Như đã giới thiệu chương trình thiết lập màn hình đồ họa giám sát quá trình hoạt động xuất nhập bằng phần mềm WinCC, chương trình điều khiển quá trình hoạt động và thiết lập cấu hình hệ thống bằng phần mềm Step7. Tuy nhiên để có thể mô phỏng hệ thống hoạt động như một hệ thống thực thì cần thêm phần mềm PLCsim. Phần mềm này đóng vai trò như một PLC ảo cũng cú cỏc đầu vào ra, các biến trung gian và các bộ timer, counter. Nhờ có phần mềm mô phỏng rất tiện ích này mà có thể mô phỏng hệ thống hoạt động rất trực quan và dễ ràng, đầy đủ tất cả các chức năng của hệ thống thực.
Hình 4.19: Mô hình PLC mô phỏng hệ thống
4.4.2. Mô tả hoạt động chương trình điều khiển giám sát.
Khởi động phần mềm WinCC bằng việc kích vào WinCCexplore. Chương trình sẽ được active và cho ra trang màn hình tổng quan của hệ thống.
Trên màn hình tổng quan biểu diễn sơ đồ công nghệ của hệ thống, hiển thị các thông số về nhiệt độ, áp suất, mức, lưu lượng LPG, trạng thái hệ thống và cỏc nỳt ấn thực hiện các thao tác xuất nhập.
Để xuất nhập tự động kích vào nút auto sau đó sẽ xuất hiện hộp lựa chọn xuất hay nhập. Nếu chọn xuất thỡ kớch vào xuất, sau đó sẽ xuất hiện chọn bồn xuất và họng nhập. Giả sử chọn bồn xuất 1 và họng xuất 1 và đặt lượng xuất là 1000 kg.
Sau đó kích vào nút Start chương trình sẽ thực hiện thao tác xuất tự động.
Hỡnh 4.21:Mô tả xuất LPG tự động
Trong quá trình xuất khi thực hiện xuất LPG thành công, các van sẽ mở ra, các bơm sẽ hoạt động được thể hiện bằng thay đổi trạng thái màu sắc. Khi đó giá trị mức sẽ thay đổi theo quá trình xuất. Khi có tín hiệu bỏo cú một van bất kì không mở hay có tín hiệu báo sự cố hệ thống không an toàn thì hệ thống sẽ ngừng xuất. Các trạng thái tín hiệu lỗi được thể hiện trên màn hình. Sau khi khối lượng
xuất bằng giá trị khối lượng đặt hệ thống sẽ tự động ngừng xuất. Kích vào nút reset để khởi động hệ thống về trạng thái ban đầu.
Để xem chi tiết và cụ thể hơn cỏc vựng hoạt động, lần lượt kích vào cỏc nỳt ấn dưới cùng của màn hình tổng quan.
Hình 4.22: Trang giao diện khu cầu cảng
Trang giao diện khu cầu cảng mô tả chi tiết quá trình hoạt động và hiển thị các thông số về lượng đặt khi nhập từ tàu và các giá trị hiện hành được hiển thị trên thiết bị Massflow. Ngoài ra trang giao diện cũng biểu diễn giá trị khối lượng LPG bằng đồ thị ( Kích vào nút Trends), biểu diễn các cảnh báo về các lỗi( Kích vào nút Alarm Logging). Và xuất ra báo cáo ( Kích vào nút Report). Các trạng thái hoạt động của van được thể hiện bằng màu sắc.
Hình 4.23: Đồ thị trends và cảnh báo khu cầu cảng
Ngoài ra, khi chuyển sang chế độ thủ công ( Kích vào Manual) hệ thống sẽ chuyển sang chế độ thủ công.
Khi chuyển sang chế độ thủ công sẽ xuất hiện hộp thoại (Man. Operation). Sau đó kích vào nút ấn ‘ON’, ‘OFF’ sẽ thực hiện thao tác đóng mở từng van.
Tương tự là các trang giao diện mô tả chi tiết quá trình xuất nhập LPG tại từng khu vực ( Thực hiện bằng cách kích vào cỏc nỳt nằm phía dưới màn hình tổng quan).
Hình 4.25: Trang giao diện khu bồn 1
Khu vực tank 1 sẽ biểu diễn các thông số về bồn chứa (nhiệt độ, mức, áp suất, khối lượng riêng, khối lượng bồn chứa), trạng thái các van. Biểu diễn dưới dạng đồ thị và các cảnh báo khi sự cố .
Hình 4.26: Trang giao diện khu bồn 2
Khu vực tank 2 hoàn toàn giống nhu khu vực tank 1.
Tại khu vực họng xuất, các thông số biểu diễn là lượng đặt LPG xuất, giá trị khối lượng hiển thị trờn cỏc massFlow tại 3 họng xuất, các trạng thái hoạt động của van và bơm LPG và các đồ thị, cảnh báo.
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT QUA MẠNG INTERNET
5.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cùng với sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin, hệ thống điều khiển ngày nay đó cú sự thay đổi khác nhiều so với quá khứ. Tất cả các hệ thống lớn, hiện đại đều phát triển trên nền tảng các hệ PC. Máy tính đã được đưa vào với vai trò là các trạm vận hành và giám sát quản lý và thu thập dữ liệu ở cấp trên. Ngoài ra ở một số hệ thống, máy tính cũng có thể đóng vai trò như các bộ điều khiển. Thuật ngữ control based PC đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống. Các hệ thống điều khiển tiêu biểu trong sản xuất ( SCADA, DCS, PLC, QCS vv…) .
Như đã trình bày trong yêu cầu của hệ thống điều khiển giám sát kho cảng LPG, khu kho cảng LPG nằm tại khu vực cảng nằm rất cách xa thành phố. Trong khi đó phòng điều khiển giám sát trung tâm vận hành toàn bộ kho cảng LPG nằm trong thành phố cách khu vực cảng hàng trăm Km. Chính vì vậy hệ thống SCADA này chính là hệ thống SCADA diện rộng. Trong trường hợp tổng quát, việc giám sát không chỉ dừng lại ở một số điểm đo mà còn khả năng mở rộng trên phạm vi cả nước, thậm chí có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau như: khí tượng thuỷ văn, điện lực… Điều đó buộc các nhà tích hợp giải pháp phải quan tâm đến yếu tố truyền thông khi xây dựng hệ SCADA. Một hệ SCADA truyền thống được xây dựng dựa trên phương thức truyền thông vô tuyến hoặc hữu tuyến, trong đó phương thức truyền hữu tuyến thường được cỏc hóng tích hợp tự động hoá sử dụng nhiều nhất với lý do chất lượng đường truyền.
- Truyền thông vô tuyến: Các thông tin, dữ liệu từ các thiết bị đo truyền về trung tâm bằng tín hiệu sóng radio, microware (Viba), qua vệ tinh. Với cách thức truyền không dây này cả hệ thống đòi hỏi các thiết bị phải được tích hợp các bộ phát và thu sóng, các thiết bị này thường là rất đắt tiền không phù hợp với bài toán công nghệ điều khiển giám sát bồn chứa LPG đơn giản với ít điểm đo và mức
chi phí thấp. Bên cạnh đó tốc độ truyền sóng vô tuyến không được cao, dễ bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu nhiễu bên ngoài ( tín hiệu được truyền trong môi trường không khí) dễ bị ảnh hưởng khi thời tiết thay đổi như mưa, giú, bóo hay các tín hiệu nhiễu khác bên ngoài tác động vào. Chính vì vậy đòi hỏi các thiết bị thu phát phải có khả năng lọc nhiễu tốt, công suất phát lớn sẽ làm tăng chi phí đầu tư.
- Truyền thông hữu tuyến: Truyền thông hữu tuyến sử dụng phương tiện truyền thông bằng cáp đồng trục, cỏp đụi dõy xoắn hoặc cáp quang. Thực hiện giải pháp truyền thông kết nối trực tiếp hệ thống giám sát tại khu cầu cảng với hệ thống điều khiển giám sát đặt tại thành phố sẽ không kinh tế và khả thi. Đối với truyền thông sử dụng cỏp đụi dõy xoắn và cáp đồng trục khoảng cách truyền chỉ khoảng một vài km phù hợp cho phạm vi một nhà máy. Trong khi đó sử dụng cáp quang khoảng cách truyền sẽ lớn hơn, tốc độ rất cao, sai lệch tín hiệu kém nhưng chi phí sẽ rất cao, khó thi công và không kinh tế chính vì vậy không phù hợp yêu cầu mà bài toán đặt ra. Chính vì vậy sử dụng hệ thống truyền thông công cộng là giải pháp tối ưu nhất và phù hợp với yêu cầu bài toán đặt ra. Mạng truyền thông công cộng được xây dựng trên cơ sở hạ tầng đã có sẵn. Chính vì vậy chỉ việc kết nối hệ thống mạng nội bộ của kho cảng và thành phố vào hệ thống mạng công cộng này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống mạng truyền thông công cộng có thể được thực hiện bằng truyền thông qua mạng điện thoại hoặc truyền thông qua mạng internet. Truyền thông qua mạng điện thoại có nhược điểm là tốc độ chậm, tín hiệu truyền không ổn định hay xảy ra sự cố chính vì vậy rất khó đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, tin cậy cao. Bên cạnh đó, ngày nay có sự bùng nổ của hệ thống mạng internet, đó cú cỏc gúi truyền thông qua mạng internet tốc độ cao (ADSL) trên nền băng thông rộng. Hệ thống mạng internet ngày càng phát triển và càng phổ biến trong cuộc sống. Giải pháp hệ SCADA diện rộng sử dụng hệ thống mạng internet là giải pháp tối ưu nhất đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu của bài toán. Các chức năng của hệ thống truyền thông qua mạng internet:
+ Giám sát và vận hành từ xa : Hệ thống điều khiển giám sát tại nhà máy được kết nối vào mạng internet và một máy tính ở bất kì vị trí nào trên thế giới được kết nối mạng internet. Máy tính đó cài phần mềm giao diện giám sát tương thích với trạm vận hành của nhà máy. Như vậy máy tính đó sẽ đóng vai trò như một client có thể quan sát tình trạng hoạt động cũng như gia lệnh điều khiển tất cả mọi hoạt động của nhà máy.
+ Thu thập dữ liệu từ xa: Mọi dữ liệu về trạng thái, hoạt động, sản xuất, cảnh báo của nhà máy đều được truyền dễ dàng qua mạng internet tới bất kì máy tính khác nối mạng internet tại mọi nơi trên thế giới.
+ Kiểm soát và khắc phục sự cố tức thì : Khi hệ thống gặp sự cố do hoạt động của chương trình phần mềm, hoạt động bị tạm dừng. Người vận hành có thể tìm lỗi và khắc phục sửa chữa và có thể vận hành trở lại bình thường.
+ Kết nối qua điện thoại di động: Không chỉ đối với máy tính, mà các thiết bị khác như điện thoại di động cũng dễ dàng kết nối với hệ thống điều khiển nhà máy.
Như vậy, ứng dụng mạng internet trong các hệ thống điều khiển ngày càng chứng tỏ ưu thế vượt trụi. Nó dễ dàng giải quyết bài toán điều khiển giám sát từ xa, phù hợp với xu thế chung là phát triển các hệ thống lớn về qui mô.
Ứng dụng hệ thống điều khiển qua mạng
Các ứng dụng của hệ thống chủ yếu là các hệ SCADA. Bởi đối với hệ DCS tuy quy mô lớn và quá trình công nghệ đòi hỏi điều khiển hết sức phức tạp. Tuy nhiên phạm vi ứng dụng chỉ ở cấp độ nhà máy. Đối với các hệ SCADA tuy không mạnh về điều khiển nhưng qui mô và phạm vi thì rất lớn. Các thiết bị hiện trường, các cảm biến thường nằm ở vị trí rất xa so với trung tâm điều hành giám sát. Chính vì vậy việc truyền thong khoảng cách xa đóng vai trò rất quan trọng.
+ Trong lĩnh vực sản xuất điện: các thông số về dòng điện, điện áp, công suất phải được giám sát chặt chẽ, các thông số này được truyền về trung tâm ( Trung tâm điều độ Ao) từ khu vực hiện trường.
+ Trong lĩnh vực khí tượng: Các thông số về nhiệt độ, độ ẩm được đo đạc và đưa về các trạm chuyển phỏt. Cỏc trạm này sẽ truyền dữ liệu về trung tâm lưu giữ tại đó.
+ Hệ thống quản lý toà nhà ( BMS): Các thiết bị được nối mạng, do đó mọi hoạt động của toà nhà được kiểm soát chặt chẽ bởi chủ nhà khi họ ở bất kì nơi đâu.
+ Hệ thống camera quan sát và điều kiển giao thông: Các tuyến đường đều lắp các camera quan sát, các camera này được đưa về trung tâm qua mạng internet. Nhờ đó an ninh, đi lại và mọi hoạt động khác được kiểm soát rất dễ dàng.
Do những vai trò vô cùng to lớn mà internet mang lại vì vậy nghiên cứu hệ thống mạng internet là nhiệm vụ vô cùng cấp bách.
5.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNGINTERNET INTERNET
5.2.1. Giao thức mạng internet
Giao thức mạng internet dựa trên mô hình phân lớp TCP/IP . Mô hình phân lớp TCP/IP được phân thành 5 lớp. 4 lớp phần mềm được xây dựng trên nền lớp phần cứng thứ 5.
- Lớp ứng dụng: Tại mức lớp cao nhất này, người sử dụng chương trình ứng dụng truy xuất đến các dịch vụ hiện hữu trên TCP/IP internet. Một ứng dụng tương tác với một trong những protocol ở lớp chuyên chở để gửi hoặc nhận dữ liệu. Mỗi chương trình ứng dụng chọn một kiểu chuyên chở nó cần, có thể là một dãy tuần tự các thông điệp hoặc một chuỗi các byte liên tục.
- Lớp chuyên chở: Nhiệm vụ cơ bản của lớp chuyên chở là cung cấp phương tiện liên lạc từ lớp ứng dụng này đến lớp ứng dụng khác. Mức chuyên chở có thể điều khiển luồng thông tin. Nó cũng có thể cung cấp sự chuyên chở với sự tin cậy cao đảm bảo dữ liệu không bị lỗi và đúng thứ tự.
- Lớp internet: Lớp internet xử lý liên lạc từ máy này đến máy kia. Nó nhận dữ liệu từ lớp chuyên trở cùng với một định danh của máy mà góc dữ liệu cần gửi tới. Nó đóng gói packet vào trong IP datagram, điền vào phần đầu gửi datagram sử dụng thuật giải chuyển kênh để xác định kênh phải gửi datagram trực tiếp hay gửi nó đến bộ chuyển kênh và chuyển datagram đến bộ giao tiếp mạng tích hợp để chuyển đi. Lớp internet cũng xử lý các datagram gửi đến, kiểm tra tính hợp lệ, sử dụng thuật giải chuyển kênh để xác định xem datagram được xử lý tại chỗ hay phải truyền đi.
- Lớp giao tiếp mạng: Đây là lớp thấp nhất của phần mềm TCP/IP chính là lớp giao tiếp mạng, có trách nhiệm nhận các IP datagram và truyền chỳng lờn một mạng nhất định. Giao tiếp mạng có thể bao gồm chương trình điều khiển thiết bị ( Ví dụ, khi mạng ở đây là mạng cục bộ và máy tính nối trực tiếp vào mạng) hay một hệ con phức tạp dựng riờng protocol data link của nó ( Ví dụ, khi mạng này bao gồm các bộ chuyển dữ liệu đã lien lạc với máy tính có sử dụng HDLC).
- Lớp Vật lý: đây là lớp phần cứng xác định chuẩn liên kết trong vật lý giữa máy tính và bộ chuyển mạch mạng, cùng với các thủ tục để truyền dữ liệu tới các máy tính khác. Mô hình tham khảo xác định liên kết trong vật lý bao gồm các đặc tính điện tử của điện thế và cường độ dòng.
5.2.2. Mô hình phân lớp địa chỉ internet
Người thiết kế TCP/IP đã chọn mô hình tương tự với địa chỉ vật lý mạng mà trong đó mỗi máy tính trên internet được gán cho địa chỉ số nguyên 32 bit được gọi là địa chỉ internet hay gọi là địa chỉ IP. Điểm tinh tế của địa chỉ
internet là các số nguyên đã được chọn rất cẩn thận và cho ra định tuyến rất hiệu quả. Đặc biệt là một địa chỉ IP mã hóa định danh của mạng mà nó nối vào cũng như tính duy nhất của nó trên mạng đó. Như vậy mỗi máy tính trên một mạng TCP/IP internet được gán một địa chỉ số nguyên 32 bit duy nhất, được dùng trong tất cả các mối liên lạc với mỏy đú. Mỗi địa chỉ IP gồm 2 phần, phần tiền tố( netid) của địa chỉ IP xác định mạng nghĩa là địa chỉ IP của cỏc mỏy được liên kết trên một mạng đều chung phần tiền tố này. Phần hậu tố ( hostid) xác định một mỏy trờn mạng đú.Tuy nhiờn việc phân bố này không thống nhất trên toàn bộ mạng internet vì người thiết kế không xác định biên giới cụ thể. Trong mô hình địa chỉ ban đầu, được biết đến tên địa chỉ phân lớp, mỗi địa chỉ IP đều có ba dạng. Trong trao đổi con người với nhau địa chỉ IP đuợc viết dưới dạng thập phân với bốn số nguyên thập phân tách nhau bằng một dấu chấm. Trong đó mỗi số nguyên cho ta giá trị một bộ 8 bít của địa chỉ IP. Như vậy địa chỉ internet gồm có 4 bộ.