Trong trƣờng hợp sử dụng giao diện mức cao giữa SCADA và những hệ thống con của máy tính hay bộ điều khiển, chúng sử dụng một vài chuẩn nhƣ OPC, BACnet, MODBus, LNS…hỗ trợ chuẩn bởi những nhà cung cấp bộ điều khiển. SCADA sẽ điều khiển những dịch vụ thông qua hệ thống con và bộ điều khiển. SCADA sẽ sẽ trực tiếp đƣa ra các yêu cầu thích hợp hoặc những chỉ thị tới những hệ thống con thông minh và khởi tạo những hành động thích hợp.
Khi sử dụng mạng điều khiển cấp cao mạng BACnet là giao thức truyền dữ liệu cho khách sạn và mạng điều khiển thì giao tiếp mức cao đƣợc thiết lập ở đây. Nhà cung cấp hệ thống con sẽ cung cấp máy chủ BACnet và những thiết bị BACnet. Về cấu hình máy chủ BACnet sẽ đƣợc cung cấp ở phần cứng của hệ thống. Máy chủ BACnet giao tiếp với những thiết bị BACnet. Những nhà cung cấp cho hệ thống SCADA khách sạn tích hợp với máy chủ bằng bộ cổng vào (Gateway).
4.4.2 Mạng điều khiển cấp trường
Đối với những dịch vụ mà không có hệ thống con thông minh thì những dịch vụ này sẽ đƣợc điều khiển trực tiếp thông qua bộ mã hóa hoặc trực tiếp tới
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 70
bộ điều khiển. SCADA sẽ giao tiếp sử dụng kết nối vật lý RS232/RS485 và những giao thức truyền thông thích hợp bởi nhà cung cấp DDC/PLC.
Có rất nhiều bộ điều khiển trên thị trƣờng, chúng có thể sử dụng cho giao diện cấp trƣờng phù hợp với từng hệ thống cụ thể. Một số hãng nổi tiếng cho các sản phẩm này nhƣ Siemens, Johnson, Honeywell.
4.4.3 Cấu trúc mạng của hệ thống SCADA một khách sạn
Cấu trúc mạng chung của một khách sạn:
Hình 4.11: Cấu trúc mạng chung của một khách sạn
Trong cấu trúc trên đƣợc chia thành 3 hạ tầng lớp mạng cơ sở: - Field Level (cấp trƣờng)
- Automation Level (cấp tự động) - Management Level (cấp quản lý)
Tƣơng ứng với 3 cấp mạng trên là 3 cấu trúc mạng:
- FLN – Floor Level Network (mạng cấp nền hay cấp tầng) - BLN – Building Level Network (mạng cấp tòa nhà)
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 71
- MLN – Management Level Network (mạng cấp quản lý)
Với mỗi cấp mạng sẽ kết nối với các thiết bị khác nhau. Cấp FL có thể kết nối và phát triển tối đa với 32 thiết bị, cấp AL phát triển đƣợc 100 bộ điều khiển và có khả năng kết nối lên tới 1000 bộ điều khiển nếu sử dụng cấu trúc mạng điểm – điểm (peer to peer), còn cấp ML liên kết tối đa 25 trạm máy tính điều khiển.
Các thiết bị trong hệ thống đƣợc xem là một node trên toàn hệ thống mạng Ethernet TCP/IP, chúng đƣợc kết nối theo hình thức điểm – điểm (peer to peer) cho phép truyền đƣợc thông tin hai chiều tải xuống chƣơng trình điều khiển và tải lên thông số hệ thống tới từng điểm của hệ thống mà không ảnh hƣởng tới việc truyền thông tin của các bộ điều khiển khác.
4.4.4 Mạng và cách thức truyền thông
4.4.4.1 Mạng EBLN (Ethernet Building Level Network)
- Mạng Ethernet LAN TCP/IP là mạng truyền thông chính trong tòa nhà hay khách sạn của hệ thống SCADA, các bộ điều khiển số trực tiếp dạng mô đun MBC, MEC và PXC đƣợc sử dụng cho khách sạn sẽ kết nối với nhau và các máy tính điều khiển (sever) của hệ thống điều khiển SCADA.
- Hệ thống mạng Ethernet LAN là đƣờng truyền chung cho hệ thống SCADA, giao thức sử dụng trong mạng EBLN là giao thức TCP/IP. Đƣờng trục chính của mạng điều khiển hệ thống SCADA sử dụng cáp quang để mở rộng dải thông, cho phép truyền các gói tin của hệ thống ra vào máy chủ.
- Việc sử dụng chuẩn truyền thông TCP/IP không những tạo đƣợc tốc độ truyền thông cao mà còn đáp ứng yêu cầu về khoảng cách truyền mà không cần bộ lặp và hoàn toàn đáp ứng tính năng thời gian thực của hệ thống SCADA, tốc độ truyền thông trên mạng điều khiển có thể đạt đƣợc 100MBps.
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 72
4.4.4.2 Mạng FLN (Floor Level Network)
- Đây là mạng nằm trong hệ thống mạng cấp trƣờng trong cấu trúc hệ thống APOGEE của Siemens. Mỗi MCB hoặc MECxxEF xây dựng đƣợc 3 mạng FLN theo cơ chế giao tiếp Master/Slave.
- Trong mỗi mạng Master/Slave, MCB đóng vai trò là bộ điều khiển Master và 32 bộ điều khiển cấp trƣờng đóng vai trò là Slave và các thiết bị mạng điều khiển đèn, thiết bị đo đếm điện năng nối mạng. Mạng Master/Slave sử dụng chuẩn truyền thông công nghiệp RS485, các giao thức đƣợc sử dụng trên mạng là LonTalk, EIB, P1 phổ biến. Mạng truyền thông cấp tầng đƣợc thiết lập sử dụng cáp đôi dây xoắn có bọc kim AWG18. Tốc độ truyền thông trong mạng này đạt 4800B/s.
- Mạng điều khiển FLN quản lý các bộ điều khiển đèn có cấu trúc module LCM, thực hiện kết nối các bộ đo đếm điện năng Digital Energy Meter (DEM), các bộ biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ (VSD).
- Trên các FLN, hệ thống cho phép tồn tại 32LCM/1 mạng FLN, mỗi Bus đƣợc thiết lập sử dụng cáp đôi dây xoắn có bọc kim AWG18, tốc độ truyền thông trong mạng này đạt đến 78kB/s.
- Mạng điều khiển đèn đƣợc xây dựng trên các LCM sử dụng chuẩn truyền thông công nghiệp RS485, các giao thức đƣợc sử dụng trên mạng là LonTalk, EIB. Mạng điều khiển FLN cho phép các công tắc khả trình, các rơ le, các bộ cảm biến quang tồn tại trong mạng là 48 thiết bị.
4.5 Cấu hình phần cứng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.5.1 Tổng quát
Hệ thống SCADA khách sạn đƣợc xây dựng trên cơ sở kiến trúc hệ máy chủ - khách. Tất cả các thông tin cần thiết và hệ thống cơ sở dữ liệu đƣợc lƣu trữ ở các máy chủ hệ thống. Máy tính khách có cài trình duyệt web sẽ thực hiện chức năng của trạm giám sát hiển thị các dữ liệu lƣu trữ. Đối với
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 73
SCADA khách sạn có thể sử dụng các công nghệ mới nhất nhƣ IP/ Linux/ XML/ SVG/ JAVA làm nền tảng công nghệ.
1 Máy chủ
Các máy chủ hệ thống bao gồm một số máy chủ có kiến trúc máy chủ- khách. Số lƣợng các máy chủ hệ thống sẽ khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu hệ thống. Máy chủ bao gồm các máy chủ quản lý hệ thống và các máy chủ lƣu trữ giữ liệu. Các máy chủ sử dụng hệ điều hành mã nguồn mở Linux.
2 Máy chủ quản lý hệ thống
Máy chủ quản lý hệ thống thực hiện phân phối thông tin hiển thị, cài đặt, hoạt động của quá trình quản lý toàn bộ hệ thống (dữ liệu điểm, chƣơng trình, vv…) tới phần mềm duyệt web cài đặt tại các máy tính khách. Máy chủ hỗ trợ tối đa 5 máy tính khách cùng truy cập trong một thời gian điểm.
Máy chủ có cấu hình phần cứng phù hợp gồm CPU 32-bit, bộ nhớ SDRAM 256 MB, hệ điều hành mã nguồn mở Linux. Ổ đĩa cứng 2,5 inch có dung lƣợng 40 GB. Mạng BACnet quản lý tối đa đƣợc 30.000 đối tƣợng. Máy chủ có khả năng dự phòng dữ liệu trong vòng 72 giờ.
3 Máy chủ lưu trữ dữ liệu
Máy chủ lƣu trữ dữ liệu lƣu trữ cơ sở dữ liệu cần thiết cho hệ thống SCADA. Máy chủ này quản lý dữ liệu đƣợc truyền từ bộ điều khiển khách sạn cấp cao dƣới dạng cơ sở dữ liệu của hệ SCADA, từ đó xử lý dữ liệu để hiển thị hoặc in ấn đồ thị dữ liệu quá trình cũng nhƣ báo cáo ngày, tháng, năm.
Máy chủ có cấu hình phần cứng phù hợp với CPU 32-bit, bộ nhớ SDRAM 256 MB, hệ điều hành mã nguồn mở Linux. Ổ đĩa cứng 2,5 inch có dung lƣợng 40 GB. Mạng BACnet quản lý tối đa đƣợc 30.000 đối tƣợng. Máy chủ có khả năng dự phòng dữ liệu trong vòng 72 giờ.
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 74
Máy chủ quản lý năng lƣợng thực hiện lƣu trữ cơ sở dữ liệu cần thiết để quản lý năng lƣợng tiêu thụ.
5 Máy chủ dữ liệu an ninh
Máy chủ dữ liệu an ninh lƣu trữ cơ sở dữ liệu cần thiết cho mục đích an ninh. Máy chủ có khả năng lƣu trữ 1 triệu lƣợt vào ra. Máy chủ dữ liệu an ninh cần có cấu hình nhƣ sau:
- Hệ điều hành: Windows XP.
- Trình duyệt: Internet Explorer hoặc cao hơn. - Bộ vi xử lý: Pentium IV 3GHz hoặc cao hơn. - Bộ nhớ RAM: 512 MB hoặc cao hơn.
- Hỗ trợ IPv6, Java, XGA, Acrobat Reader. - Dung lƣợng ổ cứng 40GB hoặc lớn hơn. - CD ROM: 1 ổ.
6 Máy chủ dự phòng
Các máy chủ hệ thống luôn có hệ thống dự phòng. Hệ thống dự phòng này gồm hai máy chủ, trong đó có một máy chạy ở chế độ chờ ấm cho máy kia. Hệ thống chạy đồng thời hai máy chủ và khi xảy ra sự cố trên một máy chủ bất kỳ, máy chủ còn lại sẽ thực hiện chức năng dự phòng ngay lập tức thực hiện sao lƣu các giữ liệu quan trọng nhƣ dữ liệu giám sát và giữ liệu quá trình.
7 Máy tính khách
Máy tính khách là máy tính với phần mềm trình duyệt Web để truy cập cơ sở dữ liệu lƣu giữ trên các máy chủ hệ thống. Máy tính khách thƣờng đƣợc lắp đặt trong phòng giám sát để quản lý toàn bộ tòa nhà. Nó giám sát các tính năng sau đây:
- Giám sát: trạng thái, báo động và đo lƣờng tại từng vị trí. - Điều hành: điều khiển bật tắt từ xa
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 75
- Dữ liệu đầu ra: trạng thái hoạt động, trạng thái báo động và giữ liệu đo lƣờng
- Phân tích giữ liệu: trạng thái hoạt động, trạng thái báo động và giữ liệu đo lƣờng
Tối đa 5 máy tính khách có thể truy cập vào máy chủ cùng một lúc. Máy tính khách cần có cấu hình nhƣ sau:
- Hệ điều hành: Windows XP/Vista/7
- Trình duyệt: Internet Explorer hoặc cao hơn. - Bộ vi xử lý: Pentium IV 3GHz hoặc cao hơn. - Bộ nhớ RAM: 512 MB hoặc cao hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hỗ trợ IPv6, Java, XGA, Acrobat Reader. - Dung lƣợng ổ cứng 40GB hoặc lớn hơn.
8 Máy in
Bất cứ loại máy in với kết nối USB có sẵn đều có thể kết nối vào mạng của hệ thống. Trình điều khiển của máy in phải tƣơng thích với Windows XP hoặc mới hơn.
4.5.2 Mạng truyền thông
SCADA có khả năng tích hợp toàn bộ hệ thống gồm mạng BACnet IP, LonTalk, Modbus hay OPC.
Đối với mạng truyền thông giữa các máy tính khách và các máy chủ (giao thức chuyển văn bản cấp cao HTTP) đƣợc sử dụng.
Sử dụng mạng BACnet IP để kết nối giữa mỗi máy chủ hệ thống và bộ điều khiển cấp cao của tòa nhà.
Giao thức Internet phiên bản 4(IPv4) hoặc phiên bản 6 (IPv6) đƣợc sử dụng vào tùy thuộc vào các yêu cầu kỹ thuật.
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 76
Giao thức LonTalk đƣợc sử dụng để truyền thông giữa các bộ điều khiển cấp cao khách sạn và các bộ điều khiển số trực tiếp, ví dụ nhƣ các bộ điều khiển đa dụng.
Giao thức Modbus đƣợc sử dụng để truyền thông giữa các đồng hồ đo điện và các bộ điều khiển theo chuẩn RS485.
Công nghệ OPC đƣợc sử dụng để tích hợp với hệ thống BMS, IBMS. Với máy tính có nền tảng máy chu OPC, SCADA có thể kết nối với các hệ thống khác nhƣ IBMS bằng cách chuyển đổi giao thức BACnet thành giao thức có thể truyền thông đƣợc với OPC.
4.5.3 Bộ điều khiển
- Bộ điều khiển cấp cao khách sạn
- Một bộ điều khiển cấp cao khách sạn sẽ điều khiển một nhóm các bộ điều khiển trực tiếp và thực hiện nhiều điều khiển tích hợp kể cả điều khiển tiết kiệm năng lƣợng. Bộ điều khiển có khả năng tự điều khiển để tiếp tục hoạt động ngay cả khi các phần tử khác của hệ thống bị đình trệ.
- Thu thập các thông tin quản lý khác nhau từ các bộ điều khiển số trực tiếp và truyền thông tin tới máy chủ quản lý hệ thống. Lƣu trữ dữ liệu thu thập trong vòng 48 giờ.
- Bộ điều khiển có cấu hình CPU 32-bit, SDRAM 128 MB và Compact Flash 64 MB. Số điểm dữ liệu tối đa có thể quản lý đƣợc là 1000 điểm. - Sử dụng 1 kênh IP (Ethernet 10BASE-T/100BASE-TX) để giao tiếp với
các cấp cao hơn của hệ thống. Kênh truyền thông của bộ điều khiển gồm bus điều khiển giao thức Lontalk (4 dây-2 kênh). Bộ điều khiển thực hiện lƣu trữ dữ liệu tới 72 giờ.
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 77
4.5.4 Bộ điều khiển số trực tiếp (DDC)
Bộ điều khiển số trực tiếp DDC thực hiện điều khiển toàn bộ hoặc một vài thiết bị. Hoạt động điều khiển sẽ duy trì cho phép việc điều khiển liên tục ngay cả khi các phần khác của hê thống bị lỗi. Quá trình truyền dữ liệu đƣợc thực hiện giữa các máy tính khách và bộ điều khiển cấp cao khách sạn. Các máy tính khách sẽ nhận đƣợc những thay đổi trong các giá trị thiết lập hoặc các kết quả điều khiển.
Danh sách DDC bao gồm một số loại nhƣ sau: A. Bộ điều khiển đa năng.
Bộ điều khiển đƣợc thiết kế để điều khiển nhiều loại thiết bị. Bao gồm một khối cơ bản và các mô đun vào ra có thể lắp ghép đƣợc. Số lƣợng và loại mô đun đƣợc thay đổi linh hoạt tƣơng ứng với các yêu cầu điều khiển để phù hợp với ứng dụng.
B. Bộ điều khiển máy điều hòa không khí (AHU)
Bộ điều khiển số trực tiếp DDC đƣợc thiết kế đặc biệt để điều khiển máy điều hòa không khí AHU. Bộ điều khiển có đầu vào và đầu ra phù hợp với việc điều khiển AHU và phần mềm của bộ điều khiển có thể chỉnh sửa dễ dàng phù hợp với ứng dụng.
C. Mô đun ngoại vi
Các mô đun ngoại vi bao gồm các loại sau: -Mô đun với 8 đầu vào số.
-Mô đun với 16 đầu vào số. -Mô đun với 8 đầu ra rơ le. -Mô đun với 16 đầu ra rơ le.
-Mô đun với 8 đầu ra rơ le và 8 đầu vào số. -Mô đun với 4 đầu ra rơ le điều khiển số. -Mô đun với 4 đầu vào đếm xung.
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 78 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Mô đun với 16 đầu vào đếm xung. -Mô đun với 4 đầu ra dòng/áp. -Mô đun với 4 đầu vào dòng/áp. -Mô đun với 4 đầu vào nhiệt độ.
-Mô đun với 1 đầu ra động cơ modutrol. -Mô đun với 3 đầu ra động cơ modutrol. D. Bộ quản lý khu vực
Bộ quản lý khu vực sẽ thực hiện quản lý các bộ điều khiển VAV, các bộ điều khiển dàn lạnh, và các bộ điều khiển AHU. Có thể quản lý tới 50 bộ điều khiển.
4.6 Thiết bị cấp trƣờng
4.6.1 Cảm biến
Nhà cung cấp sẽ đƣa ra các loại cảm biến tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể của hệ thống.
a. Cảm biến nhiệt độ phòng.
Sử dụng cảm biến điện trở nhiệt. Thiết kế phù hợp để cảm biến nhiệt độ phòng. Phạm vi cảm biến từ 0oC đến 60oC với độ chính xác ±0,3o
C. b.Cảm biến nhiệt độ ống gió.
Sử dụng cảm biến điện trở nhiệt cầu đo không màng lọc để đo nhiệt độ. Thiết kế để có thể lắp trên ống gió để đo nhiệt độ không khí đầu vào và khí hồi lƣu. Cảm biến trong phạm vi từ 0oC đến 60oC với độ chính xác ±0,3o
C. Vỏ cảm biến là loại chống bụi chống nƣớc (IP54) và có thể lắp đặt bằng cách sử dụng giá đỡ riêng để nhanh chóng tháo lắp.
c. Cảm biến nhiệt độ loại treo trƣờng.
Sử dụng cảm biến điện trở nhiệt để đo nhiệt độ.Thiết kế để có thể lắp đặt trên trần hẹp. Phạm vi cảm biến từ 0oC đến 60oC với độ chính xác ±0,3o
C. d.Đầu đo độ ẩm ống gió
SVTH: Bùi Duy Phương-ĐKT32B Trang 79
Sử dụng cảm biến độ ẩm điện dung polymer để đo độ ẩm. Phạm vi cảm biến 0%RH đến 100%RH với độ chính xác ±3% dải đo. Đƣợc thiết kế lắp