Theo như đó thiết kế phần cứng và phần mềm, hệ thống IMS với tớnh linh hoạt và tớnh mở rất cao cú khả năng hỗ trợ cho mọi cấu hỡnh thiết bị, nhà trạm, cú thể sử dụng cỏc kiểu sensor khỏc nhau tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể. IMS cú thể đỏp ứng cho việc giỏm sỏt kho bói, phũng mỏy chủ ngõn hàng, bảo tàng, đài trạm thiết bị của Viễn thụng... Dưới đõy chỉ mụ tả đặc tớnh kỹ thuật của một số thiết bị chớnh sử dụng cho việc giỏm sỏt cỏc đài trạm của Viễn thụng Tỉnh/TP chứ khụng hẳn đó là tất cả. Việc ứng dụng và mở rộng hệ thống như thế nào trong tương lai là hoàn toàn phụ thuộc theo nhu cầu người sử dụng, lỳc đú cú thể kết nối thờm đến hệ thống cỏc cảm biến, thiết bị khỏc mà trong luận văn này chưa đề cập đến.
3.2.3.1. Tủ điều khiển logic LC
- Số cổng giao tiếp điện: + 24DI kiểu DC 24V. + 16DO kiểu rơle.
+ 4AI kiểu 4-20mA/0-5V.
- Khả năng mở rộng: 256 cổng I/O số, 16 cổng I/O tương tự. - Giao diện truyền thụng:
+ 02 cổng RS232/485.
+ 01 cổng Ethernet 10/100BaseT. - Nguồn cấp: 220VAC/24VDC.
- Ngụn ngữ lập trỡnh: LAD, FBD, STL.
3.2.3.2. Đầu đo nhiệt độ chớnh xỏc
- Dải đo: 0-50oC.
- Cú màn hiển thị và phớm lập trỡnh.
- Đầu ra: 01 cổng ra 4-10mA, 01 cổng ra rơle.
3.2.3.3. Đầu bỏo khúi
- Nguyờn lý: quang điện. - Kiểu 2 dõy.
- Dải điện ỏp làm việc: 15-30V (danh định 24V). - Cú 01 LED bỏo.
- Dũng tiờu thụ trong chế độ chờ: 0.045mA. - Dũng tiờu thụ khi bỏo khúi: 100mA/24VDC. - Phương thức lắp đặt: treo trần.
- Diện tớch bảo vệ: 150m2 với trần cao dưới 4m, 75m2 với trần cao từ 4m - 8m.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.3.4. Đầu bỏo chỏy (nhiệt gia tăng)
- Kiểu 2 dõy.
- Dải điện ỏp làm việc: 15-30V (danh định 24V). - Cú 01 LED bỏo.
- Dũng tiờu thụ khi bỏo chỏy: 75mA/30VDC. - Phương thức lắp đặt: treo trần.
- Diện tớch bảo vệ: 90m2 với trần cao dưới 4m, 45m2 với trần cao từ 4m - 8m.
3.2.3.5. Đồng hồ đo dũng AC
- Nguồn cấp: 100-240VAC, 50/60Hz.
- Đầu vào: tối đa 5AAC, cấp qua 01 TI 100/5A. - Dải hiển thị: 4 số bằng LED 7 thanh.
- Đầu ra: 01 cổng 4-20mA, 03 cổng NO.
3.2.3.6. Tủ ATS
- Kiểu: 3 pha, 3 cực.
- Cho phộp hoạt động với cả điện 3 pha và 1 pha. Dễ dàng chuyển ATS sang sử dụng từ 1 pha sang 3 pha với khả năng phỏt hiện cỏc sự cố 3 pha như mất pha, đảo pha, quỏ ỏp, sụt ỏp.
- Dũng chịu đựng: 100A. - Khoỏ liờn động: cơ khớ. - Cỏc giao tiếp điện:
Trạng thái máy nổ Trạng thái điện l-ới Trạng thái điện tải Trạng thái đóng l-ới Trạng thái đóng mnổ Dòng pha 1 Dòng pha 2 Dòng pha 3 Chế độ Auto/Manual 0/24V 0/24V 0/24V 0/24V 0/24V 0/24V 4-20mA 4-20mA 4-20mA Thiết lập chế độ Remote Đóng l-ới từ xa Cắt toàn bộ Đóng máy nổ từ xa RUN/STOP PREHEAT START 0/24V 0/24V 0/24V 0/24V 0/24V 0/24V 0/24V Từ PLC (cổng DO) Đến PLC (cổng DI) Đến PLC (cổng AI)
- Chế độ hoạt động: Manual, Auto, Remote. - Khoỏ chế độ: Manual / Auto.
Cho phộp chuyển từ Auto sang Remote hay ngược lại theo lệnh điều khiển từ PLC.
- Hệ thống mạch điều khiển cho 2 chế độ Auto và Remote là riờng biệt hoàn toàn để đảm bảo tớnh dự phũng cao.
- Cú thể chọn chế độ vận hành với điện 1 pha hoặc 3 pha bằng khoỏ 2 vị trớ.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.3. CẤU HèNH KỸ THUẬT
Mỗi trạm cần giỏm sỏt bao gồm:
- 01 tủ điều khiển logic chuyờn dụng (gọi tắt là LC - Logic Controller) để thu thập cỏc tớn hiệu cảnh bỏo từ cỏc sensor và kết nối đến cỏc thiết bị cần điều khiển tự động hoặc từ xa. Tủ điều khiển này cú giao diện Ethernet để nối qua mạng Internet về trung tõm.
- Một loạt cỏc cảm biến, cỏc đầu đo, cỏc mạch giao tiếp điều khiển thiết bị kết nối đến tủ điều khiển logic tập trung.
Tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể mà cấu hỡnh phần cứng xõy dựng cho trạm được đưa ra thớch hợp chứ khụng nhất thiết phải sử dụng một cấu hỡnh cố định. Cú thể phỏt triển, mở rộng:
+ Một hoặc vài camera IP, cú giao diện Ethernet để nối mạng về trung tõm. Cú thể sử dụng camera PTZ, hoặc PT hoặc cố định tuỳ theo nhu cầu giỏm sỏt.
+ Một vài đầu đọc thẻ RFID lắp tại cỏc cửa ra vào trạm cú nối mạng.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ 01 switch nối mạng cho tủ điều khiển logic, camera IP và hệ thống đầu đọc thẻ.
+ 01 thiết bị GSM modem, cú cắm 01 SIM, kết nối với mỏy chủ qua cổng COM để hệ thống tự động điều khiển gửi SMS đến người dựng khi cú cảnh bỏo từ trạm.
- Phần mềm giỏm sỏt tập trung cài đặt tại mỏy chủ trung tõm và một số mỏy tớnh giỏm sỏt cú nối mạng với mỏy chủ, giao diện quản lý Web.
3.4. CÁC TÍNH NĂNG CƠ BẢN 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 người 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 được thể hiện bằng màu sắc và õm thanh dễ nhận biết. Cho phộp giỏm sỏt trờn sơ đồ mặt bằng thực của hiện trường. Mỗi cảnh bỏo được 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 trường, thụng số điện, ... và gửi giỏ trị đo được về trung tõm khi cú yờu cầu.
- Gửi tức thời sự kiện cảnh bỏo/ xoỏ cảnh bỏo về trung tõm khi giỏ trị vượt ra ngoài mức ngưỡng 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 người sử dụng đặt ra.
- Tự động điều khiển theo lịch: người 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
Người 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 được lưu lại trong cơ sở dữ liệu của hệ thống, giỳp cho người sử dụng dễ dàng tra cứu lại. Chương trỡnh hỗ trợ tra cứu theo nhiều lựa chọn: theo thời gian, theo trạm, theo cấp cảnh bỏo, theo loại cảnh bỏo, ...
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5. THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN LOGIC 3.5.1. Chọn sử dụng PLC 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 như 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
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
vào/ra số. Cỏc cổng vào/ra số cú trờn module CPU được gọi là cổng vào/ra
onboard như CPU 314IFM.
Trong họ PLC S7-300 cú nhiều loại module CPU khỏc nhau. Núi chung chỳng được đặt tờn theo bộ vi xử lý cú trong nú như module CPU312, module CPU314, module CPU315….
Những module cựng sủ dụng một lọai bộ vi xử lý, nhưng khỏc nhau về cổng vào/ra onboard cũng như cỏc khối hàm đặc biệt được tớch hợp sẵn trong thư 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 như 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 được cài sẵn trong hệ điều hành. Cỏc lọai module CPU này được phõn biệt với cỏc lọai module CPU khỏc bằng cỏch thờm cụm từ DP (Distributed Port). Vớ dụ như 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 lượng 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 lượng 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 lượng cổng cú thể là 8vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tựy theo từng loại module.
+ AI (Anolog Input): Module mở rộng cổng vào tương tự. Về bản chất chỳng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tớn hiệu tương tự được chuyển đổii thành một tớn hiệu số (nguyờn) cú độ dài 12 bits. Số cỏc cổng vào tương 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 tương tự. Chỳng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (DA). Số cỏc cổng ra tương 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 tương tự. Số cỏc cổng tương tự cú thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tựy theo từng loại module.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 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 được quản lý chung bởi một module CPU. Thụng thường cỏc module mở rộng được 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 được nối với nhau bằng module IM.
- FM (Function Module): Module cú chức năng điều khiển riờng, vớ dụ như module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, 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.
Hỡnh 3.16. Module giao tiếp eWON
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5.3. Lập trỡnh cho PLC
3.5.3.1. Lập trỡnh bỏo khúi
a. Lưu đồ thuật toỏn:
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 g? - Bỏo cú khúi. - Tắt hệ thống. - Thụng bỏo cho hệ thống. OFF = 1? END Y N Y N Y N
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
b. Lập trỡnh SIMATIC S7 bỏo khúi:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
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
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
b. Lập trỡnh SIMATIC S7 chỏy (nhiệt gia tăng):
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5.3.3. Lập trỡnh điều khiển điều hũa nhiệt độ
a. Lưu đồ thuật toỏn:
BEGIN
- Khởi tạo giỏ trị nhiệt tại 00C, 10C
- Khởi tạo giỏ trị nhiệt độ ngưỡng dưới, ngưỡng trờn của phũng mỏy.
- Tớnh toỏn giỏ trị nhiệt độ đọc được từ cảm biến đo nhiệt độ.
- Đặt thời gian T1, T2 = 8 h Nhiệt độ đo được < ngưỡng dưới? Ngưỡng dưới < Nhiệt độ đo được < ngưỡng 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 được > ngưỡng trờn? - Hiển thị thụng bỏo khẩn. END OFF = 1? ON = 1? Y N N N N N Y Y Y Y
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
b. Lập trỡnh SIMATIC S7 điều hũa nhiệt độ:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5.3.4. Lập trỡnh điều khiển tủ ATS
a. Lưu đồ thuật toỏn:
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 được. 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 được. Y Y OFF =1? N End Y N
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn