1 2 N Chu kỳ bus (chu kỳ TDMA)
5.4. Kỹ thuật lập trỡnh hệ thống giỏm sỏt WINCC
Một phương phỏp được ỏp dụng phổ biến khi lựa chọn một hệ thống bus là phương phỏp loại trừ dần dựa trờn cơ sở cỏc tiờu chuẩn kỹ thuật như sau:
154
• Cấu trỳc: Topology, chiều dài tối đa của mạng, số trạm tối đa trong một đoạn (segment).
• Đặc tớnh thời gian: Tớnh năng thời gian thực (đủ nhanh, kịp thời, dự đoỏn được), thời gian phản ứng tiờu biểu. • Khả năng truyền tải dữ liệu: Tốc độ tối đa và độ dài dữ liệu hữu ớch tối đa trong một bức điện (telegram).
• Đồng tải nguồn: Khả năng cung cấp nguồn của bus cho cỏc thiết bị tham gia (trạm). • Độ linh hoạt: Khả năng lắp đặt và thay thế cỏc trạm trong khi vận hành, khả năng mở rộng hệ thống (vớ dụ khi mở rộng sản xuất).
• Độ an tồn: Loại trừ khả năng gõy chỏy nổ, gõy cỏc ảnh hưởng xấu tới mụi trường xung quanh.
• Độ bền vững, tin cậy: Hoạt động ổn định trong khi cú ảnh hưởng, nhiễu từ mụi trường xung quanh.
• Chuẩn húa: Điều kiện cho khả năng tương tỏc, tớnh năng mở của hệ thống, trỏnh lạc hậu trong tương lai.
• Cụng cụ hỗ trợ: Phần mềm quản trị mạng, hỗ trợ giỏm sỏt, chẩn đoỏn sự cố. Đối với một ứng dụng cụ thể, cú thể cú nhiều giải phỏp tỏ ra thớch hợp mà chỉ khỏc nhau ở một số điểm nhỏ. Trong những trường hợp như vậy, cần phõn tớch và đỏnh giỏ một cỏch thận trọng, kỹ lưỡng. Ngay cả trong cỏc thụng số kỹ thuật tưởng chừng tương đương, nhưng lại khỏc nhau một cỏch cơ bản, vỡ thế đũi hỏi phải cõn nhắc thận trọng. Vớ dụ, khụng phải trong một lĩnh vực ứng dụng nào cũng cần một hệ thống bus cú tốc độ truyền tải dữ liệu thật cao mà yếu tố quan trọng hơn là thời gian phản ứng phải nhỏ và dự đoỏn trước được.
Trong yờu cầu mang tớnh chất kinh tế ta cần xột hai yếu tố chớnh:
• Giỏ thành tổng thể: Tổng hợp giỏ thành trang thiết bị, cụng thiết kế, lắp đặt và bảo trỡ • Hiện trạng thị trường: Cơ hội mua sắm thiết bị và dịch vụ.
Kinh nghiệm thực tế cho thấy, người sử dụng thường hay coi nhẹ việc hạch toỏn giỏ thành tổng thể trong khi quỏ tập trung vào cỏc đặc tớnh kỹ thuật và giỏ cả trang thiết bị phần cứng. Vớ dụ, trỡnh độ và kinh nghiệm sẵn cú cũng như giỏ dịch vụ thiết kế, lắp đặt và bảo trỡ đúng vai trũ rất quan trọng trong đầu tư tổng thể và lõu dài.
Trong hoàn cảnh Việt nam, việc mua sắm cỏc thiết bị, cụng cụ phần mềm cũng như cỏc dịch vụ hỗ trợ cú nhiều hạn chế, vỡ vậy yếu tố hiện trạng thị trường, kiến thức và kinh nghiệm sẵn cú ảnh hưởng lớn tới một quyết định. Tuy nhiờn, ta cũng cần thận trọng với thúi quen và sự ảnh hưởng của nhón mỏc, cũng như khụng nờn cố giữ những mặc cảm, định kiến về một hệ thống nào. Cũng như bất cứ lĩnh vực nào trong điện tử, tin học, cỏc cụng nghệ bus trường cú những đổi mới, tiến bộ khụng ngừng. Xu hướng thõm nhập của Ethernet vào cấp điều khiển và cấp chấp hành là một vớ dụ tiờu biểu.
155
BÀI 6: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SCADA TRONG CễNG NGHIỆP. 6.1. Cấu trỳc hệ thống điều khiển giỏm sỏt SCADA
Giới thiệu tổng quan
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giỏm sỏt và điều khiển cỏc quỏ trỡnh từ xa.
Người vận hành cú thể nhận biết và điều khiển hoạt động cỏc thiết bị thụng qua mỏy tớnh và mạng truyền thụng. Núi cỏch khỏc, SCADA thường được dựng để chỉ tất cả cỏc hệ thống mỏy tớnh được thiết kế để thực hiện cỏc chức năng sau:
156
Xử lý và thực hiện cỏc phộp tớnh trờn cỏc dữ liệu thu thập được. Hiển thị cỏc dữ liệu thu thập được và kết quả đó xử lý.
Nhận cỏc lệnh từ người điều hành và gửi cỏc lệnh đú đến cỏc thiết bị của nhà mỏy. Xử lý cỏc lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cỏch kịp thời và chớnh xỏc.
Cỏc hệ thống SCADA ngày nay cho phộp thu thập dữ liệu, điều khiển và giỏm sỏt trờn một phạm vi rộng lớn hơn, cú thể lờn đến hàng ngàn hay thậm chớ là cả hàng chục ngàn kờnh Input/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy cao nhờ vào cỏc giao thức mở và cỏc mạng truyền thụng như mạng Profibus, WAN, LAN, Inthernet và cả mạng Internet. Hầu hết cỏc phần mềm SCADA ngày nay đều cú hỗ trợ kết nối Internet.
1. Cấu trỳc và cỏc tiờu chuẩn của hệ thống SCADA
Trong hệ thống điều khiển giỏm sỏt, cỏc cảm biến và cơ cấu chấp hành đúng vai trũ là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quỏ trỡnh kỹ thuật. Cũn hệ thống điều khiển giỏm sỏt đúng vai trũ là giao diện giữa người và mỏy. Cỏc thiết bị và cỏc bộ phận của hệ thống được ghộp nối với nhau theo kiểu điểm – điểm (Point to Point) hoặc qua mạng truyền thụng.
157
Giao diện quỏ trỡnh: bao gồm cỏc cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và cỏc cơ cấu chấp hành.
Thiết bị điều khiển tự động: gồm cỏc bộ điều khiển chuyờn dụng (PID), cỏc bộ điều khiển khả trỡnh PLC (Programmable Logic Controller), cỏc thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và mỏy tớnh PC với cỏc phần mềm điều khiển tương ứng. Hệ thống điều khiển giỏm sỏt: gồm cỏc phần mềm và giao diện người-mỏy HMI, cỏc trạm
kỹ thuật, trạm vận hành, giỏm sỏt và điều khiển cao cấp.
Hệ thống truyền thụng: ghộp nối điểm – điểm, bus cảm biến, bus chấp hành, bus trường, bus hệ thống.
158
Để đỏnh giỏ toàn diện của một hệ thống SCADA ta cần phõn tớch những tiờu chuẩn sau: Tớnh năng thời gian thực và trao đổi thụng tin, hỗ trợ mở rộng cỏc phần mềm.
Mở rộng hệ thống, chuẩn húa giao diện quỏ trỡnh, khả năng xử lý sự cố và lưu giữ thụng tin.
Khả năng sử dụng cỏc phần mềm hỗ trợ để xõy dựng giao diện.
Khả năng kết nối dữ liệu từ cỏc mụ đun mở rộng, cỏc cảm biến, cơ cấu chấp hành. Phõn loại
Cỏc hệ thống SCADA được phõn làm bốn nhúm chớnh với cỏc chức năng:
Hệ thống SCADA mờ: Đõy là hệ thống đơn giản, nú khụng cú bộ phận giỏm sỏt. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị. Do tớnh đơn giản nờn giỏ thành thấp.
Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thụng tin thời gian thực: Đõy là hệ thống SCADA cú khả năng giỏm sỏt và thu thập dữ liệu. Nhờ tập tin cấu hỡnh của mỏy khai bỏo trước đấy mà hệ cú khả năng mụ phỏng tiến trỡnh hoạt động của hệ thống sản xuất. Tập tin cấu hỡnh ghi lại trạng thỏi hoạt động của hệ thống. Khi xảy ra sự cố thỡ hệ thống cú thể bỏo cho người vận
159
hành để xử lý kịp thời. Cũng cú thể hệ sẽ phỏt ra tớn hiệu điều khiển dừng hoạt động của tất cả mỏy múc.
Hệ thống SCADA độc lập: Đõy là hệ cú khả năng giỏm sỏt và thu thập dữ liệu với một bộ vi xử lý. Hệ này chỉ cú thể điều khiển được một hoặc hai mỏy múc. Vỡ vậy hệ này chỉ phự hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết.
Hệ thống SCADA mạng: Đõy là hệ cú khả năng giỏm sỏt và thu thập dữ liệu với nhiều bộ vi xử lý. Cỏc mỏy tớnh giỏm sỏt được nối mạng với nhau. Hệ này cú khả năng điều khiển được nhiều nhúm mỏy múc tạo nờn dõy chuyền sản xuất.
Qua mạng truyền thụng, hệ thống được kết nối với phũng quản lý, phũng điều khiển, cú thể nhận quyết định điều khiển trực tiếp từ phũng quản lý hoặc từ phũng thiết kế. Từ phũng điều khiển cú thể điều khiển hoạt động của cỏc thiết bị ở xa.
1. Mụ hỡnh phõn cấp
Việc phõn cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị. Tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoỏ và cấu trỳc hệ thống cụ thể mà ta cú mụ hỡnh phõn cấp chức năng.
Cấp chấp hành: Cỏc chức năng chớnh của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tớn hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, đa số cỏc thiết bị cảm biến hay chấp hành cũng cú phần điều khiển riờng cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chớnh xỏc và nhanh nhạy. Cỏc thiết bị thụng minh (cú bộ vi xử lý riờng) cũng cú thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thụng tin trước khi đưa lờn cấp trờn điều khiển.
Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chớnh của cấp điều khiển là nhận thụng tin từ cỏc bộ cảm biến, xử lý cỏc thụng tin đú theo một thuật toỏn nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống cỏc bộ chấp hành. Mỏy tớnh đảm nhận việc theo dừi cỏc cụng cụ đo lường, tự thực hiện cỏc thao tỏc như ấn nỳt mở/đúng van, điều chỉnh cần gạt, nỳm xoay,… Đặc tớnh nổi bật của cấp điều khiển là xử lý thụng tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành hay được gọi chung là cấp trường (Field level) chớnh vỡ cỏc bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật.
160
Cấp điều khiển giỏm sỏt: Cú chức năng giỏm sỏt và vận hành một quỏ trỡnh kỹ thuật, cú nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tỏc theo dừi, giỏm sỏt vận hành và xử lý những tỡnh huống bất thường. Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp này cũn thực hiện cỏc bài toỏn điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trỡnh tự và điều khiển theo cụng thức. Việc thực hiện cỏc chức năng ở cấp điều khiển và giỏm sỏt thường khụng đũi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài mỏy tớnh thụng thường.
161
Thụng thường người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điều khiển và giỏm sỏt. Tuy nhiờn biểu thị hai cấp trờn cựng (quản lý cụng ty và điều hành sản xuất) sẽ giỳp ta hiểu thờm một mụ hỡnh lý tưởng cho cấu trỳc chức năng tổng thể cho cỏc cụng ty sản xuất cụng nghiệp.