3.4.1. Giỏm sỏt mất đƣờng truyền
- Giỏm sỏt mất kết nối IP đến cỏc thiết bị trờn mạng, bao gồm PLC, mỏy tớnh ... và phỏt cảnh bỏo đến ngƣời sử dụng qua hỡnh ảnh và õm thanh.
3.4.2. Giỏm sỏt cảnh bỏo, trạng thỏi
- Giỏm sỏt tức thời theo thời gian thực tất cả cỏc sự kiện cảnh bỏo/ xoỏ cảnh bỏo lấy từ cỏc cảm biến của trạm xa. Cỏc cảnh bỏo đƣợc thể hiện bằng màu sắc và õm thanh dễ nhận biết. Cho phộp giỏm sỏt trờn sơ đồ mặt bằng thực của hiện trƣờng. Mỗi cảnh bỏo đƣợc phõn theo 3 cấp quan trọng ứng với 3 màu sắc khỏc nhau.
3.4.3. Đo đạc cỏc thụng số từ xa
- Đo đạc chớnh xỏc cỏc thụng số mụi trƣờng, thụng số điện, ... và gửi giỏ trị đo đƣợc về trung tõm khi cú yờu cầu.
- Gửi tức thời sự kiện cảnh bỏo/ xoỏ cảnh bỏo về trung tõm khi giỏ trị vƣợt ra ngoài mức ngƣỡng cảnh bỏo.
3.4.4. Điều khiển tự động
- Tự động điều khiển theo tỡnh huống, sự kiện: Bộ điều khiển Logic cú khả năng tự động điều khiển cỏc thiết bị tuỳ theo cỏc sự kiện hoặc tổ hợp cỏc sự kiện lấy từ cỏc cảm biến, đầu đo giỏ trị mà ngƣời sử dụng đặt ra.
- Tự động điều khiển theo lịch: ngƣời sử dụng cú thể đặt chế độ hoạt động của cỏc thiết bị theo thời gian trong ngày hoặc theo chu kỳ lặp đi lặp lại.
3.4.5. Điều khiển từ xa
Ngƣời sử dụng từ trung tõm cú thể ra lệnh điều khiển từ xa cỏc thiết bị của trạm bằng phần mềm.
3.4.6. Chức năng tra cứu lý lịch sự kiện
Cỏc sự kiện từ tất cả cỏc trạm gửi lờn đều đƣợc lƣu lại trong cơ sở dữ liệu của hệ thống, giỳp cho ngƣời sử dụng dễ dàng tra cứu lại. Chƣơng trỡnh hỗ trợ tra cứu theo nhiều lựa chọn: theo thời gian, theo trạm, theo cấp cảnh bỏo, theo loại cảnh bỏo, ...
3.5. THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN LOGIC
3.5.1. Chọn sử dụng PLC
Theo yờu cầu của hệ thống tụi chọn sử dụng 1 PLC S7-300 CPU 314C-2DP với cỏc đặc tớnh nhƣ phần cấu hỡnh, hỡnh 3.15 trờn (cú thể ghộp nối mở rộng tựy theo sự phỏt triển, mở rộng cỏc chức năng điều khiển giỏm sỏt):
3.5.1.1. Module CPU
Module CPU là module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, cỏc bộ định thỡ, bộ đếm, cổng truyền thụng (RS 485) … và cú thể cũn cú một vài cổng vào/ra số. Cỏc cổng vào/ra số cú trờn module CPU đƣợc gọi là cổng vào/ra
onboard nhƣ CPU 314IFM.
Trong họ PLC S7-300 cú nhiều loại module CPU khỏc nhau. Núi chung chỳng đƣợc đặt tờn theo bộ vi xử lý cú trong nú nhƣ module CPU312, module CPU314, module CPU315….
Những module cựng sủ dụng một lọai bộ vi xử lý, nhƣng khỏc nhau về cổng vào/ra onboard cũng nhƣ cỏc khối hàm đặc biệt đƣợc tớch hợp sẵn trong thƣ viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng cỏc cổng vào/ra onboard này sẽ phõn biệt với nhau trong tờn gọi bằng cỏch thờm cụm chữ cỏi IFM (Intergrated Function Module). Vớ dụ module CPU313IFM, module CPU314IFM…
Ngoài ra, cũn cú cỏc loại module CPU với hai cổng truyền thụng, trong đú cổng truyền thụng thứ hai cú chức năng chớnh là phục vụ việc nối mạng phõn tỏn nhƣ mạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Tất nhiờn kốm theo cổng truyền thụng thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thớch hợp cũng đó đƣợc cài sẵn trong hệ điều hành. Cỏc lọai module CPU này đƣợc phõn biệt với cỏc lọai module CPU khỏc bằng cỏch thờm cụm từ DP (Distributed Port). Vớ dụ nhƣ module CPU315-2DP.
3.5.1.2. Cỏc loại module mở rộng
- PS (Power Supply): Module nguồn nuụi, cú 3 lọai 2A, 5A và 10A. - SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tớn hiệu vào/ra, gồm cú: + DI (Digital Input): Module mở rộng cổng vào số với số lƣợng cổng cú thể là 8, 16 hoặc 32 tựy theo từng loại module. Gồm 24VDC và 120/230V AC.
+ DO (Digital Output): Module mở rộng cổng ra số với số lƣợng cổng cú thể là 8, 16 hoặc 32 tựy theo từng loại module. Gồm 24VDC và ngắt điện từ.
+ DI/DO (Digital Input/Digital Out): Module mở rộng cổng vào/ra số với số lƣợng cổng cú thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tựy theo từng loại module.
+ AI (Anolog Input): Module mở rộng cổng vào tƣơng tự. Về bản chất chỳng là những bộ chuyển đổi tƣơng tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tớn hiệu tƣơng tự đƣợc chuyển đổii thành một tớn hiệu số (nguyờn) cú độ dài 12 bits. Số cỏc cổng vào tƣơng tự cú thể là 2, 4 hoặc 8 tựy theo loại module. Tớn hiệu vào cú thể là ỏp, dũng, điện trở.
+ AO (Anolog Output): Module mở rộng cổng ra tƣơng tự. Chỳng là những bộ chuyển đổi tƣơng tự số 12 bits (DA). Số cỏc cổng ra tƣơng tự cú thể là 2, 4 hoặc 8 tựy theo loại module. Tớn hiệu ra cú thể là ỏp hoặc dũng.
+ AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module mở rộng cỏc cổng vào/ra tƣơng tự. Số cỏc cổng tƣơng tự cú thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tựy theo từng loại module.
- IM (Interface Module): Module ghộp nối. Đõy là lại module chuyờn dựng cú nhiệm vụ nối từng nhúm cỏc module mở rộng lại với nhau thành một khối và đƣợc quản lý chung bởi một module CPU. Thụng thƣờng cỏc module mở rộng đƣợc gỏ liền với nhau trờn một thanh đỡ gọi là rack. Trờn mỗi thanh rack chỉ cú thể gỏ tối đa 8 module mở rộng (khụng kể module CPU, nguồn nuụi). Một module CPU S7-300 cú thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và cỏc racks này phải đƣợc nối với nhau bằng module IM.
- FM (Function Module): Module cú chức năng điều khiển riờng, vớ dụ nhƣ module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bƣớc, module PID, module điều khiển vũng kớn, Module đếm, định vị, điều khiển hồi tiếp …
- CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thụng trong mạng (MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa cỏc PLC với nhau hoặc giữa PLC với mỏy tớnh.
3.5.2. Kết nối PLC và mạng Internet
Để kết nối PLC với mạng Internet sử dụng qua module eWON nhằm phối hợp giữa giao diện cổng truyền thụng RS232/485 của PLC S7 – 300 với giao diện RJ45 của Modem ADSL mạng Internet.
- Module giao tiếp eWON (MPI/Profibus - ISOTCP): Module này thực hiện giao tiếp giữa S7-300 với mạng internet. Cài đặt giao tiếp bằng mày tớnh thụng qua phần mềm (eBuddy.exe) của hóng eWON. [19, 20]
Hỡnh 3.16. Module giao tiếp eWON
3.5.3. Lập trỡnh cho PLC
3.5.3.1. Lập trỡnh bỏo khúi
a. Lưu đồ thuật toỏn:
b. Lập trỡnh SIMATIC S7 bỏo khúi:
Chƣơng trỡnh viết trờn SIMATIC Manager nhƣ sau: Begin
ON =1 ?
Khởi tạo giỏ trị tỏc động của cảm biến khi cú khúi trong trạm. - Đọc giỏ trị analog từ cảm biến về. - Tớnh toỏn và đổi giỏ trị đú sang giỏ trị điện ỏp. Giỏ trị ≥ giỏ trị tỏc động? - Bỏo cú khúi. - Tắt hệ thống. - Thụng bỏo cho hệ thống. OFF = 1? END Y N Y N Y N
3.5.3.2. Lập trỡnh bỏo chỏy (nhiệt gia tăng)
a. Lưu đồ thuật toỏn:
BEGIN ON = 1 ?
Khởi tạo giỏ trị tỏc động của cảm biến khi cú chỏy.
- Đọc giỏ trị analog từ cảm biến về. - Tớnh toỏn và đổi giỏ trị đú sang giỏ
trị điện ỏp. Giỏ trị ≥ giỏ trị tỏc động? - Bỏo cú chỏy. - Tắt hệ thống. - Thụng bỏo cho hệ thống. OFF = 1? END Y Y Y N N N
b. Lập trỡnh SIMATIC S7 chỏy (nhiệt gia tăng):
3.5.3.3. Lập trỡnh điều khiển điều hũa nhiệt độ
a. Lưu đồ thuật toỏn:
BEGIN
- Khởi tạo giỏ trị nhiệt tại 00 C, 10C
- Khởi tạo giỏ trị nhiệt độ ngƣỡng dƣới, ngƣỡng trờn của phũng mỏy.
- Tớnh toỏn giỏ trị nhiệt độ đọc đƣợc từ cảm biến đo nhiệt độ.
- Đặt thời gian T1, T2 = 8 h Nhiệt độ đo đƣợc < ngƣỡng dƣới? Ngƣỡng dƣới < Nhiệt độ đo đƣợc < ngƣỡng trờn?
- Cho 2 điều hũa tuần tự làm việc theo thứ tự: điều hũa 1 làm việc trong 8h; điều hũa 2
làm việc trong 8h. - Hiển thị thụng bỏo
- Cho 2 điều hũa cựng đồng thời làm việc. - Hiển thị thụng bỏo Nhiệt độ đo đƣợc > ngƣỡng trờn? - Hiển thị thụng bỏo khẩn. END OFF = 1? ON = 1? Y N N N N N Y Y Y Y
b. Lập trỡnh SIMATIC S7 điều hũa nhiệt độ:
3.5.3.4. Lập trỡnh điều khiển tủ ATS
a. Lưu đồ thuật toỏn:
b. Lập trỡnh SIMATIC S7 tủ ATS:
Chƣơng trỡnh viết trờn SIMATIC Manager nhƣ sau:
Begin ON = 1 ? Phỏt tớn hiệu đề mỏy phỏt S1 = 1? T = 10s ? Đề lần 1 OK? Đề lần 2,3 OK? - Dừng đề mỏy phỏt.
- Bỏo lỗi mỏy phỏt khụng đề đƣợc. Y Y Y N Ngắt cụng tắc mỏy phỏt. T = 10s ? T = 30s ? - Phỏt tớn hiệu dừng mỏy phỏt. - Đúng cụng tắc mỏy phỏt. N N N Y Y Thụng bỏo mỏy phỏt đề đƣợc. Y Y OFF =1? N End Y N
3.6. PHƢƠNG ÁN XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition) KHIỂN TỪ XA (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition)
3.6.1. Cơ sở thiết kế hệ thống
Hệ thống được xõy dựng hệ SCADA với những phần tử cơ bản sau:
- Cấp quản lý: Thực hiện việc giỏm sỏt từ xa cỏc trạm Viễn thụng thụng qua
mạng Internet theo tiờu chuẩn TCP/IP. WinCC WebNavigator Client hổ trợ truy cập cỏc trạm Viễn thụng từ xa qua mạng IT.
- Cấp giỏm sỏt và điều khiển: Đƣợc trang bị phần mềm giao diện ngƣời – mỏy (WinCC) để hổ trợ cỏn bộ quản lý kỹ thuật, nghiệp vụ vận hành theo dừi quỏ trỡnh, cỏc diễn biến kỹ thuật, trạng thỏi và cỏc thụng số làm việc của cỏc thiết bị làm việc trong hệ thống. Qua đú cỏn bộ quản lý kỹ thuật, nghiệp vụ cú thể thực hiện thao tỏc vận hành và can thiệp từ xa đến cỏc hệ thống điều khiển phớa dƣới. Thiết bị “Giỏm sỏt và điều khiển MCE” - thu thập dữ liệu cảnh bỏo và điều khiển thiết bị - đặt tại cỏc trạm Viễn thụng đƣợc nối với Trung tõm giỏm sỏt thụng qua mạng Industrial Ethernet.
- WinCC WebNavigator Server: Phần mềm IMS-Server đƣợc xõy dựng để hỗ trợ giỏm sỏt từ xa qua WEB. Cỏc mỏy trạm sử dụng để giỏm sỏt chớnh là cỏc WEB Client hổ trợ cho cỏc mỏy trạm truy cập vào server dễ dàng.
- WinCC: Giao diện điều khiển, giỏm sỏt và thu thập dữ liệu.
- Cấp điều khiển: Đõy là trỏi tim của hệ thống, ở đõy sử dụng PLC S7-300 CPU314C- 2DP, đƣợc tớch hợp sẵn giao diện mạng Profibus DP, cho phộp dễ dàng ghộp nối cỏc thiết bị cấp trƣờng.
- Cấp trƣờng:
Là cỏc cảm biến bỏo chỏy, bỏo khúi, nhiệt độ phũng mỏy… Chỳng thu nhận tớn hiệu chớnh xỏc từ cỏc cảm biến, động cơ… gửi tới CPU 314C-2DP và truyền tớn hiệu điều khiển từ CPU 314C-2DP đến cỏc cơ cấu chấp hành khỏc nhƣ: điều khiển điều hũa nhiệt độ, ATS…
3.6.2. Giải phỏp xõy dựng phần mềm hệ thống
Phần mềm giỏm sỏt điều khiển từ xa đƣợc xõy dựng theo mụ hỡnh Client- Server hoạt động trờn nền WEB, cú cơ chế phõn quyền và phõn nhúm khu vực quản lý cho từng User để hỗ trợ cho việc quản lý cỏc nhà trạm từ xa với số lƣợng lớn, rất tiện dụng khi tổ chức thành một trung tõm điều hành chuyờn nghiệp, trong đú, mỗi thành viờn của nhúm chịu trỏch nhiệm riờng về một khu vực mà mỡnh quản lý. Thậm chớ với khả năng phõn nhúm nhƣ vậy, hoàn toàn cú thể phõn bổ trỏch nhiệm quản lý theo chuyờn mụn. Vớ dụ: một nhúm chuyờn giỏm sỏt hệ thống nguồn, ATS và mỏy nổ, nhúm khỏc chuyờn giỏm sỏt camera và theo dừi cỏc cảnh bỏo đột nhập, ... Ngoài ra IMS cũn đƣợc thiết kế hỗ trợ phõn quyền cho cỏc user theo địa chỉ IP. Cỏc user sử dụng từ cỏc địa chỉ ngoài dải cho phộp sẽ bị cấm, chức năng này đảm bảo an toàn phũng trỏnh cỏc phỏ hoại từ bờn ngoài.
Nhờ khả năng tớch hợp toàn bộ mà phần mềm giỏm sỏt IMS hỗ trợ cho ngƣời sử dụng cỏc phƣơng tiện thuận tiện nhất để theo dừi hệ thống.
Do đó đƣợc thiết kế modul hoỏ ngay từ đầu nờn việc tớch hợp thờm vào hệ thống để quản lý từ xa thờm cỏc thiết bị khỏc với cỏc giao diện quản lý khỏc
Hỡnh 3.19. Mụ hỡnh IMS Client - Server
IMS server
IMS client
IMS client IMS client
nhau nhƣ: RS-232 console, SNMP, ... cú thể dễ dàng thực hiện khi thực tế (cú thể) cú nhu cầu.
Dƣới đõy là một số tớnh năng cơ bản của phần mềm giỏm sỏt:
- Giỏm sỏt tức thời cảnh bỏo từ cỏc trạm qua màu sắc, õm thõnh phỏt ra loa, phõn biệt theo 3 cấp cảnh bỏo: minor, major, critical.
- Cú chế độ giỏm sỏt trờn sơ đồ mặt bằng thực của nhà trạm.
- Đo đạc chớnh xỏc cỏc thụng số từ xa: dũng điện, điện ỏp, tần số, nhiệt độ...
- Hỗ trợ điều khiển từ xa với cỏc thiết bị nhƣ mỏy nổ, ATS, điều hoà, ... cú đấu nối đến PLC.
- Hỗ trợ đầy đủ cỏc cụng cụ thiết lập cấu hỡnh bao gồm: thờm trạm mới, thiết lập cấu hỡnh cỏc cổng IO của PLC, thiết lập cỏc lƣu đồ điều khiển tự động cho PLC, thờm camera, thờm đầu đọc thẻ.
- Cho phộp giỏm sỏt trực tiếp camera từ cựng một giao diện, chỉ cần kớch chuột chọn camera cần giỏm sỏt. Cho phộp điều khiển P/T/Z từ xa và thực hiện ghi hỡnh bằng tay.
- Cho phộp đặt cỏc sự kiện để thực hiện ghi hỡnh camera tự động khi sự kiện xảy ra, cho phộp đặt tờn file hỡnh, vị trớ preset của camera, thời gian ghi hỡnh đối với từng sự kiện. Khi đồng thời nhiều sự kiện xảy ra, camera sẽ thực hiện ghi song song thành nhiều file hỡnh, mỗi file tƣơng ứng với một sự kiện.
- Cho phộp tỡm kiếm cỏc file hỡnh do camera lƣu lại theo sự kiện trờn mỏy chủ và playback từ client.
- Cho phộp thiết lập ngƣỡng cảnh bỏo hết dung lƣợng ổ đĩa (do lƣu hỡnh ảnh). Khi dung lƣợng cũn trống giảm xuống dƣới một ngƣỡng nào đú, ngƣời sử dụng sẽ đƣợc thụng bỏo để kịp thời copy hỡnh ảnh đó ghi sang một mỏy khỏc và xoỏ bớt trờn mỏy đang cú cảnh bỏo.
- Hệ thống bắt giữ sự kiện cho phộp duyệt lại tất cả cỏc sự kiện đó xảy ra từ mỗi trạm bao gồm: cỏc sự kiện từ PLC và cỏc sự kiện ngƣời ra / vào trạm dựng thẻ từ.
- Cho phộp gỏn mỗi sự kiện vào một danh sỏch cỏc số di động để hệ thống tự động gửi SMS đến khi sự kiện xảy ra, kể cả cỏc sự kiện từ PLC và sự kiện ngƣời ra vào trạm dựng thẻ từ.
- Hỗ trợ phõn quyền user theo chức năng, theo nhà trạm. - Cỏc cụng cụ bỏo cỏo, thống kờ, in ấn.
3.6.3. Một số giao diện của phần mềm giỏm sỏt
Hỡnh 3.21. Quản lý ngưỡng cỏc loại cảnh bỏo Hỡnh 3.20. Giao diện giỏm sỏt tổng thể
Hỡnh 3.23. Giao diện giỏm sỏt và điều khiển cho từng thiết bị Hỡnh 3.22. Giỏm sỏt cảnh bỏo qua màu sắc trờn sơ đồ mặt bằng
Hỡnh 3.25. Cỏc lưu đồ điều khiển tự động cho 1 trạm
Chƣơng 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. KẾT LUẬN
4.1.1. Lợi ớch đem lại từ hệ thống
- Hệ thống giỳp cho việc quản lý, giỏm sỏt, cảnh bỏo và điều khiển của cỏc nhà khai thỏc thuận tiện và hiệu quả.
- Hệ thống cú khả năng xử lý ngay lập tức khi cú sự cố xảy ra, điều này giỳp cho nhà khai thỏc:
+ Giảm thiểu đƣợc cỏc thiệt hại về kinh tế.
+ Tăng hiệu quả hoạt động, sử dụng, đầu tƣ của cỏc hệ thống đƣợc trang