt, điều hành, cảnh bỏo, bỏo động cũng như lưu trữ theo cỏc nhiệm vụ giỏm sỏt trực tuyến đặc tả trong CSDL (Project_Online). Cỏc dữ liệu này được cập nhật liờn tục theo chu kỳ quột nhằm nhận biết và xử lý kịp thời cỏc sự kiện và tỡnh trạng diễn ra theo thời gian thực.
Hoạt động trao đổi cỏc dữ liệu này giữa WinCC-Server và trạm thiết bị chủ VIAG- MCS05 được minh họa trờn Hỡnh 23.
Quỏ trỡnh sửa đổi, cấu hỡnh cỏc số liệu hệ thống (cấu hỡnh trạm chủ, cỏc trạm thiết bịđo) cũng như cấu hỡnh cỏc thụng sốđo cần thực hiện trờn CSDL UA và đồng bộ với CSDL của PLC trước khi thực hiện trao đổi dữ liệu thực hiện cỏc nhiệm vụ trực tuyến.
Quỏ trỡnh xõy dựng và thực hiện một hoặc nhiều nhiệm vụ trực tuyến cú thể diễn tả đơn giản qua cỏc bước sau:
Bước 1: Lập (cấu hỡnh) cỏc nhiệm vụ cần thực hiện thụng qua cỏc chức năng tạo nhúm (Task Group), tạo kiểu lưu (Task Storage) và thiết lập nhiệm vụ (Create Task) trong CSDL của phần mềm SlabS-Mining.
Bước 2: Thiết lập cỏc nhiệm vụ cần thực hiện trực tuyến và kớch hoạt cỏc nhiệm vụ này thụng qua chức năng Project–Establish trong phần mềm SlabS- Mining. Chức năng này cho phộp lựa chọn nhiều nhất 8 nhiệm vụ trong CSDL
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 65
để thực thi nhiệm vụ cũng như tự động nạp cỏc số liệu cấu hỡnh liờn quan xuống trạm thiết bị chủ PLC.
Bước 3: Kiểm tra trạng thỏi hoạt động của cỏc nhiệm vụ trực tuyến được cấu hỡnh và xõy dựng cỏc chức năng riờng cần thiết khỏc quản lý nhiệm vụ.
Hỡnh 23 : Quan hệ trao đổi dữ liệu giữa hệ thống quản lý PC-Server (WinCC) với thiết bị chủ PLC (VIAG-MCS05) PLC (VIAG-MCS05) PC-Server (WinCC) USER AR C H IVE (UA) WinCC Inte rnal/E x ternal Tags/Variables CSDL cỏc nhiệm vụ cấu hỡnh Project_Online Task_Task Task_Group Task_Storage CSDL lưu trữ Task_xxxxx TagLogging AlarmLogging CSDL hiện thời VIAG-MCS05 DCSxx Current Values CSDL cấu hỡnh hệ thống PLC_CFG STA_CFG PAR_UN_Table MP_Loc_Table
(Structured) Internal Tags/Variables
MCS05, STA0, PAR0, LOC0 PRJ0, TSK0, GRP0, STR0 DB cỏc nhiệm vụ (trực tuyến) Project_Online Task_Task Task_Group Task_Storage Storage_DB Temp_STR DB VIAG-MCS05 DCSxx Current Values (Structured) External Tags/Variables CVal, MCS05, DCSxx PLC M EMOR Y (DBxx ) System_DB (Khối dữ liệu cấu hỡnh hệ thống) PLC_CFG STA_CFG PAR_UN_Table MP_Loc_Table
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 66
3.4. Giao diện và cỏc chức năng phần mềm được xõy dựng
Phần mềm SLabS-Miningđược thiết kế trờn nền phần mềm SCADA mở SIMATIC WinCC V5 nhằm đỏp ứng yờu cầu nối ghộp, mở rộng dễ dàng hệ thống cũng như đảm bảo cỏc chức năng thiết kế, cấu hỡnh linh hoạt tựy theo ứng dụng cụ thể tại cỏc cơ sở khai thỏc hầm lũ. Mặc dầu phần mềm thiết kế cho phộp hoạt động theo mụ hỡnh 01 PC-Server với nhiều mỏy PC-Client nối mạng cục bộ, tuy nhiờn ban đầu cỏc chức năng được lập trỡnh chỉ tập trung cho thử nghiệm với 01 mỏy tớnh PC- Server.
Giao diện bố trớ sắp xếp hiển thị cỏc chức năng và thụng tin trờn màn hỡnh được thiết kế cho loại màn hỡnh 17” cài đặt ởđộ phõn giải 1024 x 768 pixels, 16 bit màu (High color) và gồm cỏc phần màn hỡnh chớnh sau:
− Phần menu: phần cỏc thanh màn hỡnh cốđịnh nằm phớa trờn cựng và ở bờn gúc trỏi màn hỡnh dựng để hiển thị tờn cỏc chức năng, cỏc biểu tượng chức năng thường dựng cho phộp dễ dàng truy cập, kớch hoạt chức năng cũng như hiển thị cỏc thụng tin khỏc như đồng hồ thời gian, tờn, phiờn bản phần mềm, thụng tin giới thiệu sản phẩm. Cỏc chức năng này cú thể dễ dàng kớch hoạt hoặc loại bỏ thụng qua chuột.
− Phần màn hỡnh làm việc (Workspace): bao gồm toàn bộ phần màn hỡnh cũn lại dựng để hiển thị cỏc cửa sổ chức năng, cỏc thụng bỏo, cảnh bỏo, bỏo động, ... Bộ mó tiếng Việt sử dụng hiện vẫn theo bảng mó TCVN3-ABC do phiờn bản phần mềm WinCC V5 chưa hỗ trợ mó Unicode. Tờn cỏc chức năng sử dụng tiếng Anh cho ngắn gọn, tuy nhiờn giải nghĩa bằng tiếng Việt cỏc chức năng này cú thể xem nhanh chúng khi di chuột tới cỏc phớm bấm (button) kớch hoạt chức năng (sử dụng chức năng Tooltip trong WinCC).
Sau đõy chỳng tụi trỡnh bày cỏc chức năng đó thiết kế theo cỏc nhúm menu hiển thị trờn màn hỡnh: Project, Tasks, System và Stations. Một số giao diện chức năng phần mềm cú thể xem trờn Hỡnh 24 và Hỡnh 25.
Project
Establish: chức năng thiết lập và theo dừi cỏc nhiệm vụ thực hiện trực tuyến (online tasks). Số lượng cỏc task trong project hiện cho phộp lớn nhất là 8. Cỏc
task được thiết lập và cho phộp hoạt động trong chức năng này sẽđược chương trỡnh tựđộng giỏm sỏt và xử lý thực thi cỏc hoạt động lưu trữ, cảnh bỏo đặc tả trong mỗi task. Ngoài ra chương trỡnh cũng tự động nạp lại dữ liệu cấu hỡnh chức năng này mỗi khi cú thay đổi hoặc khi khởi động chương trỡnh.
Settings: cỏc cài đặt liờn quan đến project như cấu hỡnh tự động cảnh bỏo khi một task gặp lỗi, cỏc giỏ trị mặc định, ...
Online Trend: hiện cửa sổ màn hỡnh đồ thị theo dừi cỏc giỏ trị đo. Cỏc giỏ trị đo này cần cấu hỡnh trước tựy thuộc vào ứng dụng và yờu cầu cụ thể. Ngoài ra chức năng này cũng được sử dụng để cấu hỡnh mặc định theo dừi cỏc kờnh đo cần giỏm sỏt chặt chẽ nhờ sử dụng chức năng Tag Logging trong WinCC.
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 67
MP C. Values: hiện bảng giỏ trịđo hiện thời của toàn bộ cỏc kờnh đo trờn cựng một trạm thiết bị đo. Cú thể sử dụng phớm tăng, giảm để truy cập tới cỏc kờnh đo trờn cỏc trạm thiết bị đo khỏc cũng như cú thể sửa đổi trực tuyến với PLC (thiết bị trạm chủ). Yờu cầu thực hiện được chức năng này là PC-Server phải kết nối trực tuyến với trạm thiết bị chủ VIAG-MCS05 qua đường truyền RS485.
Archive: hiện bảng truy cập vào cỏc dữ liệu của cỏc trường trong CSDL lưu của
task. Tasks
Task Group: tạo lập nhúm task và lưu trữ trong CSDL của User Archive dưới tờn UA mặc định: Task_Group.
Task Storage: tạo lập nhúm lưu trữ task và lưu trữ trong CSDL của User Archive dưới tờn UA mặc định: Task_Storage.
Create Task: tạo lập một task và lưu trữ trong CSDL của User Archive dưới tờn UA mặc định: Task_Storage.
Upload: hiện cửa sổ giao diện nạp cấu hỡnh task từ trạm thiết bị chủ (VIAG- MCS05) nếu kết nối đó được thiết lập thành cụng và cho phộp lưu trờn CSDL trong UA.
Download: hiện cửa sổ giao diện nạp cấu hỡnh task xuống trạm thiết bị chủ (VIAG-MCS05) nếu kết nối đó được thiết lập thành cụng và cho phộp lưu trờn CSDL trong UA.
Export: chức năng xuất dữ liệu Task trong UA ra dạng file Excel Import: chức năng nhập dữ liệu Task từ file Excel
Set Default: chức năng đặt lại toàn bộ cỏc biến (Internal Tags) liờn quan đến
Task về giỏ trịđặt mặc định.
Reset All: chức năng xúa toàn bộ cỏc biến (Internal Tags) liờn quan đến Task
về giỏ trị xúa mặc định. System
MCS Config: hiện cửa sổ màn hỡnh giao diện cho phộp cấu hỡnh trạm thiết bị PLC chủ (trong đề tài là thiết bị VIAG-MCS05). Cỏc dữ liệu cấu hỡnh sẽđược lưu trong CSDL UA dưới tờn mặc định PLC_CFG.
Settings: chức năng cho phộp đặt cỏc giỏ trị mặc định liờn quan đến trạm thiết bị chủ PLC.
Connections: chức năng hiển thị trạng thỏi cỏc kết nối giữa PC-Server (WinCC) với trạm thiết bị chủ PLC (và cỏc thiết bị khỏc nếu cú cựng nối trong mạng).
Date & Time: chức năng sửa đổi và đồng bộ thời gian hệ thống
GSC Runtime: mở cửa sổ theo dừi cỏc tỏc vụ thực hiện tựđộng trong hệ thống (Global Script Runtime)
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 68
Diagnostics: mở cửa sổ hiển thị thụng bỏo và cỏc thụng tin in ra đầu ra chuẩn
stdout như khi dựng hàm printf() trong ANSI-C.
Alarm: mở cửa sổđưa ra cỏc thụng bỏo bỏo động đó được cấu hỡnh.
Set All Default: đặt toàn bộ cỏc giỏ trị biến thẻ (internal tags) hệ thống về giỏ trị mặc định.
Stations
STA Config: mở cửa sổ cấu hỡnh trạm thiết bị đo và cho phộp lưu vào CSDL UA dưới tờn mặc định STA_CFG. Cấu hỡnh trạm thiết bị đo
MP Location: mở cửa sổ cấu hỡnh vị trớ điểm đo và cho phộp lưu vào CSDL UA dưới tờn mặc định MP_LOC.
Parameters: mở cửa sổ cấu hỡnh cỏc thụng số đo và cho phộp lưu vào CSDL UA dưới tờn mặc định PAR_UN.
Ngoài ra một số chức năng khỏc như giao diện đồ họa (hiện bản đồ giỏm sỏt cỏc điểm đo) và lập bỏo cỏo (theo mẫu của mỗi đơn vị sản xuất) cũng được phỏt triển trong quỏ trỡnh thực hiện đề tài nhằm phục vụ thử nghiệm tại phũng thớ nghiệm và đỏp ứng yờu cầu thực tế tại cơ sở thử nghiệm.
Hỡnh 24 và Hỡnh 25 trỡnh bày cỏc màn hỡnh giao diện xõy dựng cho một số chức năng như quản lý task, thụng sốđo và cấu hỡnh thiết bị đo trong phần mềm SlabS- Mining phiờn bản 1.02.
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 69
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 70
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 71
VII. THIẾT KẾ CÁC TRẠM THIẾT BỊĐO PHÂN TÁN 1. Giới thiệu chung 1. Giới thiệu chung
Trong phần trạm điều khiển phõn tỏn này chỳng tụi sẽ trỡnh bày cỏc thiết bị đầu cuối (cỏc điểm đo, thiết bị đo khớ mờtan xỏch tay) và trạm điều khiển khu vực. Quan điểm thiết kế cỏc trạm thiết bị này đó được trỡnh bày trong phần V.1.2, dưới đõy là trỡnh bày thiết kế phần cứng, thiết kế phần mềm và cỏc kết quảđó đạt được. Hệ thống được thiết kế trờn cơ sở tỡm hiểu và tham khảo cỏc hệ thống monitoring hiện cú tại TVN và hệ thống SCADA của cỏc hóng nổi tiếng giới thiệu. Ngoài ra, hệ thống cũn được thiết kế trờn cơ sở cỏc yờu cầu cụ thể của người sử dụng tại cỏc mỏ than Việt Nam. Chớnh từ cỏc yờu cầu này chỳng tụi đó đưa ra hệ thống khỏc so với hai hệ thống của nước ngoài đang lắp đặt tại Cụng ty Than Mạo Khờ.
Thay vỡ hệ thống chỉ gồm cú cỏc đầu đo (trong hệ thống của chỳng tụi thiết kế gọi là điểm đo) rồi truyền thẳng về trung tõm điều khiển thỡ chỳng tụi đó thiết kế hệ thống thờm 01 cấp nữa gọi là cấp khu vực (gọi là trạm điều khiển phõn tỏn hay trạm làm việc). Trạm điều khiển phõn tỏn được đặt tại cỏc phõn xưởng nờn giỳp cho quản đốc cỏc phõn xưởng cú thể quản lý ngay được cỏc thụng số mụi trường tại cỏc khai trường, cửa thoỏt giú thải,.. của khu vực mỡnh quản lý cho nờn rất phự hợp với thực tế và được người sử dụng đỏnh giỏ cao.
Ngoài trạm điều khiển phõn tỏn chỳng tụi cũn thiết kế thờm được thiết bị đo khớ mờtan xỏch tay, đõy là một thiết bị cũng được thiết kế thờm dựa trờn yờu cầu thực tế của người sử dụng. Thiết bị này là loại thiết bị an toàn tia lửa, dạng bảo vệ Exd “ia”I, được thiết kế theo tiờu chuẩn TCVN 7079-0 và 7079-11.
2. Thiết kế chi tiết cỏc trạm thiết bịđo
2.1. Thiết kế phần cứng trạm làm việc
Trờn cơ sở cỏc tớnh năng cần đạt được như trờn chỳng tụi đưa ra thiết kế hệ thống cho một trạm làm việc theo cỏc module với sơđồ khối như Hỡnh 26, trong đú:
Module DP dựng để giao tiếp với Trung tõm điều khiển (TTĐK) Module COMM dựng cho giao tiếp với cỏc điểm đo
Module Display dựng để hiển thị giỏ trịđo và dựng cho keyboard Module PC dựng để giao tiếp với mỏy tớnh
Trạm làm được thiết kế theo hai dạng chớnh:
− Dạng hiện đại: Dựng PLC (dựng cho những nơi cú yờu cầu đũi hỏi chất lượng cũng như tốc độ truyền thụng cao), loại này cú giỏ thành cao.
− Loại giỏ thành thấp: Dựng linh kiện rời rạc, tự thiết kế, lắp rỏp (dựng cho cỏc hệ thống yờu cầu giỏ thành thấp – low cost)
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 72
Hỡnh 26 : Sơ đồ module của một trạm làm việc
Cỏc trạm làm việc được thiết kế theo nguyờn tắc đa xử lý: Mỗi module trờn chỳng tụi đều sử dụng một vi xử lý riờng (do cỏc chip hiện đang cú tốc độ thấp). Tuy nhiờn sơđồ tổng quỏt của một trạm làm việc cú thể quy về sơđồ khối tương đương như sau (Hỡnh 27):
Hỡnh 27 : Sơ đồ khối tương đương của trạm làm việc
Đến cỏc điểm đo CPU Nguồn nuụi ROM & RAM ngoài Mỏy in Bỏo hiệu (Chuụng, đốn) Phối ghộp về TTĐK Điều chế, Giải điều chế FSK PC Kờnh truyền Hiển thị&bàn phớm Đến TTĐK Module DP Module COMM Module Display Module PC NGUỒN NUễI
Đề tài KC.03.04: Hệ thống SCADA phục vụ an toàn trong khai thỏc hầm lũ
VIELINA – Tel. (04) 7.164 855 73
Trong sơ đồ khối trờn chỳng ta thấy mỗi trạm làm việc được kết nối đến cỏc điểm đo (8 điểm) thụng qua kờnh truyền. Để đảm bảo liờn lạc tốt trờn khoảng cỏch xa (cú thể lờn tới vài km) ta sử dụng phương phỏp điều chế FSK. Tuy nhiờn phương phỏp điều chế FSK với cỏc chip hiện cú lại bị hạn chế bởi tốc độ truyền dẫn (tốc độ lớn nhất là 1200 bps), cho nờn chỳng tụi sử dụng thờm phương phỏp truyền dẫn theo chuẩn giao tiếp RS-485.
Trờn mỗi trạm làm việc cú phần hiển thị cỏc thụng sốđo lường và phần phớm điều khiển để thực hiện điều khiển cỏc cơ cấu chấp hành từ trung tõm (trạm làm việc). Hệ thống cú phần bỏo động khi cỏc thụng số đo lường đạt giỏ trị ngưỡng nguy hiểm đặt trước (theo TCVN), ngưỡng này cú thể thay đổi được tuỳ từng vị trớ và theo yờu cầu của người sử dụng. Ngoài ra trạm làm việc cũn cú thể nối vào một