ỨNG DỤNG HỆ SCADA VÀO HỆ THỐNG PHA TRỘN HÓA CHÂT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (624.54 KB, 38 trang )
PHAN 3
ỨNG DỤNG HỆ SCADA VÀO HỆ •
• • THỐNG PHA TRỘN HÓA CHÂT
Chương 1: Hệ ThôngSCADA
I. GIỚI THIỆU HỆ SCADA.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition = hệ thông giám
sát, điều khiển và thu thập dữ liệu) là hệ thống cho phép người điều hành giám
sát và điều khiển các quá trình mà chúng được phân bô” trong các nơi ở xa.
Có nhiều quá trình sử dụng hệ thông SCADA như: thủy điện, các khâu
xử lý và phân phôi nước, khí tự nhiên, v.v Các hệ thông SCADA cho phép
các nơi xa liên lạc với phương tiện điều khiển và cung cấp dữ liệu điều khiển
cần thiết cho các quá trình điều khiển. Khi khoảng cách đến các nơi xa tăng thì
càng khó truy cập hơn, khi đó SCADA trở thành sự chọn tốt nhất cho người
điều hành để điều chỉnh và quan sát. Khoảng cách và sự ở xa là hai yếu tô”
chính để cài đặt các hệ thông SCAD A .
Các hệ thông SCADA hiện đại có nhiều đặc tính tiên tiến như: kiến trúc
phân bô”, cơ sở dữ liệu phân bô”, giao tiếp đồ họa với người sử dụng (GUI =
Graphic User Interface), các đơn vị đo lường từ xa thông minh v.v
Hệ SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thông máy tính được
thiết kế để thực hiện các chức năng sau:
• Thu thập dữ liệu từ các thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến/ chuyển
đổi năng lượng.
• Xử lý và thực hiện các phép tính trên dữ liệu thu thập được.
• Hiển thị dữ liệu thu thập và dữ liệu được suy ra.
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 1
• Nhận lệnh từ người điều hành và thực hiện gởi các lệnh điều khiển đến
các thiết bị của nhà máy.
• Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay đúng lúc và tin cậy.
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 2
Các hệ thông như vậy có thể được gọi bằng các tên khác trong các tình
huống và các kỹ nghệ khác, như: DAC (Data Acquition and Control = Điều
khiển và thu thập dữ liệu), DCS (Distributed Control Systems = Các hệ thông
điều khiển phân bố), v.v Tất cả các hệ thông này về cơ bản thực hiện cùng
cácchức năng. Xuất phát từ các công việc ứng dụng cụ thể mà có sự khác biệt
giữa chúng ở các đặc điểm sau:
• Vị trí và sự phân bô” các nguồn dữ liệu công nghiệp (các thiết bị nhà
máy).
• Lượng dữ liệu được thu thập.
• Tốc độ thu thập dữ liệu.
• Các lệnh điều khiển có thểđược tạo ra một cách tự động bởi các
hệ thông này ở mức độ nào.
• Kiểu tính toán và vị trí mà các tính toán và các tác động điều khiển sẽ
được thực hiện.
Hệ thống SCADA có 4 phần tử chính: người điều hành (operator), phần
tử thiết bị đầu cuối chính MTU (Master
Terminal Unit), truyền thông liên lạc
và phần tử thiết bị đầu cuối ở xa RTU (Remote
Terminal Unit). Người điều
hành thực hiện điều khiển qua thông tin được mô tả trong khôi hiển thị hình
ảnh VDU (Video Display Unit). Phần nhập của hệ thông thường xuất phát từ
người điều hành qua bàn phím của MTU. Thông tin từ các nơi ở xa được MTU
giám sát và hiển thị các thông tin này cho người điều hành. Quan hệ giữa MTU
và RTU tương tự như giữa chủ và tớ.
♦♦♦ MTU (Master Terminal Ưnit)
Outputs to Other Devices
MT
U
Outputs
to RTUInputs from
RTU
Inputs from Operator
Hình 3.1: Các phần nhập và xuất của MTU.
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 3
Trung tâm của hệ thông là MTU. Nhiệm vụ của MTU là khởi động tất cả
các công việc: truyền thông liên lạc, thu thập dữ liệu, lưu trữ thông tin, gửi
thông tin đến các hệ thông khác, và giao tiếp với người điều hành. Sự khác biệt
chính giữa MTU và RTU là MTU khởi động ảo tất cả các truyền thông bằng lập
trình giữa nó và con người. Hầu hết tất cả các truyền thông được thực hiện bởi
MTU. MTU cũng liên lạc với các thiết bị ngoại vi khác như: monitor, máy in
hoặc các hệ thông thông tin khác. Thành phần giao tiếp cơ bản với người điều
hành là monitor mà trong đó hiển thị các valve, bơm v.v Khi dữ liệu đến thay
đổi thì màn hình được cập nhật.
*♦* RTU (Remote Terminal Unit):
RTU thu thập thông tin ở xa từ nhiều thiết bị nhập như các valve, bơm,
báo động (alarm), đồng hồ đo (meter) Chủ yếu dữ liệu dạng analog (sô” thực),
digital (on/off), hoặc dữ liệu xung (như đếm sô” vòng xung của các meter).
Nhiều RTU giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ và đợi yêu cầu từ MTU để
truyền dữ liệu. Các RTU hiện đại hơn có các máy vi tính và các PLCs có thể
điều khiển trực tiếp qua địa điểm từ xa không cần định hướng của MTU.
Outputs to Field Devices
RT
Ư
Outputs to MTUInputs from MTU
Inputs from Field Devices
Hình 3.2: Các phần nhập và xuất của RTU.
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 4
CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức truyền thông.
Các giao thức có thể mở rộng như TCP/ĨP (Transmission Control Protocol and
Internet Protocol) hoặc các giao thức riêng riêng. Những luồng dữ liệu tổng
quát chứa các thông tin được tổ chức theo mô hình 7 lớp ISO/OSI. Mô hình
OSI được sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao đổi thông tin với các giao
thức, truyền thông và dữ liệu. RTU nhận thông tin của nó nhờ vào mã nhận
dạng của nó trong dữ liệu truyền. Dữ liệu này được diễn dịch và CPU điều
khiển tác động thích hợp tại chỗ.
II. CÁC ĐẶC TÍNH CHÍNH CỦA HỆ THÔNG
SCADA HIỆN ĐẠI.
Kiến trúc hệ thông:
Hiện nay các hệ SCADA thế hệ mới được xây dựng theo kiến trúc phân
bô”, trong đó công suất của máy chủ được phân bô” trên một sô”bộ xử lý được
nôi cùng với nhau bằng mạng cục bộ (LAN). Trong đó mỗi bộ xử lý có một
trách nhiệm nhất định như : thu thập và xử lý, tạo hiển thị, thiết lập báo cáo
v.v và một sô” bộ xử lý dùng để dự phòng.
Nhờ vào các công nghệ diện rộng (WAN), hệ thông SCADA có thể được
phân bô” trên một miền địa lý rộng.
Hệ thông được thiết kế theo hệ thông mở và cơ cấu server_client.
Kiến trúc tiêu biểu của một hệ SCAD A phân bô:
Hình 3.3: Kiến trúc tiêu biểu của một hệ SCADA phân bố.
Trong đó:
IOS = Data Input/Output Module.
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 5
HMI = Human_Machine Interface Module.
HDC = Historical Data Collection and Storage Module.
GW = Gateway for inter_LAN communications.
APPS = Application Calculations and Processing Module.
> Các bộ xử lý máy tính: sử dụng các vi xử lý tiên tiến.
> Thiết bị giao tiếp giữa người_máy (HMI = HumanMachine Interface)
SCADA trang bị các VDU (Visual Display Unit = Đơn vị hiển thị) đầy
đủ đồ họa có kèm mouse, trackball jottick và bàn phím. Các nút điều khiển nốì
cứng được thay thế bằng các biểu tượng trên màn hình được tác động bằng
chuột hay bàn phím. Các phương tiện này giúp cho người điều hành:
• Nhanh chóng hoán đổi giữa các màn hình hiển thị.
• Nhanh chóng xem được chi tiết các thông tin.
• Tạo và sửa đổi các màn hình hiển thị trực tiếp ở hệ thông.
• Có những hiệu ứng đặc biệt để tăng khả năng phân biệt rõ dữ liệu (ví dụ
các màu khác nhau cho các lô khác nhau trong một đường ông dẫn dầu).
Với các VDU hoạt động trong môi trường Windows hay X-Windows,
người điều hành cũng có thể:
■ Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin mà thường trải ra trên
nhiều màn hình hiển thị.
■ Trên cùng màn hình, truy cập được các dữ liệu nằm rải rác theo vùng
hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau.
Do đó, những phương tiện HMI hiện đại cho phép người điều hành truy
cập số lượng thông tin lớn dễ hơn và nhanh hơn.
Các đơn vị đo lường từ xa RTU (Remote Telemetry
Unit)
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 6
Các RTU không còn là những thiết bị thụ động nữa, mà mục đích chính
của nó là thu thập và lưu trữ dữ liệu vùng. Nhiều mức xử lý dữ liệu và điều
khiển được thực hiện ở các RTU.
Nhiều loại thiết bị có thể được nốì vào các RTU như: PLC, máy đo lưu
lượng, thiết bị lấy chuẩn và đo bồn chứa v.v
Các RTU có thể được sắp xếp theo kiến trúc phân bô” hoặc phân cấp. Dữ
liệu của các RTU được xử lý tại trạm chủ.
> Cơ sở dữ liệu
Dữ liệu được lưu trữ không những là dữ liệu đo đạc từ xa, được tính toán
mà còn có các thông sô” báo về các sự kiện và các cảnh báo. Do bản chất phân
bô” của hệ SCADA, cơ sở dữ liệu cũng phân bô”.
về vấn đề bảo mật thì cho nhiều cấp truy cập sử dụng: điều hành viên,
giám sát viên, huấn luyện, kỹ sư, v.v
Cơ sở dữ liệu cũng liên hệ với hệ thông tin quản trị MIS (Geographic
Information System).
> Truyền thông máy tính
Truyền thông LAN/WAN giữa các máy tính dựa trên một sô” tiêu chuẩn
công nghiệp phù hợp với mô hình OSĨ (Open System Interconnection).
Hiện nay đã có các công nghệ: Fast Internet, FDDI,
Frame Relay, ATM, V.v Trong tương lai người ta có
khuynh hướng chuyển sang ATM.
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC TrangìOl
Chương 2: Thực HiệnChương Trình
I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHA TRỘN.
1. Giới thiệu tổng quát.
Hệ thông điều khiển pha trộn hóa chất được hoàn tất dựa trên sự kết
hợp logic giữa lập trình phần mềm và mô hình thật. Chương trình sử dụng các
ngôn ngữ lập trình: S7-300 và WinCC. Phần mềm WinCC cho phép điều khiển
kết nôi giữa các hình đồ họa được tạo, đồng thời là giao diện giữa người điều
hành và hệ thông điều khiển. Ngôn ngữ lập trình S7-300 được dùng để tạo
thao tác vận hành cũng như quy luật hoạt động và điều khiển hệ thông.
Hệ thông pha trộn bao gồm: 3 loại chất lỏng chứa sẩn ở 3 bồn cung cấp,
dẫn qua bơm và valve trước khi vào bồn pha trộn, một bồn để chứa chất lỏng
sau khi trộn, và một động cơ dùng để khuấy trộn.
Do không có các sensor báo mực chất lỏng, sensor đo lưu lượng nên
phần lập trình điều khiển chủ yếu dựa vào bộ định thời Timer và đặc điểm của
các valve, bơm. Tuy vậy, nó vẫn cho kết quả chấp nhận được.
Phần mô hình gồm: 3 bồn cung cấp mỗi bồn chứa được tối đa là 4.5 lít,
bồn dùng cho pha trộn chứa tôi đa 9 lít, bơm có tốc độ 1 lít/30giây, động cơ,
các valve và các rờle đóng ngắt.
2. Hoạt động của hệ thông.
Khi nhấn nút “RUN”, 3 van cung cấp A, B, c và bơm
được tác động, cho phép chất lỏng từ 3 bồn chảy vào
bồn pha trộn theo tỉ lệ nhất định. Chẳng hạn, chất
A: 60%, chất B: 25%, chất C: 15%. Khi van cuối cùng
(van A) đóng lại thì động cơ bắt đầu hoạt động với
thời gian bằng Vz thời gian mở van A. Động cơ dừng,
làm tín hiệu kích bơm và van xả hoạt động (thời
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 8
gian xả bằng tổng thời gian 3 van cung cấp nếu các
bơm có cùng tính chất). Sau khi xả xong tức là một
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 9
lần trộn đã hoàn tất, bộ đếm sô” thùng tăng lên 1. Đồng thời delay 5s trước
khi hệ thông lặp vòng trở lại. Và cứ thế tiếp tục cho đến khi ta nhấn nút
“STOP” thì dừng. Đặc biệt khi động cơ đang quay hoặc khi van xả đang hoạt
động, ta có thể nhấn nút “PAUSE”, toàn bộ hệ thông sẽ dừng lại cho đến khi
nhấn “PAUSE” lần nữa. Hệ thông tiếp tục hoạt động trở lại với giá trị thời
gian đã lưu giữ trong bộ nhớ. Với chức năng này của nút “PAUSE”, hệ thông
của ta sẽ hoạt động linh hoạt hơn tùy vào ý muôn của người điều hành.
❖ LƯU đồ giải thuật của hệ thông pha trộn hóa chất:
Nhấn “Run”
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
1
2
❖ Giản đồ xung về quá trình hoạt động của hệ thông:
Mở van xả
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 11
❖ Cách vận hành:
Có hai cách vận hành hệ thống: điều khiển bằng các cồng tắc vật lý (giả
lập làm nút nhấn) hoặc điều khiển trên máy tính nhờ phần mềm WinCC.
Tín hiêu lệnh
tA
Van A Van B
tR
Van c
tc
Đông cơ
Van xả t\1
ÍD
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 12
II. TẠO CÁC GIAO DIỆN KẾT Nối BANG WINCC.
1. Các tags và nhóm tag đã tạo trong chương trình.
♦♦♦ Các nhóm tag gồm có: nhóm tag “điều khiển”, nhóm tag “thời
gian thực thi” và nhóm tag “thể tích”.
♦♦♦ Các tag độc lập: tag “giá trị đặt”, tag “sô” thùng”.
Q’ Control Centei – [An]
File Edit View Editors Jools Help
1 1^1
B ^ An
j~# Computer E BSH Tag Management El Internal tags
;
il-‘|
SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE
B J| MPI______________
B *-> PLC_WinCC
DIEUKHIEN ^ THOIGIANTHUCTHI L- 1
THETICH PROFIBUS Industrial Ethernet Slot
PLC
__TCP/IP
IS .1? Data Types
Name
^ DIEUKHIEN Tag group
1 THOIGIANTHUCTHI Tag group ^
THETICH Tag group
~ t giatridat Floating-point
num
sothung U nsigned 16-bit v
❖ Các tags trong nhóm tag”điều khiển”:
□as
Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Thiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 13
□
Para.. I Last change I
01/05/02 0
01 /05/02 0
01/08/021
01/08/02 0
MD50
MW40 12/18/01 1.
Ç* Control Center – [An]
File Edit View Editors Tools Help
*1
Các tags trong nhóm tag
“thời gian thực thi’
Control Center – [An]
File Edit View Editors Tools Help
fir tf| ỊỊỊị
B ^ An
!
–
#
C
o
m
p
u
t
e
r
B
i
H
T
a
g
M
a
n
a
g
e
m
e
n
t
S
–
–
3
?
I
n
t
e
r
n
a
D
HÜ
I Para I Last change |
Name
“l Reset
IJRUN
liSTOP
~~i pause
Xem thêm: Ứng dụng của tích phân tính diện tích, thể tích, quãng đường, vận tốc cực hay – Toán lớp 12
Binary Tag
Binary Tag
Binary Tag
Binary Tag
M0.3
MO
.O
M0.1
MŨ.2
01/05/02 0
01/05/02 0
01/05/02 0
01/05/02 0
B ^ An
j
Computer $11 Tag
Management El .n?
Internal tags
B | SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE B J|
MPI
PLC.WinCC 1 DIEUKHIEN
1 THOIGIANTHUCTHI i- 1 THETICH
|| PROFIBUS IB Industrial Ethernet
U
Slot PLC iD TCP/IP
□
THOIGIANTHUCTHI
l
t
a
g
s
i f
SI
MA
TIC
S7
PR
OT
OC
OL
SUI
TE
B
U]
MP
I
B-kj-
PLC.Wi
nCC h-
1
DIEUK
HIEN
^r
—
■ 1
THE
TIC
H
PR
OFI
BU
S
Ind
ustr
ial
Eth
ern
et
Slot
PL
C
TC
P/I
P B
Dat
a
Typ
es
S
Edit
or
-?r firanhins Dftsinnsr
ZjVarA Unsigned 16-bit v MW14 01/05/02 0.
“iVanB Unsigned 1 G-bit v MW20 01/05/02 0.
~lVanC Unsigned 16-bit v MW26 01/05/02 0.
“iDonaCo Unsigned 16-bit v MW32 01/05/02 0.
“lVanXa Unsigned 16-bit v MW38 01/05/02 0.
❖ Các tags trong nhóm
tag “thể tích”:
| Para | Last change |
Nam
e
T
V
P
e
Ç* Conlrol Center – [An]
File Edit View Editors Tools Help
D
B ^ An
Compu
ter El’-
fljj Tag
Manag
ement
0-
Internal
tags
H |
SI
M
AT
IC
S7
P
R
O
T
O
C
O
L
S
UI
T
E
– I
M
P
I
PLC.Wi
nCC
1
DIEUK
HIEN I- 1
THOIGIA
NTHUCT
HI
THETICH
PROFIBU
S
Industrial
Ethernet
Slot PLC
TCP/IP 0
Data
Types
E-D
Editor
–
*
j
–
G
r
a
p
h
i
c
s
D
e
s
i
g
n
e
r
•
o
A
l
a
r
m
L
o
g
g
i
n
g
□HxJ
LES
Name
_j thetichA,
~ i thetichB ~ i
thetichC ~1
thetichbinhchua ~~i
thetichhienthi
I
J
J
T
a
g
L
o
g
g
i
n
g
B
R
e
p
o
r
t
D
e
s
i
g
n
e
r
1 Para I Last change
. MD66 01 /08/021
. MD70 01/08/021
. MD74 01/08/021
. MD62 01 /08/021
. MD10Ũ 01 /08/021
2. Các giao diện
cho chương trình.
a. Màn hình chính:
Đây là màn hình
tổng quát cho phép liên kết
với tất cả các hình trong
chương trình. Bao gồm các
nút điều khiển: “Giới
thiệu”, “Thông tin”, “Điều
khiển”, “Mô hình”, “Xem
dữ liệu”, “Thu thập”, “Đồ
Floating point number
32. Floating-point
number 32. Floating-
point number 32.
Floating-point number
32. Floating-point
number 32.
thị”, “Thông báo”,
“Thoát”.
Mỗi nút được nhấn
sẽ gọi đến từng hình có nội
dung tương ứng. Riêng với
nút “Thoát”, khi nhấn sẽ
thoát khỏi WinCC
RunTime.
Điều Khiển
BU
Kem Dữ Liệu
Thu Thập
Đồ Thi
b. Màn
hình “
WinCC-Runlime
C: \An_WinCC\G f aCS \M ain. pdl
I
1
r
Giới
thiệu
Màn
hình này cung
cấp một đoạn
Video giới
thiệu về cồng
nghệ và thành
tựu của hãng
Siemens.
WinCC-Runlime –
II ■
Trở về
C:\An_WinCC\GraCS\
GIOITHIEU.pdl
c. Màn hình
“Thông
tin
Cho các
thông tin về
tên đề tài và
người thực
hiện.
■
-lơ X
rTnRì
I
1
1
# WinCC-Runtime
v>
;
LUẬN
VĂN
TỐT
NGHIỆ
P
Tự Động 97
1/08/p2
11:08:1ÍPM ‘4
Ấ \ ỉ
;
w
THIẾT
KẾ HỆ
SCADA
DÙNG
WINCC
SV: Trần
Thị An
Điều Khiển
C: \An_WinCC\G
raCSVTHONGTIN.pdl
ỷ
Mô Hình
I
1—r
d. Màn hình
“Điều
khiển
Bao gồm :
• Một
I/O
fiel
d:
cho
phép
đặt
vào
sô”
lít
cần
pha
trộn.
Giá
trị
này
có
thể
lên
đến
999.
999
(sô”
thực
)
nhưn
g
thực
tế do
bồn
chứa
có
dung tích là 9 lít, và mỗi bồn cung cấp có dung tích là 4.5 lít,
nên mỗi lần pha trộn chỉ cho phép tồi đa là 7 lít. Do đó, nếu
đặt quá giá trị này, một message sẽ tạo ra thông báo người
vận hành đặt lại giá trị cho thích hợp.
• Nút nhấn “Run cho chạy chương trình.
• Nút nhấn “Stop”: dừng chương trình.
• Nút nhấn “Reset”: xóa bộ đếm số thùng về 0.
• Công tắc “Pause”: cho phép dừng tạm thời chương trình (các
nút nhấn “Pause” ngoài thực tế chính là các cồng tắc).
0- WinCC-Runtime –
C: \An_WinCC\G raCS Vdieukhien. pdl
GIÁ TRỊ ĐẶT:
RUN
STOP
RESET
Đồ Thị
PAUSE
Trở Về
2.500
(L
)
o
o
■
ẽ
■
Hi
Mớ Hình
Thu Thập
Các hệ thông như vậy hoàn toàn có thể được gọi bằng những tên khác trong những tìnhhuống và những kỹ nghệ khác, như : DAC ( Data Acquition and Control = Điềukhiển và thu thập dữ liệu ), DCS ( Distributed Control Systems = Các hệ thôngđiều khiển phân bổ ), v.v Tất cả những hệ thông này về cơ bản triển khai cùngcácchức năng. Xuất phát từ những việc làm ứng dụng đơn cử mà có sự khác biệtgiữa chúng ở những đặc thù sau : • Vị trí và sự phân bô ” những nguồn tài liệu công nghiệp ( những thiết bị nhàmáy ). • Lượng tài liệu được tích lũy. • Tốc độ thu thập dữ liệu. • Các lệnh điều khiển và tinh chỉnh có thểđược tạo ra một cách tự động hóa bởi cáchệ thông này ở mức độ nào. • Kiểu giám sát và vị trí mà những thống kê giám sát và những ảnh hưởng tác động điều khiển và tinh chỉnh sẽđược thực thi. Hệ thống SCADA có 4 thành phần chính : người quản lý ( operator ), phầntử thiết bị đầu cuối chính MTU ( MasterTerminal Unit ), truyền thông online liên lạcvà thành phần thiết bị đầu cuối ở xa RTU ( RemoteTerminal Unit ). Người điềuhành triển khai điều khiển và tinh chỉnh qua thông tin được miêu tả trong khôi hiển thị hìnhảnh VDU ( Video Display Unit ). Phần nhập của hệ thường thì xuất phát từngười điều hành quản lý qua bàn phím của MTU. tin tức từ những nơi ở xa được MTUgiám sát và hiển thị những thông tin này cho người điều hành quản lý. Quan hệ giữa MTUvà RTU tương tự như như giữa chủ và tớ. ♦ ♦ ♦ MTU ( Master Terminal Ưnit ) Outputs to Other DevicesMTOutputsto RTUInputs fromRTUInputs from OperatorHình 3.1 : Các phần nhập và xuất của MTU.Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 3T rung tâm của hệ thông là MTU. Nhiệm vụ của MTU là khởi động tất cảcác việc làm : tiếp thị quảng cáo liên lạc, thu thập dữ liệu, tàng trữ thông tin, gửithông tin đến những hệ thông khác, và tiếp xúc với người điều hành quản lý. Sự khác biệtchính giữa MTU và RTU là MTU khởi động ảo toàn bộ những tiếp thị quảng cáo bằng lậptrình giữa nó và con người. Hầu hết tổng thể những truyền thông online được thực thi bởiMTU. MTU cũng liên lạc với những thiết bị ngoại vi khác như : monitor, máy inhoặc những hệ thông thông tin khác. Thành phần tiếp xúc cơ bản với người điềuhành là monitor mà trong đó hiển thị những valve, bơm v.v Khi tài liệu đến thayđổi thì màn hình hiển thị được update. * ♦ * RTU ( Remote Terminal Unit ) : RTU tích lũy thông tin ở xa từ nhiều thiết bị nhập như những valve, bơm, báo động ( alarm ), đồng hồ đeo tay đo ( meter ) Chủ yếu tài liệu dạng analog ( sô ” thực ), digital ( on / off ), hoặc tài liệu xung ( như đếm sô ” vòng xung của những meter ). Nhiều RTU giữ thông tin tích lũy được trong bộ nhớ và đợi nhu yếu từ MTU đểtruyền tài liệu. Các RTU văn minh hơn có những máy vi tính và những PLCs có thểđiều khiển trực tiếp qua khu vực từ xa không cần xu thế của MTU.Outputs to Field DevicesRTOutputs to MTUInputs from MTUInputs from Field DevicesHình 3.2 : Các phần nhập và xuất của RTU.Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 4CPU của RTU nhận luồng tài liệu nhị phân theo giao thức tiếp thị quảng cáo. Các giao thức hoàn toàn có thể lan rộng ra như TCP / ĨP ( Transmission Control Protocol andInternet Protocol ) hoặc những giao thức riêng riêng. Những luồng tài liệu tổngquát chứa những thông tin được tổ chức triển khai theo quy mô 7 lớp ISO / OSI. Mô hìnhOSI được sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao đổi thông tin với những giaothức, truyền thông online và tài liệu. RTU nhận thông tin của nó nhờ vào mã nhậndạng của nó trong tài liệu truyền. Dữ liệu này được diễn dịch và CPU điềukhiển tác động ảnh hưởng thích hợp tại chỗ. II. CÁC ĐẶC TÍNH CHÍNH CỦA HỆ THÔNGSCADA HIỆN ĐẠI.Kiến trúc hệ thông : Hiện nay những hệ SCADA thế hệ mới được kiến thiết xây dựng theo kiến trúc phânbô “, trong đó hiệu suất của sever được phân bô ” trên một sô ” bộ giải quyết và xử lý đượcnôi cùng với nhau bằng mạng cục bộ ( LAN ). Trong đó mỗi bộ giải quyết và xử lý có mộttrách nhiệm nhất định như : tích lũy và giải quyết và xử lý, tạo hiển thị, thiết lập báo cáov. v và một sô ” bộ giải quyết và xử lý dùng để dự trữ. Nhờ vào những công nghệ tiên tiến diện rộng ( WAN ), hệ thông SCADA hoàn toàn có thể đượcphân bô ” trên một miền địa lý rộng. Hệ thông được phong cách thiết kế theo hệ thông mở và cơ cấu tổ chức server_client. Kiến trúc tiêu biểu vượt trội của một hệ SCAD A phân bô : Hình 3.3 : Kiến trúc tiêu biểu vượt trội của một hệ SCADA phân bổ. Trong đó : IOS = Data Input / Output Module. Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 5HMI = Human_Machine Interface Module. HDC = Historical Data Collection and Storage Module. GW = Gateway for inter_LAN communications. APPS = Application Calculations and Processing Module. > Các bộ giải quyết và xử lý máy tính : sử dụng những vi giải quyết và xử lý tiên tiến và phát triển. > Thiết bị tiếp xúc giữa người_máy ( HMI = HumanMachine Interface ) SCADA trang bị những VDU ( Visual Display Unit = Đơn vị hiển thị ) đầyđủ đồ họa có kèm mouse, trackball jottick và bàn phím. Các nút tinh chỉnh và điều khiển nốìcứng được thay thế sửa chữa bằng những hình tượng trên màn hình hiển thị được ảnh hưởng tác động bằngchuột hay bàn phím. Các phương tiện đi lại này giúp cho người quản lý và điều hành : • Nhanh chóng hoán đổi giữa những màn hình hiển thị hiển thị. • Nhanh chóng xem được chi tiết cụ thể những thông tin. • Tạo và sửa đổi những màn hình hiển thị hiển thị trực tiếp ở hệ thông. • Có những hiệu ứng đặc biệt quan trọng để tăng năng lực phân biệt rõ tài liệu ( ví dụcác màu khác nhau cho những lô khác nhau trong một đường ông dẫn dầu ). Với những VDU hoạt động giải trí trong môi trường tự nhiên Windows hay X-Windows, người quản lý cũng hoàn toàn có thể : ■ Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin mà thường trải ra trênnhiều màn hình hiển thị hiển thị. ■ Trên cùng màn hình hiển thị, truy vấn được những tài liệu nằm rải rác theo vùnghoặc những tài liệu thuộc những cơ sở tài liệu khác nhau. Do đó, những phương tiện đi lại HMI văn minh cho phép người điều hành quản lý truycập số lượng thông tin lớn dễ hơn và nhanh hơn. Các đơn vị chức năng thống kê giám sát từ xa RTU ( Remote TelemetryUnit ) Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 6C ác RTU không còn là những thiết bị thụ động nữa, mà mục tiêu chínhcủa nó là tích lũy và tàng trữ tài liệu vùng. Nhiều mức giải quyết và xử lý tài liệu và điềukhiển được triển khai ở những RTU.Nhiều loại thiết bị hoàn toàn có thể được nốì vào những RTU như : PLC, máy đo lưulượng, thiết bị lấy chuẩn và đo bồn chứa v.v Các RTU hoàn toàn có thể được sắp xếp theo kiến trúc phân bô ” hoặc phân cấp. Dữliệu của những RTU được giải quyết và xử lý tại trạm chủ. > Cơ sở dữ liệuDữ liệu được tàng trữ không những là tài liệu đo đạc từ xa, được tính toánmà còn có những thông sô ” báo về những sự kiện và những cảnh báo nhắc nhở. Do thực chất phânbô ” của hệ SCADA, cơ sở tài liệu cũng phân bô “. về yếu tố bảo mật thông tin thì cho nhiều cấp truy vấn sử dụng : điều hành viên, giám sát viên, đào tạo và giảng dạy, kỹ sư, v.v Cơ sở tài liệu cũng liên hệ với hệ thông tin quản trị MIS ( GeographicInformation System ). > Truyền thông máy tínhTruyền thông LAN / WAN giữa những máy tính dựa trên một sô ” tiêu chuẩncông nghiệp tương thích với quy mô OSĨ ( Open System Interconnection ). Hiện nay đã có những công nghệ tiên tiến : Fast Internet, FDDI, Frame Relay, ATM, V.v Trong tương lai người ta cókhuynh hướng chuyển sang ATM.Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC TrangìOlChương 2 : Thực HiệnChương TrìnhI. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHA TRỘN. 1. Giới thiệu tổng quát. Hệ thông điều khiển và tinh chỉnh pha trộn hóa chất được hoàn tất dựa trên sự kếthợp logic giữa lập trình ứng dụng và quy mô thật. Chương trình sử dụng cácngôn ngữ lập trình : S7-300 và WinCC. Phần mềm WinCC được cho phép điều khiểnkết nôi giữa những hình đồ họa được tạo, đồng thời là giao diện giữa người điềuhành và hệ thông điều khiển và tinh chỉnh. Ngôn ngữ lập trình S7-300 được dùng để tạothao tác quản lý và vận hành cũng như quy luật hoạt động giải trí và tinh chỉnh và điều khiển hệ thông. Hệ thông pha trộn gồm có : 3 loại chất lỏng chứa sẩn ở 3 bồn cung ứng, dẫn qua bơm và valve trước khi vào bồn pha trộn, một bồn để chứa chất lỏngsau khi trộn, và một động cơ dùng để khuấy trộn. Do không có những sensor báo mực chất lỏng, sensor đo lưu lượng nênphần lập trình tinh chỉnh và điều khiển đa phần dựa vào bộ định thời Timer và đặc thù củacác valve, bơm. Tuy vậy, nó vẫn cho hiệu quả gật đầu được. Phần quy mô gồm : 3 bồn phân phối mỗi bồn chứa được tối đa là 4.5 lít, bồn dùng cho pha trộn chứa tôi đa 9 lít, bơm có vận tốc 1 lít / 30 giây, động cơ, những valve và những rờle đóng ngắt. 2. Hoạt động của hệ thông. Khi nhấn nút “ RUN ”, 3 van cung ứng A, B, c và bơmđược ảnh hưởng tác động, được cho phép chất lỏng từ 3 bồn chảy vàobồn pha trộn theo tỉ lệ nhất định. Chẳng hạn, chấtA : 60 %, chất B : 25 %, chất C : 15 %. Khi van sau cuối ( van A ) đóng lại thì động cơ mở màn hoạt động giải trí vớithời gian bằng Vz thời hạn mở van A. Động cơ dừng, làm tín hiệu kích bơm và van xả hoạt động giải trí ( thờiLuận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 8 gian xả bằng tổng thời hạn 3 van cung ứng nếu cácbơm có cùng đặc thù ). Sau khi xả xong tức là mộtLuận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 9 lần trộn đã hoàn tất, bộ đếm sô ” thùng tăng lên 1. Đồng thời delay 5 s trướckhi hệ thông lặp vòng trở lại. Và cứ thế liên tục cho đến khi ta nhấn nút “ STOP ” thì dừng. Đặc biệt khi động cơ đang quay hoặc khi van xả đang hoạtđộng, ta hoàn toàn có thể nhấn nút “ PAUSE ”, hàng loạt hệ thông sẽ dừng lại cho đến khinhấn “ PAUSE ” lần nữa. Hệ thông liên tục hoạt động giải trí trở lại với giá trị thờigian đã lưu giữ trong bộ nhớ. Với tính năng này của nút “ PAUSE ”, hệ thôngcủa ta sẽ hoạt động giải trí linh động hơn tùy vào ý muôn của người quản lý. ❖ LƯU đồ giải thuật của hệ thông pha trộn hóa chất : Nhấn “ Run ” Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3 ❖ Giản đồ xung về quy trình hoạt động giải trí của hệ thông : Mở van xảLuận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 11 ❖ Cách quản lý và vận hành : Có hai cách quản lý và vận hành hệ thống : tinh chỉnh và điều khiển bằng những cồng tắc vật lý ( giảlập làm nút nhấn ) hoặc điều khiển và tinh chỉnh trên máy tính nhờ ứng dụng WinCC. Tín hiêu lệnhtAVan A Van BtRVan ctcĐông cơVan xả t \ 1 ÍDLuận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 12II. TẠO CÁC GIAO DIỆN KẾT Nối BANG WINCC. 1. Các tags và nhóm tag đã tạo trong chương trình. ♦ ♦ ♦ Các nhóm tag gồm có : nhóm tag “ điều khiển và tinh chỉnh ”, nhóm tag “ thờigian thực thi ” và nhóm tag “ thể tích ”. ♦ ♦ ♦ Các tag độc lập : tag “ giá trị đặt ”, tag “ sô ” thùng ”. Q ‘ Control Centei – [ An ] File Edit View Editors Jools Help1 1 ^ 1B ^ Anj ~ # Computer E BSH Tag Management El Internal tagsil – ‘ | SIMATIC S7 PROTOCOL SUITEB J | MPI______________B * -> PLC_WinCCDIEUKHIEN ^ THOIGIANTHUCTHI L – 1THETICH PROFIBUS Industrial Ethernet SlotPLC__TCP / IPIS. 1 ? Data TypesName ^ DIEUKHIEN Tag group1 THOIGIANTHUCTHI Tag group ^ THETICH Tag group ~ t giatridat Floating-pointnumsothung U nsigned 16 – bit v ❖ Các tags trong nhóm tag ” điều khiển và tinh chỉnh ” : □ asLuận Văn Tốt Nghiệp Phần 3T hiết Kế Hệ SCADA Dùng WinCC Trang 13P ara. . I Last change I01 / 05/02 001 / 05/02 001 / 08/0210 1/08/02 0MD50 MW40 12/18/01 1. Ç * Control Center – [ An ] File Edit View Editors Tools Help * 1C ác tags trong nhóm tag “ thời hạn thực thi’Control Center – [ An ] File Edit View Editors Tools Helpfir tf | ỊỊỊịB ^ AnHÜI Para I Last change | Name ” l ResetIJRUNliSTOP ~ ~ i pauseBinary TagBinary TagBinary TagBinary TagM0. 3MO. OM0. 1M Ũ. 201 / 05/02 001 / 05/02 001 / 05/02 001 / 05/02 0B ^ AnComputer USD 11 TagManagement El. n ? Internal tagsB | SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE B J | MPIPLC.WinCC 1 DIEUKHIEN1 THOIGIANTHUCTHI i – 1 THETICH | | PROFIBUS IB Industrial EthernetSlot PLC iD TCP / IPTHOIGIANTHUCTHIi fSIMATICS7PROTOCOLSUITEU ] MPB-kj-PLC. WinCC h-DIEUKHIEN ^ r ■ 1THETICPROFIBUI ndustrialEthernetSlotPLTCP / IP BDatTypesEditor – ? r firanhins DftsinnsrZjVarA Unsigned 16 – bit v MW14 01/05/02 0. ” iVanB Unsigned 1 G-bit v MW20 01/05/02 0. ~ lVanC Unsigned 16 – bit v MW26 01/05/02 0. ” iDonaCo Unsigned 16 – bit v MW32 01/05/02 0. ” lVanXa Unsigned 16 – bit v MW38 01/05/02 0. ❖ Các tags trong nhómtag “ thể tích ” : | Para | Last change | NamÇ * Conlrol Center – [ An ] File Edit View Editors Tools HelpB ^ AnComputer El ‘ – fljj TagManagement0-InternaltagsH | SIATICS7UI – IPLC.WinCCDIEUKHIEN I – 1THOIGIANTHUCTHITHETICHPROFIBUI ndustrialEthernetSlot PLCTCP / IP 0D ataTypesE – DEditor □ HxJLESName_j thetichA, ~ i thetichB ~ ithetichC ~ 1 thetichbinhchua ~ ~ ithetichhienthi1 Para I Last change. MD66 01 / 08/021. MD70 01/08/021. MD74 01/08/021. MD62 01 / 08/021. MD10Ũ 01 / 08/0212. Các giao diệncho chương trình. a. Màn hình chính : Đây là màn hìnhtổng quát được cho phép liên kếtvới toàn bộ những hình trongchương trình. Bao gồm cácnút tinh chỉnh và điều khiển : “ Giớithiệu ”, “ tin tức ”, “ Điềukhiển ”, “ Mô hình ”, “ Xemdữ liệu ”, “ Thu thập ”, “ ĐồFloating point number32. Floating-pointnumber 32. Floating-point number 32. Floating-point number32. Floating-pointnumber 32. thị ”, “ Thông báo ”, “ Thoát ”. Mỗi nút được nhấnsẽ gọi đến từng hình có nộidung tương ứng. Riêng vớinút “ Thoát ”, khi nhấn sẽthoát khỏi WinCCRunTime. Điều KhiểnBUKem Dữ LiệuThu ThậpĐồ Thib. Mànhình “ WinCC-RunlimeC : \ An_WinCC \ G f aCS \ M ain. pdlGiớithiệuMànhình này cungcấp một đoạnVideo giớithiệu về cồngnghệ và thànhtựu của hãngSiemens. WinCC-Runlime – II ■ Trở vềC : \ An_WinCC \ GraCS \ GIOITHIEU.pdlc. Màn hình “ ThôngtinCho cácthông tin vềtên đề tài vàngười thựchiện. – lơ XrTnRì # WinCC-Runtimev > LUẬNVĂNTỐTNGHIỆTự Động 971 / 08 / p211 : 08 : 1 ÍPM ‘ 4 Ấ \ ỉTHIẾTKẾ HỆSCADADÙNGWINCCSV : TrầnThị AnĐiều KhiểnC : \ An_WinCC \ GraCSVTHONGTIN. pdlMô Hình1 — rd. Màn hình “ ĐiềukhiểnBao gồm : • MộtI / Ofield : chophépđặtvàosô ” lítcầnphatrộn. Giátrịnàycóthểlênđến999. 999 ( sô ” thựcnhưnthựctế dobồnchứacódung tích là 9 lít, và mỗi bồn cung ứng có dung tích là 4.5 lít, nên mỗi lần pha trộn chỉ được cho phép tồi đa là 7 lít. Do đó, nếuđặt quá giá trị này, một message sẽ tạo ra thông tin ngườivận hành đặt lại giá trị cho thích hợp. • Nút nhấn “ Run cho chạy chương trình. • Nút nhấn “ Stop ” : dừng chương trình. • Nút nhấn “ Reset ” : xóa bộ đếm số thùng về 0. • Công tắc “ Pause ” : được cho phép dừng trong thời điểm tạm thời chương trình ( cácnút nhấn “ Pause ” ngoài trong thực tiễn chính là những cồng tắc ). 0 – WinCC-Runtime – C : \ An_WinCC \ G raCS Vdieukhien. pdlGIÁ TRỊ ĐẶT : RUNSTOPRESETĐồ ThịPAUSETrở Về2. 500 ( LHiMớ HìnhThu Thập
