Bai Giang Scada
February 16, 2017 | Author: Ku Dít | Category: N/A
Short Description
Download Bai Giang Scada...
Description
Supervisory Control & Data Acquisition (SCADA) GV: TS. Ngô Thanh Quyền
Xem Ñoïan Vedio Sau Quan sát vedio động cơ diesel lai chân vịt tàu thủy như sau:
Caùc baïn thaân meán, haõy quan saùt caùc kyõ sö ñang laøm gæ? ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 1 Caùc baïn thaân meán, haõy quan saùt caùc kyõ sö ñang laøm gæ? • Khởi động và dừng động cơ diesel lai chân vịt máy tàu thủy • Kiểm tra các thông số của động cơ diesel • Nhiệt độ nước làm mát, dầu bôi trơn, khí xả … • Tốc độ động diesel… • Áp suất dầu bôi trơn… Xử lý khi các thông số vượt ngòai ngưỡng cho phép
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Tuy nhiên các kỹ sư họat động trong môi trường khắc nghiệt Họat động không tin cậy KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 1 Công nghệ tự đống hóa ngay từ những năm đầu tiên, thì việc giải quyết vần đề trên được giải quyết như sau:
Bảng Điều Khiển Từ Xa ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 1 Với sự phát triển của cộng nghệ kỹ thuật và thiết bị điều khiển ngày càng được nâng cấp và cải thiện đáng kể.
Bảng Điều Khiển Từ Xa ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 1 Ngày nay với sự phát triển của vi mạch điều khiển công nghệ điều khiển và hiển thị ngày càng phát triển vượt bậc. Cải thiện cái gì?
Bảng Điều Khiển Từ Xa được cải thiện đáng kể ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 1 Tại sao ngươi ta phải làm như vậy? Ưu điểm và nhược điểm gì? •
Ưu điểm Hệ thống nhỏ gọn Giảm chí phí về giá thành và công lắp đặt hệ thống Hạn chế rủi ro cho người vận hành Tăng mức độ tự đống hóa dẫn đến an tòan cho thiết bị…
•
Nhược điểm Đòi hỏi về mặt kỷ thuật cho người vận hành và bảo trì và thiết kế hệ thống
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 1 Sơ đồ cấu trúc của tòan bộ hệ thống trên như sau:
LCD Operator Station
LCD Operator Station
DC24V
DC24V
LCD Operator Station
LCD Operator Station
DC24V
DC24V
Extension Alarm Panel Extension VDU (Option)
Network Hub Extension Alarm Panel
Information Network Gateway Station (option)
Extension Alarm Panel
Alarm Printer DC24V
DC24V
Communication Port
Log Printer
Pulse/Clock Sig Digital Output Digital Output (Option) Field Network Main Switchboard
Field Station
Field Station
DC24V
DC24V
Sensor ON/OFF Contactor
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Starter
Output
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 2 Trung quốc là một trong những quốc gia co tuyết phủ đường dây, dẫn đến đường dây sụp đỗ, ngắt điện, gây thiệt hại trong quá trình sản xuất.
Tuyết đóng băng ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Sụp đỗ
Ngắt điện KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 2 Có rất nhiều phương pháp để giải quyết vấn đề trên: Tẩy tuyết bằng tay, ngắn mạch đường dây truyền tải
Manual Online De-Icing
Artificial auxiliary de-icing
Ưu điểm: Tiêu thụ năng lương thấp Nhược điểm: quả thấp
Nguy hiểm và hiệu
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
High-current hot melt de-icing
Ưu điểm: Hiệu quả cao, tẩy tuyết liên tục Nhược điềm: Tiêu thụ năng lượng lớn, vấn đề ổn định hệ thống và kỷ thuệt. KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 2 Để đối phó với vấn đề đó, cần phải thiết kế một thiệt bị có khả năng giải quyết vấn đề trên. Đó chí là robot tẩy tuyết. Tuy nhiên do sự phức tạp của môi trường vì vậy việc điều khiển quá trình tự động các thiết bị là một vấn cần đề cần phải được giải quyết.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
1
3
2
4 KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 2 Mộ số cánh tay robot tẩy tuyết được đề xuất
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 2 Giải pháp điều khiển cánh tay robot tẩy tuyết được đề xuất
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 3 Đối với hệ thống lạnh nhỏ thị việc vệ sinh hệ thống rất đơn gian, nhưng đối với hệ thống lơn thì việc giải quyết rất khó khăn.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 3 Có rất nhiều phương pháp để giải quyết vấn đề trên: Tẩy tuyết bằng tay, ngắn mạch đường dây truyền tải
Công nhân
Thiết bị cầm tay
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Máy móc KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 3 Để giải quyết vấn đề trên, Mộ số cánh tay robot tự động thực hiện được đề xuất.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Boái Caûnh 3 Giải pháp điều khiển cánh tay robot tẩy tuyết được đề xuất
I DC
IDC
I DC
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Keát Luaän Từ các vấn đề trên chúng ta có tóm tắt chung cho các hệ thông trên như sau:
Điều khiển Giám sát Thu thập dữ liệu
Bộ điều khiển
I/O đối tượng điều khiển ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Keát Luaän Giám Sát từ xa (Supervisory) Coù Theå Ñoái Töôïng Ñieàu Khieån
Điêu khiển từ xa (Control) Và thu thâp dữ liệu từ xa (And Data Acquicision)
Supervisory Control And Data Acquisision ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
SCADA
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Xem Ñoïan Vedio Sau
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
I
Mục Tiêu Môn Học
Sau khi hoàn tất học phần sinh viên có khả năng • Các khái niệm, tính năng và các thành phần cơ bản trong hệ thống SCADA • Phương pháp truyền thông giữa các thiết bị trường và phân tích thiết kệ hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu cho hệ thống
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
II
Tài Liệu Tham Khảo
Giáo trình chính 1. Giáo trình Scada, Khoa Điện, ĐH Công Nghiệp TP.HCM Tài liệu tham khảo 1. Tự động hóa quá trình sản xuất, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2. David Bailey Beng, Bailey Associates, Perth, “Practical SCADA for Industry”, Ustralia, 2003. 3. Pocket Guide on Industrial automation, Srinivas Medida.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Yêu Cầu
III
Các môn học tiên quyết: PLC, Thủy lực khí nén, Vi điều khiển, Tự động hóa quá trình công nghệ ….. Đánh giá: •
Chuyên cần
•
Bài tập
•
Tiểu luận nhóm (5 SV/Nhóm)
•
Kiểm tra thi cuối kỳ (Tự luận)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 1 Thiết kế hệ thống SCADA cho đèn giao thông với chức năng sau: SCADA CHO ĐÈN GIAO THÔNG CONTROL PANEL CT1
CT1
Auto
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
CT1
Hand
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 2 Chức năng •
Có khả năng chạy chế độ tự động, nữa đêm và bằng tay
•
Hiển thị thời gian của các đèn
•
Có khả năng nhập các thông số về thời gian của các đèn
•
Tự đề xuất hướng mới cho đèn giao thông…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 2 Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống trộn sản phẩm với chức năng sau: Két A
Két A
Van A
Van B
Động Cơ 2
Động Cơ 1
Động Cơ 3
Động Cơ 4
Két C
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 2 Chức năng •
Có khả năng chạy chế độ tự động và bằng tay
•
Hiển thị thời gian của động cơ và valve
•
Có khả năng nhập các thông số về thời gian cho các động cơ và valve
•
Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên …
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 3 Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống tự động kiểm tra cho động cơ diesel máy phát với các thông số sau: - Nhiệt độ nước làm mát cao - Nhiệt độ dầu bôi trơn cao - Nhiệt độ khí xả cao - Áp suất nước làm mát thấp - Áp suất dầu bôi trơn thấp - …
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 3 Chức năng •
Tự động báo động khi thông số vượt ngoài ngưỡng cho phép (chuông kêu đèn nhấp nháy), khi chấp nhận sự số thí đèn ngửng nhấp nháy, và khi thông số trở về trạng thái ban đầu thì đèn tắt.
•
Có khả năng nhập ngưỡng báo động các thông số và kiểm tra đèn còn tốt hay xấu.
•
Có khả năng tự động bảo vệ máy phát khi các thông số vượt ngưỡng báo động sau một thời gian không xử lý.
•
Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên …
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 4 Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống tự động xử lý nước:
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 4 Chức năng •
Có khả năng chạy chế độ tự động và bằng tay
•
Hiển thị thời gian của động cơ và valve
•
Có khả năng nhập các thông số về thời gian cho các động cơ và valve
•
Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên …
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 5 Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống phân lọai sản phẩm tự động:
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 5 Chức năng •
Có khả năng chạy chế độ tự động và bằng tay
•
Hiển thị trọng lượng của sản phẩm
•
Có khả năng nhập trọng lượng của sản phẩm cần phân lọai
•
Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên …
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 6 Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống như sau: http://www.youtube.com/watch?v=9OGKZbDwYqc
Thông số két như sau: •
Hình trụ tròn xoay, bán kinh=50mm, chiều cao 100mm
•
Hiển thị số lít nước chứa trong két
•
Hiển thị đặc tính thay đổi số lit trong két
•
Tự đề xuất hướng mới cho nâng cấp hệ thống trên …
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Tieåu Luaän 7 Thiết kế hệ thống SCADA cho hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
IV
Nội Dung Chi Tiết Chương 1. Giới Thiệu Về SCADA
Chương 2. Cấu Trúc Của Hệ Thống SCADA
SCADA
Chương 3. Chức Năng Điều Khiển Và Giám Sát Hệ Thống SCADA Chương 4. Phầm Mềm Ứng Dụng Cho Hệ Thống SCADA
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.1 Giới Thiệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu dựa trên nền tảng máy tính đã được phát triển hơn 40 năm. •
Từ mô hình đơn lẻ, điều hành phân tán
•
Sau đó đến kiến trúc mạng truyền thông nhanh, linh động, chính xác và khỏang cách xa,
•
Hơn nữa, SCADA chuyển từ độc quyền sang tiêu chuẩn hóa về phần cứng và phần mềm. Giảm Chi Phí
Vân Hành
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Bảo Trì
Nâng Cấp Hệ Thống KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.2 Lịch sử phát triển SCADA Hệ thống SCADA đã được phát triển từ đầu thập niên 1960. Sự ra đời của thế hệ máy tính nhỏ (minicomputer) Tiến trình của Programmable Logic Controlers (PLC) cũng diễn ra song song Lúc đầu, hệ thống điều khiển chỉ hạn chế ở từng thiết bị cụ thể
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.2 Lịch sử phát triển SCADA Lúc đầu, hệ thống điều khiển chỉ hạn chế ở từng thiết bị cụ thể
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.2 Lịch sử phát triển SCADA Ví dụ mịnh họa Comunication Network
Instrumentation
Remote Station
Central Monitoring Station
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.3 Định Nghĩa Hệ Thống SCADA Dưới đây là 2 định nghĩa tiêu biểu của một hệ thống SCADA: SCADA là công nghệ mà nó cho phép người sử dụng thu thập dữ liệu từ một hoặc nhiều hơn hai hệ thống từ xa và/hoặc gửi giới hạn lệnh điều khiển đến các hệ thống này. “SCADA is the technology that enables a user to collect data from one or more distant facilities and/or send limited control instructions to those facilities.” SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition Tác giả Stuart A. Boyer, ISA The Instrumentation, Systems, and Automation Society; 3rd edition. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.3 Định Nghĩa Hệ Thống SCADA Dưới đây là 2 định nghĩa tiêu biểu của một hệ thống SCADA: Một hệ thống hoạt động với tín hiệu đã được mã hoá qua các kênh truyền thông nhằm cung cấp sự điều khiển thiết bị là đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) “A system operating with coded signals over communication channels so as to provide control of RTU (Remote Terminal Unit) equipment.” Tiêu chuẩn: IEEE C37.1-1994, Definition, Specification, and Analysis of Systems ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.4 Tính năng của hệ thống SCADA 1.4.1 Kiểm sóat truy cập Người dùng được chỉ định vào các nhóm, mỗi nhóm điều được định nghĩa các quyền truy cập đọc/ghi (read/write) các thông số của quá trình điều khiển trong hệ thống. 1.4.2 HMI (Human Machine Interface) Biểu thị dữ liệu cho người vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: Hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng, … 1.4.3 Lập biểu đồ (Trending) Các sản phẩm SCADA điều hổ trợ tiện ích lập biểu đồ, tính năng lập biểu đồ thông thường bao gồm: ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.4 Tính năng của hệ thống SCADA 1.4.4 Điều khiển báo động (Alarm Handling) Báo động được dựa trên kiểm tra giới hạn và trạng thái và được thực hiện trên các máy server. 1.4.5 Ghi sự kiện và lưu trữ (Logging/Archiving) Sự kiện có thể được ghi theo một tần số đặt trước, hoặc khởi tạo khi có sự thay đổi, hoặc một sự kiện được chỉ định trước xảy ra. 1.4.6 Xuất báo cáo (Report Generation) Báo cáo có thể xuất dưới dạng truy vấn SQL cho lưu trữ file, bảng ghi sự kiện dạng text, file sự kiện dạng html, … Báo cáo có thể được xuất, in và lưu trữ tự động. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.4 Tính năng của hệ thống SCADA 1.4.7 Tự Động hóa (Automation) Tính năng quan trọng nhất của SCADA là cho phép các hành động được kích hoạt tự động bởi các sự kiện. Một ngôn ngữ script được cung cấp bởi các hệ thống SCADA cho phép các hành động được định nghĩa trước. Ví dụ như hiện một cửa sổ cụ thể, gửi một E-mail, chạy một ứng dụng hoặc đoạn mã hoặc ghi vào cơ sở dữ liệu.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.5 Ứng dụng của hệ thống SCADA Ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.5 Ứng dụng của hệ thống SCADA Ứng dụng trong lĩnh vực phân phối gas
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.5 Ứng dụng của hệ thống SCADA Ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.5 Ứng dụng của hệ thống SCADA Ứng dụng trong hệ thống điều khiển chiếu sáng
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 1: Ciới Thiệu Về SCADA 1.5 Ứng dụng của hệ thống SCADA Ứng dụng trong hệ thống điều khiển điện năng
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Hết Chương 1
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Toùm Taét Chöông 1 Caâu 1: SCADA laø gì? Caâu 2: Caùc chöùc naêng chính trong heä thoáng SCADA Caâu 3: Neáu moät soá öùng duïng chính coù lieân quan ñeán heä thoáng SCADA.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) Một mạng SCADA về bản chất là sự kết hợp của các máy chủ, máy tớ và các thiết bị trường được kết nối bởi mạng truyền thông. Thông tin sử dụng bởi các máy chủ được thu thập bởi các bộ điều khiển/cảm biến. Các máy tớ là các giao tiếp được sử dụng bởi người vận hành để tương tác với hệ thống. Các máy chủ thông thường được đặt ở nhà máy chính/trạm chính. Chúng truyền thông với các bộ điều khiển cục bộ hoặc ở các vị trí xa
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) Cấu trúc của một hệ thống SCADA đơn giản
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) Cấu trúc của một hệ thống SCADA lớn cũng tương tư nhưng có nhiều hơn các kết nối
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Ví dụ minh họa) Web Server
SCADA Trạm
VB, C ++ Applications
Relation DB
Realtime DB
Quản lý kinh doanh Giám sát
Tự động hóa điều khiển
Đo lưu lượng
T Đo nhiệt độ
P Đo áp suất
Cơ cấu thực hiện
IN/Out liên tục IN/Out Số
Cấu hình và bảo trì
Mức III
Quản lý các quá trình
SCADA Trạm
Modules of factory resource management
Quản lý các thiết bị trường
Mức II
Mức I
Các đối tượng điều khiển
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Ví dụ minh họa) Cấu trúc của một hệ thống SCADA lớn dựa trên GSM (Hệ thống thông tin di động tòan cầu) Global System for Mobile Communicatio ns ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Ví dụ minh họa) Cấu trúc của một hệ thống SCADA lớn dựa trên GSM (Hệ thống thông tin di động tòan cầu) Global System for Mobile Communicatio ns ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Ví dụ minh họa) Cấu trúc của một hệ thống SCADA lớn dựa trên Vệ Tinh
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) Từ hệ thống trên cho ta thấy cấu trúc của một hệ thống SCADA thông thường bao gồm 5 thành phần sau:
HMI (Human Machine Interface) Giao tiếp người vận hành
2
Trạm điều khiển trung tâm MTU (Master Terminal Unit)
3
Người vận hành 1
1. Người vận hành 2. Màn hình HMI dùng cho việc vận hành hệ thống SCADA 3. Đơn vị đầu cuối trung tâm (MTU)
Môi trường truyền thông giữa MTU và RTU: Internet. Vô tuyến, mạng điện thọai công cộng…. 4
Đơn vị thu thập dữ liệu và điều khiển RTU (Remote Terminal Unit)
Môi trường truyền thông ở đơn vị từ xa 4
4. Mạng truyền thông 5. Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU) ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Các đơn vị dữ liệu trường: valve, bơm, động cơ, cảm biến ...
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
5
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.1 Người vận hành Người vận hành là người giám sát hệ thống SCADA và thực hiện các chức năng giám sát điều khiển cho sự hoạt động của các thiết bị, nhà máy từ xa. 2.1.2 Human Machine Interface (HMI) Biểu thị dữ liệu cho người vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: Hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng, … HMI có thể là màn hình GOT(Graphic Operation Terminal) của Mitsubishi, màn hình NT của Omron, hoặc một PC chạy phần mềm SoftGOT của Mitsubishi, … ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.2 Human Machine Interface (HMI) HMI có thể là màn hình GOT(Graphic Operation Terminal) của Mitsubishi, màn hình NT của Omron, hoặc một PC chạy phần mềm SoftGOT của Mitsubishi, …
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) RTU là một đơn vị thu thập dữ liệu và điều khiển đứng độc lập, thông thường dựa trên vi xử lý. RTU giám sát và điều khiển một vị trí từ xa. Nhiệm vụ chính của RTU là điều khiển và thu thập dữ liệu từ các thiết bị tiến trình (như cảm biến, bơm, ..) ở vị trí cục bộ và chuyển dữ liệu này về một trạm trung tâm (MTU hoặc SubMTU).
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHỐI XUẤT SỐ
KHỐI VÀO SỐ
KHỐI XUẤT TƯƠNG TỰ
KHỐI VÀO TƯƠNG TỰ
KHỐI TRUYỀN THÔNG
CPU
NGUỒN CUNG CẤP
2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) Cấu hình tiêu biểu của một RTU như sau:
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) •
Đơn vị điều khiển trung tâm (CPU - Central Control Unit) Thông thường sử dụng vi xử lý hệ 16 hoặc 32 bít (như 68302, 80386), 2 hay 3 cổng truyền thông (RS-232/RS422/RS-485) dùng để: Giao tiếp với các thiết bị đầu cuối phục vụ cho chuẩn đoán. Giao tiếp với trạm vận hành Giao tiếp với trạm trung tâm
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối vào tương tự (Analog Input Modules) Có 5 thành phần tạo nên một khối vào tương tự: • Bộ ghép kênh vào (Input Multiplexer) • Khuếch đại tín hiệu vào (Input Amplifier) • Mạch lấy mẫu và giữ (Sample and Hold Circuit) • Bộ chuyển đổi A/D • Và bus giao tiếp và hệ thống định thời (Bus Interface). ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối vào tương tự (Analog Input Modules) • Bộ ghép kênh vào (Input Multiplexer) - Bộ chọn kênh là thiết bị lấy mẫu nhiều ngõ vào tương tư một cách tuần tự và chuyển từng tín hiệu ngõ ra. - Ngõ ra sẽ đến bộ chuyển đổi Analog/Digital (A/D)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối vào tương tự (Analog Input Modules) • Bộ ghép kênh vào (Input Multiplexer) Một số loại chọn kênh như sau:
Bộ chọn kênh 2 sang 1 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Bộ chọn kênh 4 sang 1 KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối vào tương tự (Analog Input Modules) • Khuếch đại tín hiệu vào (Input Amplifier) - Khi tín hiệu cần số hóa quá nhỏ thì chùng cần phải được khuếch đại để phù hợp với tín hiệu đầu vào của bộ chuyển đổ A/D. - Nếu tín hiệu quá nhỏ mà được đưa trực tiếp vào bộ chuyển đổi thì sẽ mất chính xác.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối vào tương tự (Analog Input Modules) • Mạch lấy mẫu và giữ (Sample and Hold Circuit) Trong xử lý tín hiệu, lấy mẫu là chuyển đổi một tín hiệu liên tục thành một tín hiệu rời rạc. V(A) Tín hiệu tương tự Tín hiệu rời rạc
Time (s)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối vào tương tự (Analog Input Modules) • Bộ chuyển đổi A/D Bộ chuyển đổi A/D là thành phần quan trong nhất của bộ chuyển đổi. Chuyển đổi ngõ vào tương tự thành giá trị số tương ứng phụ thuộc vào điện áp ngõ vào.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối vào tương tự (Analog Input Modules) • Tính chất của khối vào số: - 8 hoặc 12 ngõ vào analog - Độ phận giải 8 hoặc 12 bit - 4-20mA (Các khả năng khác 0-20mA, -10÷+10V, 0÷10V) - Tốc độ chuyển đổi 10mili giây đến 30 mili giây - Điện trở ngõ vào 240 kiloom hay 1 megaom
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối ra tương tự (Analog Output Modules) Để điều khiển các thiết bị với tín hiệu điều khiển tương tự, vì vậy cần phải có một bộ chuyển đổi từ số sang tương tự. Để điều khiển tải bên ngòai thì tín hiệu tương tư cần phải được khuếch đại công suất. 8 hoặc 12 ngõ vào analog Độ phận giải 8 hoặc 12 bit 4-20mA (Các khả năng khác 0÷20mA, -10+10V, 0÷10V)…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) Khối vào số (Digital Input Modules) Các ngõ vào số chỉ nhận tín hiệu mức cao và thấp từ thiết bị cảm biến hoặc công tắc …
NGÕ VÀO 1
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
NGÕ VÀO 1
GIAO TIẾP BUS
•
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối ra số (Digital Output Modules) Các ngõ ra số điều khiển tín hiệu điện áp tại các ngõ ra tương ứng: +V - Dang Triac Ngõ ra số 1
Ngõ ra số 1 Chuyển tiếp với bên trong
- Dang Rờ le - Dang Transistor
Rờ le cách ly Ngõ ra số 1
Module ngõ ra số
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware)
NGÕ RESET
BUS DỮ LIỆU
2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối đếm Bộ đếm số thông thường được dùng cho đếm xung, như đếm sản phẩm, và truyền giá trị bộ đếm về RTU.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối giao tiếp truyền thông (Communication Interfaces) Các RTU linh hoạt phải được thiết kế và tính năng linh họat để có thể thực hiện các giao tiếp như: - RS-232/RS-422/RS485 - Ethernet - Kết nối quay số (Dial-Up)/Đường truyền riêng (Lease Line) - Vô tuyến (Wireless) - Giao thức X.25 (X.25 Packet Protocols) … ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Module cấp nguồn cho RTU RTU nên có thể họat động từ 110/240, VAC =±10%, 50Hz Hoặc 12/24/48, VDC=±10% Ngòai ra cần phải có nguồn cho chế độ standby trong suốt 20 giờ và thời gian nạp đầy trở lại là 12 giờ. Đối với các tham số quan trọng được gửi về bộ xử lý trung tâm: - Cần phải đọc liên tục trạng thái của pin - Báo động khi điện áp của pin khi nằm ngòai giới hạn ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Đóng gói bảo vê RTU khỏi bị ảnh hưởng môi trường
•
Do RTU la các vi mạch, nên RTU phải được đặt trong hộp để bảo vệ tránh chịu ảnh hưởng tác động của môi trường. Ví dụ như nhiệt độ, thời tiết… Quá trình lắp đặt Cần phải có quạt luân chuyển khí và lọc bụi… Các khu vực nguy hiểm thì RTU cần phải được lắp trong hộp cháy nổ. Nếu RTU được lắp đặt trong các nhà xưởng thì tốt nhất là phải được làm mát tốt nhất là lắp điều hòa không khí.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Quá trình lắp đặt Cần phải có quạt luân chuyển khí và lọc bụi… Các khu vực nguy hiểm thì RTU cần phải được lắp trong hộp cháy nổ. Nếu RTU được lắp đặt trong các nhà xưởng thì tốt nhất là phải được làm mát tốt nhất lắp là điều hòa không khí. Độ ẩm môi trường cũng không kém phần quan trong: - Khi độ ẩm cao dẫn đến hiện tượng động hơi nước - Khi độ ẩm thấp dẫn đến hiện tượng tĩnh điện ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Kiểm tra và bảo dưỡng Để cung cấp các tiện ích trong hệ thống SCADA , nhà sản xuất cung cấp cho chúng ta hộp kiểm tra có chức năng giao tiếp giữa và giả lặp MTU và RTU
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU-Remote Terminal Unit) • Kiểm tra và bảo dưỡng
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) PLC (Programmable Logic Controller) là một máy tính dựa trên máy trạng thái dùng điều khiển công nghiệp. PLC ban đầu được thiết kế để thực hiện chức năng luân lý (logic) được thực hiện bởi các rơ-le (relay), công tắc và các bộ định thì, bộ đếm cơ khí. Điều khiển tương tự hiện nay đa phần là tiêu chuẩn hoá của các loại PLC. Ưu điểm PLC so với RTU là nó được dùng cho các vai trò chung, có thể dễ dàng cài đặt cho nhiều chức năng khác nhau. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) PLC còn nhỏ gọn về vật lý và chiếm ít không gian so với các giải pháp khác. Tuy nhiên PLC có thể không thích hợp cho những yêu cầu đặc biệt như các ứng dụng đo lường từ xa dùng vô tuyến. Các họ PLC cỡ vừa và lớn thông thường có cấu trúc gồm các khối (module) và được cắm lên đế cắm CPU (đế cắm có khối CPU) hoặc đế cắm mở rộng (đế cắm dùng cho I/O). Hình sau minh họa cấu trúc một PLC tiêu biểu.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Hình sau minh họa cấu trúc một PLC tiêu biểu.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Output Devices
Input Devices Input area
CPU
Output area
Memory area
Power Supply
Input Devices: Thiết bị đầu vào gồm cảm biến công tắc nút ấn … Output Devices: Thiết bị đầu ra gồm đèn, contactors, valves… ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Output Devices
Input Devices Input area
CPU
Output area
Memory area
Power Supply
CPU (Center processing unit): đơn vị xử lý trung tâm Memory: Bộ nhớ dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình Input area: giao tiếp đầu vào ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Output Devices
Input Devices Input area
CPU
Output area
Memory area
Power Supply
Output area: giao tiếp đầu ra Power supply: Nguồn cấp ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Vi dụ mịnh họa CPU của PLC Mitsubishi
Khối Nguồn
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Khối CPU
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Sơ đồ cấu trúc PLC PLC
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Giản đồ thời gian
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) Họat động tuần tự có thể được mô tả như chương trình PLC và được lưu trữ trong bộ nhớ và tương đương với câu lệnh.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) • Khối vào tương tự (Analog Input Modules) Voltage input Signal 0÷± ÷±10V ÷±
Voltage input Signal 4÷± ÷±20mA ÷±
Taøi Lieäu Chi Tieát (Page 21,23,27,37,93) ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối ra tương tự (Analog output Modules)
Taøi Lieäu Chi Tieát (Page 20,22,27,37,98) ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối vào số (Digital Input Modules)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối ra số (Digital output Modules)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.3 PLC sử dụng như RTU (RTU-Remote Terminal Unit) •
Khối đặc biệt
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
•
Điều khiển nhiệt độ
•
Điều khiển vị trí
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.4 Một số ví dụ minh họa Mach điều khiển tuần tự Mạch điều khiển đèn giao thông Mạch điều khiển khác…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA
Hệ thống điều khiển cục bộ
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Giao tiếp với RTU
PSTN Moderm
Trạm làm việc
Trạm truyền thông
`
Mạng cục bộ (LAN)
Gateway
PLC
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Port giao tiếp
2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.4 Trạm chính/Trung tâm (MTU) Tương đương với MTU đơn vị chủ trong Server dữ liệu kiến trúc Chủ/Tớ (Master/Slave), Sao lưu MTU thể hiện dữ dữ liệu liệu cho người vận hành thông qua HMI, thu thập dữ liệu và truyền tín hiệu điều khiển với các thiết bị và nhà máy từ xa.
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA
Một đơn vị chủ phụ (Sub-Master Station) có thể là cần thiết cho sự vận hành ở các đầu cuối từ xa.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
RS-232
2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.4 Trạm chính/Trung tâm (MTU)
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.4 Trạm chính/Trung tâm (MTU) • Chức năng của Sub station như sau: Thu thập dữ liệu từ các RTU cục bộ Ghi và hiển thị dữ liệu tại trạm vận hành cục bộ Chuyển dữ liệu về MTU •
Chuyền lệnh điều khiển từ MTU đến RTU cục bộ. Chức năng của MTU như sau: Thiết lập truyền thông, bao gồm thiết lập mỗi RTU, khởi tạo RTU với các thông số vào/ra, cũng như tải chương trình điều khiển và thu thập dữ liệu xuống các RTU
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.4 Trạm chính/Trung tâm (MTU) • Chức năng của MTU như sau: Vận hành các kết nối truyền thông, bao gồm hỏi vòng RTU dữ liệu và chuyển dữ liệu xuống RTU trong sự sắp xếp chủ/tớ, ghi báo động và sự kiện vào ổ cứng, cũng như liên kết đến các ngõ vào và ra ở các RTU khác nhau một cách tự động. Chuẩn đoán, bao gồm chuẩn đoán chính xác thông tin lỗi của RTU và các vấn đề có thể, cũng như chuẩn đoán các vấn đề tiềm tàng có thể như tràn dữ liệu.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.1 Phần Cứng (Hardware) 2.1.5 Các thiết bị trường (Field Devices) Thiết bị trường bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng trong tiến trình điều khiển và được điều khiển. Những thiết bị này bao gồm các valve, công tắc và động cơ. Các thiết bị này có thể được khởi động/dừng, đóng/mở, ON/OFF bởi PLC hoặc RTU.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.1 Giới thiệu Để hai hoặc nhiều thực thể có thể truyền thông, chúng phải nói cùng một ngôn ngữ (giao thức) và tuân theo những cách nhất định cho việc khởi đầu, thông suốt và kết thúc truyền thông Giao thức SCADA ra đời vì sự cần thiết gửi và nhận dữ liệu, điều khiển thông tin cục bộ và qua các khoảng cách xa trong khoảng thời gian dự tính. Để thực hiện truyền thông trong các khoảng thời gian dự tính trong các ứng dụng SCADA, các nhà sản xuất PLC phát triển các giao thức và các kiến trúc truyền thông bus cho riêng họ ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.1 Giới thiệu Hình sau đây cho thấy các mức độ truyền thông cùa hệ thống SCADA lớn
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.1 Giới thiệu Một số chuẩn mạng truyền thông mở thông dụng được liệt kệ ở bảng sau:
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.1 Giới thiệu Nhiều trong số các giao thức này là độc quyền. Vào những năm 1990, các nhóm điều khiển công nghiệp và các tổ chức về tiêu chuẩn bắt đầu phát triển các giao thức mở, không độc quyền và không dành riêng cho một nhà sản xuất nào. Sau này, khi Internet phổ biến, các công ty cố gắng lợi dụng các giao thức và công cụ được phát triển cho mạng Internet, như giao thức TCP/IP và trình duyệt Internet. Thêm vào các nhà sản xuất và tiêu chuẩn mở đã sửa đổi công nghệ Ethernet LAN đã phổ biến và hiệu quả sử dụng cho mạng thu thập dữ liệu và điều khiển cục bộ. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.2 Truyền dữ liệu Nhiều trong số các giao thức này là độc quyền. Vào những năm 1990, các nhóm điều khiển công nghiệp và các tổ chức về tiêu chuẩn bắt đầu phát triển các giao thức mở, không độc quyền và không dành riêng cho một nhà sản xuất nào.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.3 Mô hình OSI Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) phát triển bởi ISO (Open Standards Organization) vào đầu năm 1980. Trong mô hình này, dữ liệu từ lớp trên được đóng gói bởi lớp thấp hơn kế nó khi nó đi từ lớp cao đến lớp thấp hơn. Ví dụ quá trình đóng gói dữ liệu
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Lớp 7 Lớp ứng dụng (Application) Các lớp phần mếm
Lớp ứng dụng (lớp 7) là giao tiếp với người dùng. Dữ liệu đi ngang qua mô hình, hướng xuống, từ lớp 7 đến lớp 1. Dữ liệu qua môi trường truyền như dây dẫn hoặc cáp quang bằng tín hiệu điện hoặc ánh sáng đến đầu cuối.
Dữ liệu ứng dụng người dùng
Lớp 6 Lớp diễn giải (Presentation) Lớp 5 Lớp phiên (Session) Lớp 4 Lớp vận chuyển (Transport) Lớp 3 Lớp mạng (Network)
Các lớp phần cứng
2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.3 Mô hình OSI Các lớp trong mô hình OSI được miêu tả như
Lớp 2 Lớp liên kết dữ liệu (Data Link) Lớp 1 Lớp vật lý (Physical) Truyền dữ liệu
Nhận dữ liệu
Môi trường truyền vật lý (0011001101001...)
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.3 Mô hình OSI Dữ liệu được đóng gói khi đi qua các lớp của mô hình ở điểm truyền.
Dữ liệu ứng dụng người dùng
Header 6
Header 5
Header 4
Header 3
Header 2
DATA
Lớp 7 Application
DATA
Lớp 6 Presentation Lớp 5 Session
Header 6 + DATA
Lớp 4 Transport
Header 5,6 + DATA
Lớp 3 Network
Header 4,5,6 + DATA
Header 3,4,5,6 + DATA
CRC
Lớp 1 Physical
1000101110110011101110011… 1 0
Lớp 2 Data Link
1 0
0 Môi trường truyền tín hiệu (Cáp quang, vô tuyến, …)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.3 Mô hình OSI Ở đầu nhận, các gói dữ liệu đóng gói được được cởi ra (gở bỏ header) và dữ liệu được đưa lên lớp cao hơn
r ade He r ade He
r ade He r2 ade e H
5
Dữ liệu ứng dụng người dùng
6
DATA
Lớp 7 Application
DATA
Lớp 6 Presentation Lớp 5 Session
Header 6 + DATA
r ade He
4
3
Header 4,5,6 + DATA
Lớp 4 Transport
Header 5,6 + DATA
Lớp 3 Network
Header 3,4,5,6 + DATA
CR
Lớp 2 Data Link
C
Lớp 1 Physical
1000101110110011101110011… 1 0
1 0
0 Môi trường truyền tín hiệu (Cáp quang, vô tuyến, …)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.3 Mô hình OSI Bảng tóm tắt các chức năng được thực hiện trong mỗi lớp của mô hình OSI. Lớp
Chức năng
Lớp cao nhất, chức năng điều khiển luồng và chức năng ứng dụng Lớp 6 (Presentation) Chuyển đổi và dịch cho lớp ứng dụng. Nó còn thực hiện các (Diễn giải) hoạt động mã hoá, giải mã và nén Lớp 7 (Application) Ứng dụng
Lớp 5 (Session) Phiên
Thiết lập kết nối truyền thông mong muốn, quản lý sự chuyển giao dữ liệu trong suốt phiên và thoát kết nối.
Lớp 4 (Transport) Vận chuyển
Lớp này thiết lập sự đầu đầu – đầu cuối của phiên truyền thông và đảm bảo rằng dữ liệu sẽ phân phối đến thiết bị nhận.
Lớp 3 (Network) Mạng
Lớp này thực hiện tìm đường, địa chỉ vật lý, kiểm lỗi và điều khiển lưu lượng tại nút.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.3 Mô hình OSI Bảng tóm tắt các chức năng được thực hiện trong mỗi lớp của mô hình OSI.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.4 Mô hình TCP/IP Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) được phát triển vào những năm 1970 bởi U.S. TCP/IP cung cấp lực cho Internet và đã trở thành tiêu chuẩn nền tảng cho Internet. Mô hình TCP/IP bốn lớp được miêu tả như sau. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.4 Mô hình TCP/IP
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.4 Mô hình TCP/IP
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.4 Mô hình TCP/IP Lớp Lớp 2 (Internet) Mạng
Giao Thức IP (Internet Protocol): Định địa chỉ IP của thiết bị gửi và nhận vào gói dữ liệu (trong header) dùng cho dẫn đường gói dữ liệu đến đích mong muốn ICMP (Internet Control Message Protocol): Giao thức quản lý được sử dụng để tính toán các đường chuyển giao dữ liệu từ nguồn đến đích PPP (Point-to-Point Protocol): Dùng đóng gói các gói thông điệp IP và truyền qua kết nối điểm– điểm (Point-to-Point).
Lớp 1 (Network Access) Truy cập mạng
IEEE 802.2 LLC (Logical Control Protocol): Quản lý các kết nối truyền thông dữ liệu giữa các thiết bị EIA-232C (RS-232C): Tiêu chuẩn của Electronic Industries Association dùng cho trao đổi nối tiếp dữ liệu nhị phân EIA-422-B (RS-422): Tiêu chuẩn của Electronic Industries Association, định nghĩa các đặt tính điện của một mạch giao tiếp cân bằng được thiết kế để triệt các nhiễu thông thường và tốc độ dữ liệu nhỏ hơn 0.5 Mbps.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.4 Mô hình TCP/IP
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
ATM
Frame Relay
Token Ring
Ethernet
Mô hình TCP/IP và các giao thức tiêu biểu
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.4 Mô hình TCP/IP
Ethernet
Hình minh họa quá trình đóng gói tại điểm truyền
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.4 Mô hình TCP/IP Hình minh họa quá trình đóng gói tại điểm truyền
Bộ giao thức TCP/IP HTTP
HTTP Data
TCP er H ead
TCP
IP
IP er H ead
LLC er Head
Ethernet
LLC
MAC
Mạch giao tiếp môi trường truyền
MAC er H ead
HTTP Data
TCP + HTTP Data
IP + TCP + HTTP Data
LLC + IP + TCP + HTTP Data
FCS
FCS
1111000010001110010...
Mội trường truyền tín hiệu (Cáp quang, vô tuyến …)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.5 Giao thức MODBUS Cuối những năm 1970, Gould Modicon phát triển giao thức MODBUS. MODBUS được đặt ở lớp 7 trong mô hình OSI và hổ trợ truyền thông chủ/khách (chủ/tớ) giữa các PLC Giao thức MODBUS định nghĩa các phương pháp cho một PLC truy cập vào một PLC khác Giao thức này hổ trợ các giao thức khác như truyền thông bất đồng bộ chủ/tớ, Modicon MODBUS Plus, và Ethernet. MODBUS cũng dựa trên mô hình OSI, mặc dù không phải tất cả các lớp điều được sử dụng. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication)
Dữ liệu các thiết bị người dùng (Valve, Bộ điều khiển, RTU, ...)
2.2.5 Giao thức MODBUS
APPLICATION Giao thức ứng dụng MODBUS
Mô hình phân lớp MODBUS
MODBUS/TCP
TRANSPORT TCP
NETWORK IP
MODBUS Plus
VẬT LÝ Ethernet
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Serial Master/Slave
VẬT LÝ EIA-232-F EIA-485-A
DATA LINK Ethernet 802.2, 802.3
VẬT LÝ Ethernet
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.1 Định nghĩa và khái niệm cơ bản Tất cả hệ thống truyền dữ liệu gồm có các thành phần sau: - Dữ liệu nguồn (Source, VD: Máy tính) yêu cầu cần phải có một mạch chuyển đổi tín hiệu thích hợp gọi là bộ phát (Transmiiter) - Đường truyền (Cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục, …) nó truyền một thông điệp đến bộ thu tại đầu cuối. - Bộ nhận dữ liệu (receiver) chuyển đổi tín hiệu ngược lại mà có thể được sử dụng bởi mạch điện. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.2 Các chế độ truyền – Đơn công (Simplex) và song công (duplex) Trong bất kỳ hệ thống truyền thông, hai thiết bị có thể truyền một hướng duy nhất hoặc cả hai hướng Một hệ thống đơn công được thiết kế cho việc truyền thông điệp theo một hướng duy nhất như sau:
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.2 Các chế độ truyền – Đơn công (Simplex) và song công (duplex) Một hệ thống song công được thiết kế cho việc truyền thông điệp theo hai hướng:
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.2 Các chế độ truyền – Đơn công (Simplex) và song công (duplex) Một hệ thống song công được thiết kế cho việc truyền thông điệp theo hai hướng:
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.3 Dạng thông điệp truyền thông Dạng của khung dữ liệu được miêu tả như sau:
1
5, 6, 7 ,8
Even, old
1, 11/2, or 2
Nhìn chung tham số tối ưu cho cài đặc các tham số truyền đồng bộ là ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.4 Tốc độ truyền Tốc độ truyền tối đa phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Lọai và sự phức tạp của mach tại đầu cuối - Đường truyền (Cáp dây xoắn, cáp đồng trục,…) - Khỏang cách giữa gửi và nhận - Số lượng dữ liệu được truyền - Tỉ lệ sai số có thể chấp nhận … ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.4 Tốc độ truyền Tốc độ Baud (Maurice Emile Baudot) được xem xét như tốc độ vật lý mà dữ liệu được truyền và nhận đúng. VD nếu mỗi bit xảy ra 1ms thì tốc độ tổng cộng là 1/1ms=1000buad Mặt khác tốc độ truyền dữ liệu được tính tóan như sau: 7 data bits / 10 ms = 700 bits per second (bps) Tốc độ thực nhỏ hơn tốc độ baud 30%, trong ví dụ này tổng cộng 10bit trong một khung ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.4 Tốc độ truyền VD nếu mỗi bit xảy ra 1ms thì tốc độ tổng cộng là 1/1ms=1000buad Mặt khác tốc độ truyền dữ liệu được tính tóan như sau: 7 data bits / 10 ms = 700 bits per second (bps) Tốc độ thực nhỏ hơn tốc độ baud 30%, trong ví dụ này tổng cộng 10bit trong một khung Tốc độ baud chuần thông thường là: 50, 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, and 115200 baud ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.6 Truyền thông dữ liệu nối tiếp 2.2.6.5 Một số chuẩn truyền thông nối tiếp Bảng tóm tắt một số chuẩn truyền thông nối tiếp như sau:
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông Để thực hiện quá trình điều khiển giám sát trong hệ thống SCADA, các thành phần phải thiết lập được các mối liên kết với nhau. Tuy theo quy mô của hệ thống SCADA mà mạng truyền thông hỗ trợ các mối liên kết sau: 1. Liên kết điểm – điểm (point – to – point): Chỉ có hai đối tác tham gia, chỉ nối được 2 trạm với nhau. Vì vậy cần nhiều đường truyền riêng biệt. 2. Liên kết điểm – nhiều điểm (Multi – drop): Nhiều đối tác tham gia, Chỉ duy nhất (Trạm chủ) có khả năng phát trạm còn lại (Trạm tớ) thu nhận cùng một lúc. Việc giao tiếp theo chiều ngược lại theo kiểu điểm – điểm. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 3. Liên kết nhiều điểm: Mối liên kết có nhiều đối tác tham gia và trao đổi thông tin qua lại tự do theo bất kỳ hướng nào. Bất kỳ đối tác nào cũng có quyền phát và bất cứ trạm nào cũng nghe được. Có thể sử dụng một cáp dẫn duy nhất để nối mạng giữa các đối tác. Dựa trên các cấu trúc liên kết chúng ta có các dạng cấu trúc cơ bản trong truyền thông của hệ thống SCADA • Cấu trúc bus • Cấu trúc mạch vòng • Cấu trúc hình sao ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.1 Cấu trúc Bus Cấu trúc bus được thiết kế với tất cả các thành viên được nối trực tiếp với một đường truyền. vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt. Cấu trúc bus được được gồm 3 kiểu: • Daisy – chain • Trunk – line/drop – line • Mạch vòng không tích cực. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.1 Cấu trúc Bus
Daisy – chain là cấu trúc đường thẳng bởi vì đường truyền không khép kín, mỗi trạm được nối mạng trực tiếp tại giao lộ của hai đoạn dây dẫn, không qua một đoạn dây nối phụ nào ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.1 Cấu trúc Bus
Trunk – line/drop – line, mỗi trạm được nối qua một đường nhánh (drop – line) để đi đến đường trục (trunk – line). ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.1 Cấu trúc Bus Mạch vòng không tích cực thực chất chỉ khác với trunk line/drop – line ở chỗ đường truyền được khép kín. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.1 Cấu trúc Bus a. Ưu điểm của cấu trúc bus • Tiết kiệm dây dẫn • Một trong các trạm trong mang bị sự cố thì các trạm còn lại vẫn họat động bình thường b. Nhược điểm của cấu trúc bus • Do sử dụng chung đường truyền nên phải có phương pháp truy nhập bus để tránh xung đột dữ liệu. • Tại một thời điểm chỉ có một trạm gửi. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.1 Cấu trúc Bus b. Nhược điểm của cấu trúc bus • Do sử dụng chung đường truyền nên phải có phương pháp truy nhập bus để tránh xung đột dữ liệu. • Tại một thời điểm chỉ có một trạm gửi. • Một tín hiệu gửi đi có thể tới tất cả các trạm và theo một trình tự không kiểm soát được, vì vậy phải thực hiện phương pháp gán địa chỉ theo kiểu thủ công cho từng trạm. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông Một số ví dụ cấu trúc bus Mạng tiêu biểu có cấu trúc bus là PROFIBUS, CAN, WorldFIP, Foundation Fieldbus, AS-I, CC-link và Ethernet.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông Một số ví dụ cấu trúc bus Cấu trúc mạng sử dụng Foundation Fieldbus
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng • Cấu trúc mạch vòng được thiết kế sao cho các thành viên trong mạng được nối từ điểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch khép kín. • Mỗi thành viên đều tham gia tích cực vào việc kiểm soát dòng tín hiệu. • Mỗi trạm nhận được dữ liệu từ trạm đứng trước và chuyển tiếp sang trạm lân cận đứng sau. Quá trình này được lặp lại tới khi dữ liệu quay trở về trạm đã gửi, nó sẽ được hủy bỏ. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Master
Không Có Điều Khiển Trung Tâm ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Có Điều Khiển Trung Tâm KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Ưu điểm của cấu trúc mạch vòng • Ưu điểm cơ bản của mạng có cấu trúc này là mỗi nút đồng thời có thể là một bộ khuếch đại, do vậy mạng cấu trúc mạch vòng có khoảng cách và số trạm lớn. •
Mỗi trạm có khả năng vừa nhận vừa phát tín hiệu cùng một lúc.
• Bởi mỗi thành viên ngăn mạch vòng thành 2 phần và tín hiệu được truyền theo một chiều, nên biện pháp tránh xung đột tín hiệu thực hiện đơn giản hơn. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Ưu điểm của cấu trúc mạch vòng • Cấu trúc mạch vòng thực chất dựa trên cơ sở liên kết điểm – điểm, vì vậy thích hợp cho việc sử dụng các phương tiện truyền tín hiệu hiện đại như cáp quang, tia hồng ngoại… • Việc gán địa chỉ cho các thành viên trong mạng cũng có thể do một trạm chủ thực hiện một cách hoàn toàn tự động căn cứ vào thứ tự sắp xếp vật lý của các trạm trong mạch vòng. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Ưu điểm của cấu trúc mạch vòng • Một ưu điểm tiếp theo của cấu trúc mạch vòng là khả năng xác định vị trí xảy ra sự cố, ví dụ đứt dây hay một trạm ngừng làm việc. • Tuy nhiên, mạng sẽ vẫn hoạt động bình thường nếu có một đường dây dự phòng. • Hình sau đây mô tả cách giải quyết sự cố tại đường dây (a) và sự cố tại một trạm (b). ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Ưu điểm của cấu trúc mạch vòng
1
2
1
2
8
3
8
3
7
4
7
4
6
5
a. By Pass sự cố đường dây giữa 1 và 2 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
6
5
b. Đấu tắt do sự cố tại trạm 3 KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Ưu điểm của cấu trúc mạch vòng Trường hợp (a), các trạm lân cận với điểm xảy ra sự cố sẽ tự phát hiện lỗi đường dây và tự động chuyển mạch sang đường dây phụ. Trường hợp (b) hai trạm lân cận sẽ tự đấu tắt, chuyển sang cấu hình như daisy–chain. Để thực hiện được điều này, tại mỗi trạm, thiết bị sẽ được đấu với mạch vòng nhờ bộ chuyển mạch by–pass tự động. Trong trường hợp sự cố xảy ra, bộ chuyển mạch sẽ tự động phát hiện và ngắn mạch, bỏ qua thiết bị được nối mạng qua nó. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Ưu điểm của cấu trúc mạch vòng Sử dụng bộ chuyển mạch by-pass trong mạch vòng Sau khi xảy ra sự cố Thiết bị
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 2: Cấu Trúc Hệ Thống SCADA 2.2 Truyền thông (Communication) 2.2.7 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông 2.2.7.2 Cấu trúc mạch vòng Cấu trúc mạch vòng được sử dụng trong INTERBUS, TokenRing (IBM), FDDI, mạng MELSECNET Mitsubishi
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 3: Các chức năng của hệ thống SCADA 3.1 Điều khiển giám sát hệ thống Giám sát các thông số áp suất, nhiệt độ, biểu diễn dưới dạng đồ thị. Các tín hiệu trạng thái on-off, run-stop, alarm, cài đặt thời gian trễ các tín hiệu alarm cho hệ thống
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 3: Các chức năng của hệ thống SCADA 3.2 Quản lý các thủ tục đóng cắt thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Mặt khác ngoài các yêu cầu riêng của từng hệ thống. Hệ thống SCADA còn có chức năng phụ như: Trending, History, Alarm, Report…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 3: Các chức năng của hệ thống SCADA 3.2 Quản lý các thủ tục đóng cắt thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Mặt khác ngoài các yêu cầu riêng của từng hệ thống. Hệ thống SCADA còn có chức năng phụ như: Trending, History, Alarm, Report…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 3: Các chức năng của hệ thống SCADA 3.2 Quản lý các thủ tục đóng cắt thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Mặt khác ngoài các yêu cầu riêng của từng hệ thống. Hệ thống SCADA còn có chức năng phụ như: Trending, History, Alarm, Report…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 3: Các chức năng của hệ thống SCADA 3.2 Quản lý các thủ tục đóng cắt thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Mặt khác ngoài các yêu cầu riêng của từng hệ thống. Hệ thống SCADA còn có chức năng phụ như: Trending, History, Alarm, Report…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 4: Phần mềm hệ thống SCADA 4.1 Giới thiệu chung về phần mềm Phần mềm SCADA có thể được chia ra làm hai loại: độc quyền hoặc mở. Các công ty có thể phát triển phần mềm độc quyền dùng cho truyền thông với phần cứng của họ. Vấn đề chính của các hệ thống này là phải phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp hệ thống. Các hệ thống phần mềm mở ngày càng trở nên phổ biến vì tính năng liên kết hoạt động của các hệ thống này. Tính năng liên kết hoạt động là khả năng hòa hợp thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau trên một hệ thống ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 4: Phần mềm hệ thống SCADA 4.1 Giới thiệu chung về phần mềm SCADA
Phần mềm SCADA
InTouch GeniDAQ Genesis32 Trace Mode Vijeo Look Citect Factory Link RSView LabView iFIX WinCC Master SCADA CIMPLICITY Contour Wizcon Crug-2000 Elipse SCADA
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
Company Wonderware Advantech Iconics AdAstra Schneider Electric Ci Technologies United States DATA Co. Rockwell Software Inc. National Instruments Intellution Siemens InSAT GE Fanuc Obedinenie Uig Axeda Crug Elipse SCADA
Country USA Taiwan USA Russia France Australia USA USA USA USA Germany Russia USA Ucraina USA Russia USA KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
Chương 4: Phần mềm hệ thống SCADA 4.2 Tag (Tagname) Trong phầm mềm SCADA là gì?
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN
View more...
Comments
