3.4.7 Sơ đồ đấu dây toàn hệ thống trạm Cấp phôi
CHƯƠNG 4 SCADA Hệ thống giám sát thu thập dữ liệu.
4.1 Giới Thiệu SCADA
Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu dựa trên nền tảng máy tính (SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition) đã được phát triển hơn 40 năm, từ mô hình đơn lẻ, điều hành phân tán đến kiến trúc mạng giúp truyền thông nhanh, linh động, chính xác và khoảng cách xa. Hơn nữa, SCADA đã chuyển từ độc quyền sang tiêu chuẩn hóa về phần cứng và phần mềm, sự thay đổi này giảm chi phí nâng cấp, vận hành và bảo trì cũng như cung cấp quản lý với thông tin thời gian thực hổ trợ cho việc lập kế hoạch, giám sát và ra quyết định.
Các hệ thống SCADA là thành phần rất quan trọng trong hầu hết các cơ sở hạ tầng tối quan trong của các quốc gia như:
- Nhà máy phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. - Nhà máy lọc ga, dầu và hệ thống quản lý đường ống. - Hệ thống lọc và phân phối nước.
- Hệ thống sản xuất và xử lý hóa chất.
- Hệ thống đường sắt và vận chuyển khối lượng. Các tính năng cơ bản của hệ thống SCADA: - Kiểm soát truy cập.
- MMI ( giao diện người với máy ). - Lập biểu đồ.
- Điều khiển báo động. - Ghi sự kiện và lưu trữ. - Xuất báo cáo.
4.2 Thiết Lập Mạng Truyền Thông
Sự cần thiết của mô đun truyền thông
Hình 4.1 Sự cần thiết của modle truyền thông
Hệ thống điều khiển phân bố đang được dùng rộng rãi trong sản xuất và tự động hoá quá trình. Một hệ thống điều khiển phức tạp được chia nhỏ thành nhiều hệ thống con nhỏ hơn, liên lạc trao đổi thông tin với nhau. Lúc đầu, hệ thống điều khiển chỉ hạn chế ở từng thiết bị cụ thể. Sự kết hợp giữa các thiết bị điều khiển chỉ cục bộ ở thiết bị, nhà máy và không kết nối với mạng bên ngoài. Hệ thống điều khiển bao gồm máy tính mini hoặc PLC trung tâm kết nối với một số bộ điều khiển giao tiếp với động cơ, bơm, valve, công tắc, cảm biến … Kiến trúc này thường được gọi là hệ thống điều khiển phân bố (DCS - Distributed Control System). Các hệ thống đó thường được giới hạn ở các vị trí gần nhau, thông thường được kết nối với nhau sử dụng mạng cục bộ (LAN – Local Area Network). Khi có yêu cầu cần thiết cho sự vận hành mạng này, công ty hoặc nhà cung cấp phát triển các giao thức truyền thông của riêng họ, nhiều trong số đó là độc quyền.
Hệ thống điều khiển phân bố có ưu điểm:
khởi động độc lập và đồng thời các phần của hệ thống.
xử lý song song
thời gian tác động ngăn hơn
giảm tải cho các bộ xử lý
hệ thống có thể hoạt đông khi một hệ con gặp trục trặc.
Khi tính năng kĩ thuật của máy tính, hệ điều hành và mạng được cải tiến, thúc đẩy yêu cầu giám sát trạng thái, vận hành các thiết bị, nhà máy từ xa theo thời gian thực. Cũng như, nhiều công ty có các thành viên hoặc chi nhánh hoạt động ở vùng địa lý cách biệt nhau, yêu cầu thu thập dữ liệu từ xa, điều khiển và bảo trì trở nên hấp dẫn từ lập trường quản lý và chi phí. Những khả năng này được biết như sự tập hợp của giám sát điều khiển và tập hợp dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA)
Các loại mạng truyền thông trong công nghiệp của Mitsubishi.
Loại Mạng chính Tóm tắc
Mức máy tính
Truyền
thông tin Enthernet
Được sử dụng thể thu thập hiện trạng sản xuất nhầm quản lý nhà máy và điều khiển sản xuất.
Mức độ điều khiển Điều khiển giữa các máy Mạng bộ điều khiển CC- Link IEC
Kết nối các thiết bị sản suất khác nhau. Các thiết bị lien kết có công suất lớn được sử dụng để cung cấp truyền thông tin dữ liệu tốc độ cao. Truyền thông giữa các bộ điều khiển trong thời gian phù hợp để truyền dữ liệu lien quan trực tiếp đến vận hành máy. Mức thiết bị Điều khiển I/O Điều khiển an toàn Điều khiển chuyển động. Mạng theo vùng CC- Link IEF
Mạng theo vùng có tốc độ cao, công suất lớn để xử lý kết hợn dữ liệu điều khiển máy và dữ liệu quản lý.
CC-Link
Cung cấp truyền thông trong thời gian thực giữa các bộ điều khiển máy và ổ đĩa. Điều khiển và truyền thông có thể được xử lý đồng thời.
Có hai phương pháp truyền thông được sử dụng :
Phương pháp truyền dữ liệu theo chu kỳ.
Phương pháp truyền dữ liệu nhất thời.
Phương pháp Tổng quan về truyền thông dữ liệu Chương trình gửi/nhận dữ liệu
truyền dữ liệu theo chu kỳ
Theo chu kỳ tự động gửi và nhận dữ liệu trong các khu vực được chỉ định bởi thông số mạng.
Không cần thiêt ( gửi và nhận dữ liệu dựa vào thông số mạng ).
truyền dữ liệu nhất thời
Gửi và nhận dữ liệu giữa các lần theo chu kỳ, chỉ khi có yêu cầu truyền thông giữa các PLC trong mạng.
Cần thiêt ( gửi và nhận dựa vào các lệnh trong chương trình ).
Bảng 4.2 Phương pháp truyền thông
4.2.1 Mạng Truyền Thông CC-Link
Một mạng CC-Link về bản chất là sự kết hợp của các trạm chủ, trạm tớ và các trạm điều khiển thiết bị được kết nối truyền thông bằng cáp CC-Link chuyên dụng. Kích cỡ và độ phức tạp phụ thuộc vào ứng dụng,kích thước của cáp nhỏ gọn tiện ích,thương mại sử dụng.
Một Cấu Trúc Mạng CC-Link
No. Station type Số lượng module kết nối tối đa
(1) Master station 1 module trong một hệ thống mạng
(2) Local staion
26 module
64 module (3) Intelligent device station
(4) Remote device station 64 module
(5) Remote I/O station 64 module
Bảng 4.3 Số lượng module cấu hình trong mạng CC-Link
Chiều dài tối đa cho cáp mạng CC-Link
Hình 4.3 Chiều dài cấu hình mạng CC-Link
Tốc độ truyền Chiều dài Station đến station Chiều dài tối đa 156 kbps
20cm hoặc dài hơn
1200m
625 kbps 900m
2.5 Mbps 400m
5 Mbps 160m
10 Mbps 100m
Bảng 4.4 Bảng Tốc độ truyền dẫn và đường truyền cáp tối đa
Sơ đồ kết nối cáp cho các module CC-Link
- Kết nối điện trở đầu cuối cho 2 tiếp điểm DA và DB.
- Kết nối dây chống nhiễu vào tiếp điểm SLD, Cáp nối đất ở 2 hai trạm đầu cuối có điện trở đất 100 ohm hoặc nhỏ hơn.
Các chế độ truyền thông của CC-Link
Mode Ứng Dụng Trạm tớ có thể kết nối
Remote net Ver.1 mode Để cấu hình cho một hệ thống mới
Ver.1-compatible slave station
Remote net Ver.2 mode
Để cấu hình cho hệ thống
có bao gồm Ver.2-
compatible slave station Cần nhiều point hơn chế độ Remote net Ver.1
Ver.1-compatible slave
station and Ver.2-
compatible slave station
Remote device net Ver.1 mode
Để cấu hình cho hệ thống chỉ có Ver.1-compatible remote station
Cần điều khiển nhiều thiết bị hơn chế độ Remote net Ver.1-compatible
Ver.1-compatible remote station
Remote device net Ver.2 mode
Để cấu hình hệ thống với Ver.1-compatible remote
station và Ver.2-
compatible remote station.
Ver.1-compatible remote
station and Ver.2-
compatible remote station
Remote I/O net mode Để cấu hình hệ thống chỉ
có Remote I/O station. Remote I/O station
Bảng 4.5 Bảng Chế độ Truyền Thông của CC-Link
4.2.2 Mạng Truyền Thông CC-Link IEF
Về cơ bản mạng truyền thông CC-Link IEF là tương tự như mạng truyền thông CC-Link, phương thức truyền thông điều tượng tự. Mạng CC-Link IEF có số lượng dữ liệu và khoảng cách truyền dữ liệu hơn nhiều so với CC-Link. Có một số điểm khác biệt về cấu hình hệ thống.
Hình 4.5 Kết nối mạng CC-Link IEF
CC-Link IE Field có thể sử dụng chuẩn giao thức Ethernet . Tuy nhiên một hệ thống mạng với giao thức khác với FTP, HTTP và SLMP cũng có thể được cấu hình.
Hình 4.6 Giao thức mạng đặc biệt
Topo mạng CC-Link IE Field Topo dạng tuyến: đấu dây gọn nhẹ nhất, nhưng lỗi trên đường dây hoặc lỗi ở trạm có khả năng ảnh hướng đến toàn bộ mạng.
Topo dạng Sao : Cấu hình mạng qua Hub trung tâm. Có khả năng mở rộng cao, Có thể kết hợp với Topo dạng tuyến, lỗi đường dây hay lỗi ở trạm ít có khả năng ảnh hướng đến toàn bộ mạng. Nhưng đấu dây
cồng kềnh cần nhiều thiết bị hơn. Hình 4.8 Topo dạng sao Topo dạng vòng : Cấu Topo dạng vòng : Cấu
hình mạng có độ tin cây cao. Mạng được cấu hình dạng vòng, Lỗi đấu dây và lỗi trạm ít có khả năng ảnh hưởng
đến toàn bộ mạng. Hình 4.9 Topo dạng vòng
4.2.3 Sử dụng MELSOFT Navigator
MELSOFT Navigator là phần mềm quản lý hệ hệ thống của Mitsubishi cung cấp kèm theo các phần phần lập trình hiện tại. MELSOFT Navigator cung cấp trình quản lý hệ thống với giao diện hình ảnh dễ hiểu thân thiện người dùng. Phần mềm quản lý các ứng dụng như GX Works 3, GX Works 2, MT deverlop2, GT Designer 3, RT ToolBox 3 cùng với đó là quản lý cơ sở dữ liều cho hệ thống.
Hình 4.10 Melsoft Navigator
Trên MELSOFT Navigator ta có thể cấu hình hệ thống mạng truyền thông một cách đơn giản và trực quan một hệ thống mạng truyền thông, quản lý cơ sở dữ liệu dễ dàng sử dụng.
Hình 4.11 Quản lý dữ liệu dễ dàng workspace
Tại cửa số Workspace tất cả dữ liệu và các project hệ thống trong nhà máy điều được lưu trữ.
Cấu hình lớp mạng cục bộ giao tiếp giữa các PLC và PC.
Hình 4.12 Cấu hình giao tiếp giữa plc và pc
Lớp cấu hình này giúp giao tiếp giữa PLC và PC trực tiếp, có độ tin cậy cao, đồng thời có thể kết nối với nhiều bộ PLC thông qua HUB.
Cấu hình hệ thống truyền thông CC-Link IE Field
CC-Link IE Fiel như đã nói ở phía trên giao tiếp với nhau bằng module RJ71. Lớp truyền thông này dung để thu tập dữ liệu của các trạm cục bộ về trạm chủ với lưu lượng lớn, nhiều dữ liệu được truyền và nhận.
Hình 4.14 Cấu hình hệ thống truyền thông CC-Link IE Field
Sau cùng là cấu hình lớp truyền thông CC-Link
Hình 4.15 Lớp cấu hình CC-Link
Lớp truyền thông này sử dụng để truyền nhận những dữ liệu nhỏ và chủ yếu là để điều khiển các thiết bị trường.
Kết của của hệ thống truyền thông thu thập dữ liệu đã được thiết kế trên phần mền MELSOFT Navigator.
Mô hình hệ thống có 3 Station :
- Station 1 : IP 10.1.1.240, Trạm Master CC-Link IE Field N0.0. Trạm Local CC- Link N0.02
- Station 2 : IP 10.1.1.230. Trạm Local CC-Link IE Field No.01. Trạm Master CC- Link No.0.
- Station 3: IP 10.1.1.220. Trạm Local N0.02 CC-Link IE Field. Trạm Local CC- Link N0.01.
Hình 4.16 Kết nối truyền thông của các trạm
N0. Module Station Station Style
RX/RY Setting RWw/RWr Setting
Points Start End Points Start End
0 RJ71EN71 0 Master
1 RJ71EN71 1 Local 256 00 FF 256 00 0FF
2 RJ71EN71 2 Local 256 100 1FF 256 100 1FF
Bảng 4.6 Bảng refesh data CC-Link IE Field
N0. Module Station Station Style
RX/RY Setting RWw/RWr Setting
Points Start End Points Start End
0 RJ71BT11 0 Master
1 RJ71BT11 1 Local 32 00 1F 3 00 03
2 RJ71BT11 2 Local 32 20 3F 3 04 08
Bảng 4.7 Bảng Data refesh CC-Link
Hình 4.17 Phương thức truyền thông dữ liệu
Phương thức truyền thông dữ liệu : dữ liệu truyền thông RY và RWw, dữ liệu nhận RX và RWr.
Hình 4.18 Ví dụ phương thức truyền thông
Mô tả các truyền thông dữ liệu : sau mỗi chu kì truyền thông dữ liệu truyền thông sẽ được truyền đi. Sau khi nhận được tính hiệu yêu cầu truyền thông ( Send request ), dữ liệu truyền thông thanh ghi W0 từ trạm Master được truyền đến thanh ghi W1000 của trạm local. Y1000 trạm master lên mức 1 X1000 trạm local lên mức 1, plc trạm local nhận được dữ liệu thanh ghi từ trạm master.
4.3 Giới thiệu phần mềm SCADA MC Works 64
4.3.1 MC Works 64 là gì ?
Mitsubishi SCADA MC Works64 cung cấp một hệ thống kiểm soát giám sát có chức năng cao cùng với các sản phẩm tự động hóa nhà máy.
MC Works64 cung cấp các giải pháp cho nhiều nhu cầu trong giám sát kiểm soát như :
Có thể khó biểu diễn hiệu quả thiết bị giám sát chỉ sử dụng đồ họa 2D. Mặt khác, đồ họa 3D có thể tăng cường khả năng hiển thị với màn hình hiển thị nổi. Đồ hoạ 3D cho phép bạn có chế độ theo dõi từ nhiều góc độ khác nhau. Điều này cho phép bạn biết được tình trạng của thiết bị một cách nhanh chóng và chính xác, có quan điểm giám sát bản năng và làm cho điều khiển trực quan.
Hình 4.19 Khả năng hiển thị
Bạn có thể tạo đồ hoạ 2D và 3D có độ nét cao. Mặt khác, đồ họa 3D có thể nâng cao tầm nhìn với màn hình hiển thị nổi. Bạn có thể kiểm soát sự phóng to, giảm, xoay và di chuyển song song của đồ hoạ 3D để giám sát bất cứ thứ gì; từ cơ bản như một toàn thể cho từng chi tiết thiết bị. Khi một báo động xảy ra, bạn có thể phóng to đến phần có vấn đề của thiết bị. Do đó, bạn không cần di chuyển từ một màn hình hiển thị màn hình khác, theo dõi các thiết bị mà không bị gián đoạn bởi sự di chuyển song song. Bạn có thể sử dụng đồ họa 2D cho màn hình hiển thị thời gian thực để xem điều kiện của thiết bị, hoạt động và dữ liệu đo. Bạn có thể nhập dữ liệu 2D và 3D CAD để tạo đồ hoạ.
Thư viện biểu tượng có hơn một nghìn loại biểu tượng 2D và 3D có độ nét cao bao gồm nhiều ngành công nghiệp bao gồm xử lý nước, quản lý tòa nhà, thực phẩm, hóa chất và hơn thế nữa. Một số chức năng hình động cũng được tạo sẵn. Bạn có thể đăng ký một Tag vào một biểu tượng để thay đổi màu sắc và số hiển thị, giảm công sức để tạo ra một mô hình.
4.3.1.2 Nâng cao độ tin cậy.
máy chủ dự phòng để nâng cao độ tin cậy của hệ thống và giảm tải truyền thông trên mạng. Có thể thể hiện một cấu hình phù hợp với kích thước hệ thống, từ một hệ thống độc lập đến một hệ thống quy mô lớn. Xây dựng một hệ thống đáng tin cậy và tiếp tục hoạt động ngay cả trong những thời điểm có vấn đề.
Hình 4.20 Độ tinh cậy mạng truyền thông
4.3.1.3 Giảm lao động kỹ thuật.
Có các danh sách các thiết bị khác nhau có sẵn để tự động tạo ra đồ họa, các chương trình, và các cài đặt Tag OPC. Công cụ hỗ trợ thiết kế ngăn cài đặt Tag không chính xác, do đó làm tăng chất lượng thiết kế. Các mẫu tiêu chuẩn tạo điều kiện thuận lợi cho việc sắp xếp hệ thống.
4.3.1.4 Kiểm soát năng lượng.
Bằng cách giám sát mức tiêu thụ năng lượng, việc sử dụng năng lượng có thể giảm theo thời gian. Tiêu thụ năng lượng có thể được hình dung thông qua việc tích hợp thiết bị đo lường năng lượng của Mitsubishi Electric và AX Energy; công cụ phân tích và phân tích năng lượng.
Các thiết bị tiết kiệm năng lượng của Mitsubishi Electric, bao gồm cả Biến tần với điều khiển động cơ nâng cao, sẽ giảm tiêu thụ năng lượng tại nhà máy của bạn.
Hình 4.21 kiểm soát năng lượng
4.3.1.5 Dự phòng bão dưỡng
Mô đun giao diện MES của Mitsubishi Electric có thể được sử dụng để thu thập thông tin về kiểm soát sản xuất. Cơ sở AX sau đó có thể hiển thị và phân tích thông tin chẩn đoán và thông lỗi thiết bị. Các sản phẩm này tự động thu thập thông tin về tình