Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THU THẬP ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THU THẬP ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

Tải bản đầy đủ - 0trang

thiết bị hiện trường được đặt ở các vị trí xa. Bên cạnh đó, doanh nghiệp cũng

khơng phải chi trả cho các chuyến đi kiểm tra, bảo trì ở xa, thế nên, chi phí bảo

trì cũng sẽ được giảm bớt.

 Bảo toàn vốn đầu tư: khi các chủ nhà máy đầu tư nâng cấp hoạt động sản

xuất, họ cần đảm bảo sự nâng cấp đó có tính sử dụng lâu dài. Một hệ thống

SCADA được thiết kế mở sẽ cho phép chủ đầu tư chỉnh sửa, thay đổi tùy theo

quy mơ sản xuất, nhờ đó giúp loại bỏ các hao hụt theo thời gian.

 Xu hướng phát triển:

Cho đến nay, SCADA vẫn luôn được cải tiến liên tục và trong những năm

gần đây, các chuyên gia dự đoán hệ thống này sẽ phát triển theo các xu hướng

chính sau:



 Kết hợp hệ điều hành Windows với các hệ thống SCADA:

Nền tảng Windows giúp gia tăng sự ổn định, khả năng bảo trì phần cứng

và phần mềm cũng như khả năng thay thế cho sản phẩm SCADA sẵn có. Ngồi

ra, chi phí của phương thức này lại rất cạnh tranh cho hầu hết các doanh nghiệp.



 Giao thức mở:

Việc sử dụng các giao thức mở không chỉ là nhu cầu của thị trường, mà đã

trở thành xu hướng nhằm làm giảm các chi phí khi tích hợp hệ thống, cho phép

thu được các dữ liệu ổn định, và làm giảm thời gian thiết kế các ứng dụng. Tuy

nhiên,doanh nghiệp không chỉ cần xem xét khả năng tương thích của các giao

thức, mà còn cần tối ưu hóa chúng khi sử dụng trong hệ thống SCADA. Vì thế,

đồng bộ hóa cơ sở dữ liệu giữa các thiết bị và phần mềm được đánh giá là sẽ

giúp các doanh nghiệp có nhiều lợi ích hơn từ cấu trúc hệ thống mở.



 Tích hợp dữ liệu và cấu trúc OPC UA (OPC Unified Architecture):

Việc tích hợp dữ liệu giữa SCADA và các hệ thống khác trong doanh

nghiệp như hệ thống hoạch định tài nguyên doanh nghiệp (ERP), chuỗi cung cấp

–Supply Chain, và các hệ thống khác, ngày càng trở nên quan trọng.

OPC nổi lên như là một nỗ lực tiêu chuẩn hóa các lớp của bộ điều khiển

I/O, truy cập dữ liệu - (DA), các sự kiện và cảnh báo (AE), dữ liệu quá khứ

(HAD) và các tính năng khác. Sáng kiến này tập trung vào khả năng tương tác

của các hệ thống, và tìm kiếm một tiêu chuẩn chung cho các mơ hình riêng lẻ.

Với việc sử dụng một tiêu chuẩn chung, phương pháp này có thể áp dụng với bất

kỳ hệ điều hành nào, từ đó giúp tạo ra các mơ hình dữ liệu lớn hơn trong các hệ

thống SCADA, và giúp mở rộng hệ thống tùy theo sự phát triển quy mô doanh

nghiệp.



12



1.2. Cấu trúc chung của hệ thu thập đo lường điều khiển và giám sát

Mọi hệ thống SCADA đều có bốn thành phần chính sau:

 Giao diện q trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển

đổi và các cơ cấu chấp hành.

 Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị đầu cuối từ xa RTU

(Remote Terminal Units) hoặc các khối điều khiển logic khả trình PLC

(Programmable Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp

hành.

 Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các

thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ

liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ.

Phần cứng: là các thiết bị kết nối như modem, hộp nối, cáp truyền và các thiết

bị thu phát vô tuyến (trong hệ thống không dây_ wireless), các trạm lặp (trong

trường hợp truyền đi xa).

Phần mềm: đó là các giao thức truyền thơng (protocol), các ngơn ngữ lập

trình được dùng để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau.

 Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện ngườimáy HMI (Human Machine Interface).

Trong một hệ thống SCADA thông thường, thông tin từ các cảm biến hay

cơ cấu chấp hành sẽ được thu thập bởi các trạm dữ liệu trung gian như RTU

hoặc PLC. Các khối thiết bị này sau đó sẽ truyền thông tin về hệ thống điều

khiển giám sát hay đơi khi còn gọi là SCADA- HMI thơng qua mạng LAN hay

WAN. Hệ thống điều khiển giám sát sẽ kết nối người quản lý với tồn bộ các

thơng tin bằng giao diện trình duyệt trên máy tính. Từ giao diện này, người quản

lý có thể quan sát các tín hiệu thu thập được và điều khiển thiết bị từ màn hình

máy tính.



Hình 1.1: Mơ hình phân cấp chức năng của hệ SCADA

13



Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản của một hệ SCADA

Với đề tài mà nhóm chúng em đang thực hiện thì các cấp của SCADA cụ

thể như sau :

 Cấp điều khiển giám sát : Máy tính cá nhân được cài đặt các phần mềm

Wincc , Simatic manager step7

 Cấp điều khiển : Sử dụng PLC s7 300 CPU 314 2PN/DP, modul mở rộng

SM 334 AI5/A02 ×12bit….

 Cấp hiện trường : Là các mơ hình giám sát điện năng bao gồm:

+ AAC Transducer bộ chuyển đổi dòng điện với Input [0-5A] Output [4- 20mA]

+ VAC Transducer bộ chuyển đổi điện áp với Input [0-5A ] Output [4-20mA]

+PF Transducer bộ chuyển đổi hệ số công suất với Input [0-5A ] Output [4-20mA]

+ Tải: động cơ Siemens 3 pha cỡ nhỏ.

*chú ý : các tín hiệu vào /ra đều sử dụng điện áp 24VDC

14



1.3. Giao thức PROFINET

PROFINET ( từ viết tắt profinet dành cho Pro cess Field Net ) là tiêu

chuẩn kỹ thuật trong ngành cho truyền thông dữ liệu qua Ethernet công nghiệp ,

được thiết kế để thu thập dữ liệu và kiểm soát, thiết bị trong các hệ thống công

nghiệp , với sức mạnh đặc biệt trong việc phân phối dữ liệu. thứ tự từ 1ms trở

xuống). Tiêu chuẩn này được duy trì và hỗ trợ bởi Profibus & Profinet

International , một tổ chức bảo trợ có trụ sở tại Karlsruhe, Đức .

Ba mức giao thức được xác định:





TCP / IP cho dữ liệu không quan trọng thời gian và vận hành một nhà

máy với thời gian phản ứng trong phạm vi 100 ms







Giao thức RT (Thời gian thực) cho các ứng dụng PROFINET IO lên tới

10 ms chu kỳ







IRT (Thời gian thực không đồng bộ) cho các ứng dụng PROFINET IO

trong các hệ thống truyền động với chu kỳ thời gian dưới 1 mili giây



Các giao thức có thể được ghi lại và hiển thị bằng cách sử dụng một cơng cụ

phân tích Ethernet như PRONETA hoặc Wireshark .



 Thiết bị ngoại vi

Giao diện với các thiết bị ngoại vi được thực hiện bởi PROFINET IO. Nó

định nghĩa giao tiếp với các thiết bị ngoại vi được kết nối với trường. Cơ sở của

nó là một khái niệm xếp tầng thời gian thực. PROFINET IO xác định toàn bộ

trao đổi dữ liệu giữa các bộ điều khiển (các thiết bị có "chức năng chính") và các

thiết bị (các thiết bị có chức năng "nơ lệ"), cũng như cài đặt tham số và chẩn

đoán. PROFINET IO được thiết kế để trao đổi dữ liệu nhanh giữa các thiết bị

trường dựa trên Ethernet và tn theo mơ hình nhà cung cấp dịch vụ tiêu

dùng. Các thiết bị hiện trường trong một dòng PROFIBUS cấp dưới có thể được

tích hợp trong hệ thống PROFINET IO liền mạch thông qua một IO-Proxy (đại

diện của một hệ thống xe buýt cấp dưới). Nhà phát triển thiết bị có thể triển khai

PROFINET IO với bất kỳ bộ điều khiển Ethernet thương mại nào có sẵn. Nó rất

thích hợp cho việc trao đổi dữ liệu với thời gian chu kỳ xe buýt của một vài

ms. Cấu hình của một hệ thống IO đã được giữ tương tự

như PROFIBUS. PROFINET IO luôn chứa khái niệm thời gian thực.

Hệ thống PROFINET IO bao gồm các thiết bị sau:





Bộ điều khiển IO, điều khiển nhiệm vụ tự động hóa.



Thiết bị IO, là thiết bị trường, được giám sát và điều khiển bởi Bộ điều

khiển IO. Thiết bị IO có thể bao gồm một số mơ-đun và mơ-đun phụ.





15



IO Supervisor là phần mềm thường dựa trên PC để thiết lập các thơng số

và chẩn đốn thiết bị IO riêng lẻ.





Một quan hệ ứng dụng (AR) được thiết lập giữa một bộ điều khiển IO và một

thiết bị IO. Các AR này được sử dụng để xác định mối quan hệ truyền thông

(CR) với các đặc điểm khác nhau cho việc chuyển các tham số, trao đổi dữ liệu

tuần hoàn và xử lý báo động.

Các đặc điểm của thiết bị IO được mô tả bởi nhà sản xuất thiết bị trong một

tệp Mô tả Trạm chung (GSD). Ngôn ngữ được sử dụng cho mục đích này là

GSDML (Ngơn ngữ đánh dấu GSD) - một ngôn ngữ dựa trên XML. Tệp GSD

cung cấp phần mềm giám sát với cơ sở lập kế hoạch cấu hình của hệ thống

PROFINET IO.



 Vòng đời kết nối IO

Vòng đời kết nối PROFINET IO mơ tả kết nối giữa bộ điều khiển IO

PROFINET và thiết bị IO. Kết nối cho phép trao đổi tuần hoàn dữ liệu IO q

trình và xử lý cảnh báo tuần hồn. Vòng đời kết nối PROFINET IO bao gồm độ

phân giải địa chỉ, thiết lập kết nối, tham số hóa, xử lý dữ liệu IO / xử lý cảnh báo

và kết thúc.

-Độ phân giải địa chỉ

Một thiết bị PROFINET IO được xác định trên mạng PROFINET bằng tên

kênh của nó. thiết lập kết nối, tham số hóa và xử lý cảnh báo được thực hiện

với Giao thức datagram người dùng (UDP), yêu cầu thiết bị cũng được gán

một địa chỉ IP . Sau khi xác định thiết bị bằng tên kênh, bộ điều khiển IO gán

địa chỉ IP được định cấu hình trước cho thiết bị.

-Thiết lập kết nối

Việc thiết lập kết nối bắt đầu với Bộ điều khiển IO gửi yêu cầu kết nối đến

Thiết bị IO. Yêu cầu kết nối thiết lập mối quan hệ ứng dụng (AR) có chứa một

số mối quan hệ giao tiếp (CR) giữa IO Controller và IO Device. Yêu cầu kết nối

định nghĩa một số CR trong AR. Các CR sau được hỗ trợ:

+IO dữ liệu CRs hỗ trợ trao đổi điểm-điểm đối với dữ liệu đầu vào và đầu ra

tuần hoàn giữa IO Controller và IO Device.

+Dữ liệu bản ghi CR hỗ trợ trao đổi dữ liệu nhật ký.

+Một báo động CR hỗ trợ việc xử lý báo động.

+CR đa hướng cho phép dữ liệu quy trình tuần hồn được xuất bản bởi một

nút để tiêu thụ bởi bất kỳ số lượng người tiêu dùng nào.

16



Ngoài AR và CR, yêu cầu kết nối chỉ định cấu hình mơ đun của IODevice,

bố cục của các khung dữ liệu quá trình IO, tỷ lệ tuần hoàn của trao đổi dữ liệu

IO và hệ số giám sát.

Sự thừa nhận yêu cầu kết nối của thiết bị IO cho phép tham số hóa theo

sau. Từ thời điểm này trở đi, cả Thiết bị IO và Bộ điều khiển IO bắt đầu trao đổi

các khung dữ liệu I / O quy trình tuần hồn. Các khung dữ liệu I / O q trình

khơng chứa dữ liệu hợp lệ tại thời điểm này, nhưng chúng bắt đầu phục vụ như

giữ nguyên để giữ cho cơ quan giám sát hết hạn.

-Tham số

Bộ điều khiển IO ghi dữ liệu tham số hóa cho từng mơ-đun phụ của Thiết bị

IO phù hợp với tập tin Ngôn ngữ đánh dấu mô tả chung (GSDML). Khi tất cả

các mơ-đun phụ đã được cấu hình, Bộ điều khiển IO báo hiệu rằng tham số đã

kết thúc. Thiết bị IO đáp ứng bằng cách sẵn sàng báo hiệu ứng dụng, cho phép

trao đổi dữ liệu IO quá trình và xử lý cảnh báo để xảy ra.

-Xử lý trao đổi dữ liệu IO / xử lý cảnh báo

Thiết bị IO được theo sau bởi Bộ điều khiển IO bắt đầu làm mới dữ liệu I / O

quá trình hợp lệ theo chu kỳ. Bộ điều khiển IO xử lý các đầu vào và điều khiển

đầu ra của thiết bị IO.[4] Các thông báo cảnh báo được trao đổi theo chu kỳ giữa IO

Controller và IO Device khi các sự kiện và lỗi xảy ra trong giai đoạn này trong

vòng đời kết nối PROFINET IO.

Mỗi mơ-đun trong mạng PROFINET có ba địa chỉ:

+Địa chỉ MAC

+Địa chỉ IP

+Tên thiết bị, tên logic cho mơ-đun trong tổng cấu hình

Vì PROFINET sử dụng TCP / IP nên địa chỉ MAC và IP được sử dụng. Địa

chỉ MAC sẽ thay đổi nếu thiết bị được thay thế. Địa chỉ IP là một dạng địa chỉ

mạng có thể được gán động. Vì cần có địa chỉ cố định nên tên thiết bị được sử

dụng.

Để phân bổ địa chỉ IP, mặt nạ mạng con và cổng mặc định, hai phương thức

được xác định:

+DCP: Giao thức khám phá và cấu hình

+DHCP: Giao thức cấu hình máy chủ động

-Thời gian thực

Trong PROFINET IO, dữ liệu xử lý và cảnh báo luôn được truyền trong thời

gian thực (RT). Thời gian thực trong PROFINET dựa trên các định nghĩa

của IEEE và IEC, cho phép chỉ một thời gian giới hạn để thực hiện các dịch vụ

17



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THU THẬP ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×