4.6.1. Chức năng của mạng MODBUS RTU trong hệ thống
- Thiết bị Master: PLC Mitsubishi FX5U.
- Thiết bị Slave: Remote I/O.
- Hai thiết bị Master và Slave giao tiếp với nhau qua bằng mạng MODBUS thông qua cổng RS-485, với tốc độ 9600 bps, 8 bit dữ liệu, giao thức truyền thông là RTU. Gói tin được gửi và nhận bằng mã nhị phân.
Hình 4.5: Lưu đồ Master — Slave
Hình 4.6: Chương trình MODBUS của hệ thống
Chương trình ghi vào nhiều cuộn dây:
- Địa chỉ Slave: 01H
- Lệnh: 0FH (Write multiple coils)
- Địa chỉ MODBUS: 0
- Tổng số thiết bị: 8
- Thiết bị khởi tạo lưu trữ dữ liệu đọc: D101
- Giá trị của thành ghi D101 của Master được ghi vào địa chỉ MODBUS là 0 và 7 thiết bị tiếp sau đó của Slave có địa chỉ là 01.
Chương trình đọc từ ngõ vào:
- Địa chỉ Slave: 01H
- Lệnh: 01H (Read Coils/ đọc cuộn dây)
- Địa chỉ MODBUS: 0
- Tổng số thiết bị: 8
- Thiết bị khởi tạo lưu trữ dữ liệu đọc: D0
- Giá trị của 8 thiết bị cuộn dây bắt đầu từ địa chỉ MODBUS là 0 của Slave có địa chỉ 01 đọc vào 8 bit đầu của thanh ghi D111 của Master.
4.6.4. Lưu ý khi tạo chương trình:
• Chắc chắn kết nối điều khiển của lệnh ADPRW không tắt cho đến khi lệnh hoàn thành.
• Khi điều khiển nhiều lệnh ADPRW trong cùng một thời điểm, lệnh ADPRW tiếp theo trong chương trình phải thi hành sau khi lệnh hiện tại hoàn thành xong (Chỉ có một lệnh được thực thi tại một thời điểm).
bị “word”( D hoặc R) giống như thiết bị đích, chỉ số của bit được ấn định trong thiết bị đếm của lệnh ADPRW sẽ được viết đè lên. Vẫn còn lại bit của thiết bị từ không bị tác động.
5.1. Hệ thống điều khiển giám sát SCADA
5.1.1. SCADA là gì?
5.1.1.1. Định nghĩa
SCADA là công nghệ mà nó cho phép người sử dụng thu thập dữ liệu từ một hoặc nhiều hơn hai hệ thống từ xa và/hoặc gửi giới hạn lệnh điều khiển đến các hệ thống này.
“SCADA is the technology that enables a user to collect data from one or more distant facilities and/or send limited control instructions to those facilities.” (SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition. Tác giả Stuart A. Boyer, ISA The Instrumentation, Systems, and Automation Society; 3rd edition.)
5.1.1.2. Tính năng của hệ thống SCADA
Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:
- Kiểm soát truy cập: Người dùng được chỉ định vào các nhóm, mỗi nhóm đều được định nghĩa các quyền truy cập đọc/ghi các thông số của quá trình điều khiển trong hệ thống.
- HMI (Human Machine Interface): Biểu thị dữ liệu cho người vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: Hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng...
- Lập biểu đồ (Trending): Các sản phẩm SCADA đều hỗ trợ tiện ích lập biểu đồ.
- Điều khiển báo động (Alarm Handling): Báo động được dựa trên kiểm tra giới hạn và trạng thái được thực hiện trên các máy chủ.
- Ghi sự kiện và lưu trữ (Logging/Archiving): Sự kiện có thể được ghi theo một tần số đặt trước, hoặc khởi tạo khi có sự thay đổi, hoặc một sự kiện được chỉ định trước xảy ra.
- Xuất báo cáo (Report Generation): Báo cáo có thể xuất dưới dạng truy vấn SQL cho lưu trữ file, bảng ghi sự kiện dạng text, file sự kiện dạng html, ... Báo cáo có thể được xuất, in và lưu trữ tự động.
5.1.1.3. Một số lĩnh vực được ứng dụng SCADA
- Ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải.
- Ứng dụng trong lĩnh vực phân phối gas.
- Ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí.
- Ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển chiếu sáng.
- Ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển điện năng.
5.1.1.4. Cấu trúc hệ thống SCADA
Một mạng SCADA về bản chất là sự kết hợp của các máy chủ, máy tớ và các thiết bị thường được kết nối bởi mạng truyền thông.
Các máy chủ thông thường được đặt ở nhà máy chính/trạm chính. Chúng truyền thông tin với các bộ điều khiển cục bộ hoặc ở các vị trí xa.
Hình 5.1: Cấu trúc của một hệ thống SCADA đơn giản
5.1.1.5. Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU - Remote Terminal Unit)
RTU là đơn vị thu thập dữ liệu và điều khiển đứng độc lập, thông thường dựa trên vi xử lý, RTU giám sát và điều khiển một vị trí từ xa. Nhiệm vụ chính của RTU là điều khiển và thu thập dữ liệu từ các thiết bị tiến trình (như cảm biến, bơm, PLC,...) ở vị trí cục bộ và chuyển dữ liệu này về một trạm trung tâm (MTU hoặc Sub-MTU). Thông thường MTU còn có tiện ích là cấu hình và chương trình điều khiển có thể được tự động tải về từ vài trạm trung tâm. Cấu hình tiêu biểu của RTU như sau:
- Đơn vị điều khiển trung tâm (CPU - Central Control Unit).
- Khối vào tương tự (Analog Input Modules).
- Khối xuất tương tự (Analog Out Modules).
- Khối vào số (Digital Input Modules).
- Khối xuất số (Digital Output Modules).
- Khối giao tiếp truyền thông (Communication Interfaces).
- Bộ đếm số (Digital Counters).
5.1.1.6. Đơn vị đầu cuối chủ (MTU - Master Terminal Unit)
Tương đương với đơn vị chủ trong kiến trúc Chủ/Tớ (Master/Slave), MTU thể hiện dữ liệu cho người vận hành thông qua HMI, thu thập dữ liệu và truyền tín hiệu điều khiển với các thiết bị và nhà máy từ xa.
Chức năng cơ bản của MTU:
- Thiết lập truyền thông, bao gồm thiết lập mỗi RTU, khởi tạo RTU với các thông số đầu vào/ra, cũng như tải chương trình điều khiển và thu thập dữ liệu xuống các RTU.
- Vận hành các kết nối truyền thông, bao gồm hỏi vòng RTU dữ liệu và chuyển dữ liệu xuống RTU trong sự sắp xếp Chủ/Tớ, ghi báo động và sự kiện vào ổ cứng, liên kết ngõ vào và ra của các RTU một cách tự động.
đề có thể, cũng như chuẩn đoán các vấn đề tiềm tàng.
5.1.2. Phần mềm SCADA Wonderware InTouch:
5.1.2.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm InTouch:
InTouch là một công cụ tạo ra các ứng dụng giao diện người và máy (HMI) trong môi trường WINDOWS một cách dễ dàng và nhanh chóng. Trên thực tế, Intouch hiện đang được sử dụng trong 1/3 các nhà máy công nghiệp trên toàn thế giới, và được biết tới ở hầu hết các nước và các ngành công nghiệp. Có được sự ứng dụng rộng rãi trên là do InTouch có những đặc điểm và tính năng ưu việt sau:
1. Khả năng đồ họa với độ phân giải cao.
2. Môi trường phát triển ứng dụng có xu hướng tạo điều kiện cho nhiều người sử dụng.
3. Các ký hiệu đồ họa mang tính độc lập mạnh mẽ với việc viết code và kết nối phần cứng được tích hợp, có tính năng trong công việc duy trì hoạt động kỹ thuật thông qua tái sử dụng và tiêu chuẩn hóa.
4. Thao tác linh hoạt với tính năng viết lệnh và đồ họa hoàn hảo cho phép các kỹ sư trong quá trình vận hành và quan sát có thể nhanh chóng thay đổi chức năng ứng dụng.
5. Môi trường ứng dụng của InTouch cho phép quản lý tập trung đồng thời triển khai từ xa ứng dụng HMI tại các trạm vận hành.
6. Bên cạnh đó, Intouch còn có chức năng xử lý và giám sát dữ liệu bên trong. 7. Quan trọng nhất đó là tính năng vận hành, cung cấp, giám sát rõ ràng, chính
xác, có khả năng mở rộng dữ liệu thông tin.
InTouch có 3 thành phần chính: InTouch Application Manager, WindowMaker và WindowViewer.
• InTouch Application Manager sắp xếp các ứng dụng mà chúng ta đã tạo ra. InTouch Application Manager cũng dùng để cài đặt cấu hình cho WindowViewer như một NT service; mở ra các tiện ích DBDump databases và DBLoad databases.
• WindowMaker là môi trường tạo và phát triển cho các ứng dụng. Các đối tượng đồ họa được tạo thành rất linh hoạt, các cửa sổ hiển thị có thể kết nối với các hệ thống I/O công nghiệp và các ứng dụng khác của Windows.
• WindowViewer là môi trường thời gian thực để hiển thị các cửa sổ đồ họa đã được tạo ra trong WindowMaker. WindowViewer sẽ thực hiện các hiệu ứng InTouch QuickScripts hoàn tất quá trình ghi nhận và báo
và báo cáo các báo
động.
5.I.2.2. InTouch Application Manager:
Khi khởi động InTouch, cửa sổ Intouch Application Manager sẽ xuất hiện trước tiên, nó cho phép tạo các ứng dụng mới, mở các ứng dụng đã tạo trong WindowMaker hay WindowViewer, xóa các ứng dụng và chạy các chương trình tiện ích InTouch DBDump và DBLoad Tagname Dictionary.
Hình 5.2: Cửa sổ InTouch Application Manager
5.I.2.3. Tạo ứng dụng với WindowMaker:
Hình 5.3: Cửa sổ WindowMaker
Tạo Window trong WindowMaker. Kích chuột vào biểu tượng I—I hoặc vào File/New Window sẽ xuất hiện hộp thoại Window Properties, cài đặt thông số mong muốn như hình dưới.
WindowMaker
Gồm: lines, filled, shaped text và buton. Mỗi đối tượng cơ bản có những thuộc tính ảnh hưởng đến sự xuất hiện của chúng. Các thuộc tính đó bao gồm: line color, chiều cao, chiều rộng tính định hướng và có thể là trạng thái tĩnh hay động. Với trạng thái tĩnh đối tượng không thay đổi trong thời gian thao tác ứng dụng. Thuộc tính trạng thái động của đối tượng được liên kết với giá trị thay đổi của một biểu thức nào đó sao cho khi có sự thay đổi tương ứng trong thuộc tính của đối tượng. Ví dụ màu của một đối tượng được liên kết với một biểu thức sẽ thay đổi màu khi biểu thức thay đổi.
Hầu hết thuộc tính của các đối tượng cơ bản đề có thể được thiết lập ở trạng thái động. Một đối tượng có thể có nhiều thuộc tính động. Các thuộc tính có thể được kết hợp tùy ý để đạt kết quả mong muốn.
Đây là tiện ích giúp chúng ta tiết kiệm rất nhiều thời gian khi phát triển các giao diện cho các ứng dụng. InTouch cung cấp một số Wizard cơ bản và các tiện ích cài thêm: Khi kích vào biểu tượng trên thanh công cụ sẽ hiện ra hộp hội thoại sau:
Hình 5.4: Cửa sổ Wizard Selection
Nếu không có tiện ích này sẽ rất khó và mất nhiều thời gian để tạo được các đối tượng trên. Sau đây là một số các Wizard:
Hình 5.7: Màn hình bắt đầu
Chức năng được thiết kế cho hệ thống:
- Chức năng truy cập người dùng.
- Chức năng giám sát điều khiển cho các hoạt động thiết bị từ xa.
5.2.1. Giới thiệu về GX Work 3:
GX Work 3 là phiên bản nâng cấp thay thế cho phần mềm GX Developer lập trình cho PLC Mitsubishi các FX5U, PLC các dòng A CPU, Q CPU,...
Đặc điểm nổi trội của phần mềm là khả năng quản lý Project trực quan hơn. Người dùng có thể tùy chọn ngôn ngữ lập trình là: Ladder, Structure, FBD/LD, SFC khiến việc lập trình đa dạng hơn.
GX Work 3 có công cụ Debug và đặc biệt là Protection cũng được cải tiến với nhiều tính năng hơn. Người dùng không phải lo chương trình của mình sẽ bị can thiệp không mong muốn bởi tính bảo mật cao hơn. Áp dụng với dòng FX5U như: Password open Project, Password Reading/Writing, và thêm tính năng Protect by key.
GX Work 3 hỗ trợ cấu hình đa dạng truyền thông Ethernet, RS-485, cấu hình phát xung điều khiển vị trí, Servo, Step đơn giản hơn.
5.2.3.I. Cấu hình Module RS-232 trên mô hình:
Hình 5.11: Bộ điều khiển PLC FX5U và mô-đun RS-232 ADP
Để có thể cấu hình cho PLC và mô-đun RS-232, ta vào mục Module Configuration -> Element Section -> FX5 Series -> Communication Adapter -> FX5 232 ADP (được tô vàng trong danh sách). Kích chọn và kéo thả chuột vào mô-đun để kết nối với CPU PLC.
thông số trên hình sau. Thao tác này giúp PLC có thể truyền thông với Remote I/O qua cổng RS-485 trên PLC.
Hình 5.13: Thông số cài đặt 485 Serial Port
5.2.3.3. Cài đặt Parameter cho Ethernet:
Để GX Work 3 có thể liên kết với KepServerEX qua Ethernet, ta phải cài đặt địa chỉ IP và cấu hình cho thiết bị Ethernet.
Vào Navigation -> Parameter -> Ethernet Port. Tiến hành cài đặt thông số như trên hình sau.
Lưu ý: Địa chỉ IP có thể khác nhau tùy vào người cài đặt.
Hình 5.14: Cài đặt chỉ IP cho Ethernet Port
Sau khi cài đặt địa chỉ IP, kích chuột vào mục External Device Configuration. Chọn Ethernet Device -> SLMP Connection Module. Kết nối mô-đun SLMP với Host Station và cài đặt thông số:
❖ Protocol: TCP.
5001 khi chọn Protocol là TCP.
Hình 5.15: Cài đặt cấu hình Ethernet
5.2.4. Bảng địa chỉ I/O của chương trình điều khiến
Bảng 5.1: Danh sách địa chỉ I/O của chương trình PLC
Địa chỉ I/O Comment
M0 Check In Room 101 M1 Reset Room 101 M2 Check In Room 102 M3 Reset Room 102 M4 Check In Room 103 M5 Reset Room 103
M6 Điều khiển Gửi lệnh cho Remote I/O
M7 Điều khiển Nhận dữ liệu từ ngõ vào của Remote I/O
M10 Check In Room 201 M11 Reset Room 201 M12 Check In Room 202 M13 Reset Room 202 M14 Check In Room 203 M15 Reset Room 203
M20 Check In Room 301 M21 Reset Room 301 M22 Check In Room 302 M23 Reset Room 302 M24 Check In Room 303 M25 Reset Room 303
M26 Điều khiển Gửi lệnh cho Remote I/O
M27 Điều khiển Nhận dữ liệu từ ngõ vào của Remote I/O
M111 Set đèn Enable Room 101
M112 Set đèn Enable Room 102
M113 Set đèn Enable Room 103
M114 Set đèn hành lang tầng 1
M121 Set đèn Enable Room 201
M122 Set đèn Enable Room 202
M123 Set đèn Enable Room 203
M124 Set đèn hành lang tầng 2
M131 Set đèn Enable Room 301
M132 Set đèn Enable Room 302
M133 Set đèn Enable Room 303
M134 Set đèn hành lang tầng 3
Bảng 5.2: Danh sách địa chỉ I/O của chương trình điều khiển
Địa chỉ I/O Comment
D1011 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 101
D1012 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 102
D1013 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 103
D1014 Thanh ghi dữ liệu đèn hành lang Tầng 1
D101 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Tầng 1
D111 Thanh ghi dữ liệu đèn Status từ ngõ vào Remote I/O Tầng 1
D1021 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 201
D1022 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 202
D1023 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 203
D1024 Thanh ghi dữ liệu đèn hành lang Tầng 2
D102 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Tầng 2
D112 Thanh ghi dữ liệu đèn Status từ ngõ vào Remote I/O Tầng 2
D1031 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 301
D1032 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 302
D1033 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Room 303
D1034 Thanh ghi dữ liệu đèn hành lang Tầng 3
D103 Thanh ghi dữ liệu đèn Enable Tầng 3
5.3.1. Giới thiệu về KEPServerEX:
Máy chủ dựa trên phần mềm này được thiết kế để truyền thông một cách chính xác, cài đặt nhanh chóng, và khả năng tương tác chưa từng có giữa ứng dụng khách, thiết bị công nghiệp, và các hệ thống. Máy chủ cung cấp 1 phạm vi rộng lớn cho trình cấm và trình điều khiển thiết bị và các thành phần phù hợp với hầu hết các yêu cầu truyền thông. Trình cấm và giao diện người dùng đơn cung cấp quyền truy cập nhất quán từ các ứng dụng dựa trên các tiêu chuẩn và ứng dụng không dựa trên tiêu chuẩn với với giao diện nguyên gốc.
5.3.2. Khái niệm OPC:
OPC (OLE for Process Control) là một chuẩn phần mềm chung cho phép các phần mềm trên Windows dùng với các thiết bị phần cứng của hãng khác.
Hình 5.16: OPC Server
OPC được thực thi cho Server/Client. OPC Server là một phần mềm chuyển đổi