Nghiên cứu và xây dựng giải thuật thu thập dữ liệu và điều khiển dự phòng hệ thống điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.76 MB, 124 trang )
I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH
TR
NG
I H C BÁCH KHOA
------------------------------
TR
NG V N QU C
NGHIÊN C U VÀ XÂY D NG
GI I THU T THU TH P D
VÀ I U KHI N D
LI U
PHÒNG H TH NG I N
CHUYÊN NGÀNH: THI T B , M NG VÀ NHÀ MÁY I N
LU N V N TH C S
TP. H
CHÍ MINH – 6/2014
i
CƠNG TRÌNH
TR
NG
C HỒN THÀNH T I
I H C BÁCH KHOA
I H C QU C GIA TP H
Cán b h
ng d n khoa h c: TS. TR
CHÍ MINH
NG ÌNH CHÂU
Cán b ch m nh n xét 1 : ..................................................................................
Cán b ch m nh n xét 2 : ..................................................................................
Lu n v n th c s
TH C S TR
NG
cb ov t iH I
NG CH M B O V LU N V N
I H C BÁCH KHOA, ngày . . . tháng . . . n m….....
ii
TR
C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
NG H BÁCH KHOA
PHÒNG ÀO T O SAU
c L p – T Do – H nh Phúc
IH C
-----o0o----C n Th , ngày … tháng … n m 2014
NHI M V LU N V N TH C S
H và tên h c viên: Tr
ng V n Qu c
Phái: Nam
Ngày, tháng, n m sinh: 06/08/1984
N i sinh: V nh Long
Chuyên ngành: Thi t b , M ng và Nhà máy i n
MSHV: 10180114
1- TÊN
TÀI: Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d
li u và i u
khi n d phòng h th ng i n
2- NHI M V LU N V N:
Tìm hi u c
ch , c u trúc, nguyên lý d
phòng
c p i u khi n và c p
SCADA.
Thi t l p c u hình thi t b I/O và các Server, chu n truy n thông, m ng LAN
cho h th ng d phòng i u khi n
hai c p.
Xây d ng gi i thu t và l p trình d phịng cho hai c p i u khi n và SCADA.
3- NGÀY GIAO NHI M V : 01/05/2013
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 23/12/2013
5- H
VÀ TÊN CÁN B
N i dung và
CÁN B
H
c
H
NG D N: TS. TR
ng Lu n v n th c s
NG D N
(H tên và ch ký)
ã
cH i
CH NHI M B
NG ÌNH CHÂU
ng Chun Ngành thơng qua.
MƠN
KHOA QL
QU N LÝ CHUYÊN NGÀNH
CHUYÊN NGÀNH
(H tên và ch ký)
(H tên và ch ký)
iii
L IC M
c Nhà Tr
cùng v i s h
N
ng – B môn H Th ng
i n giao nhi m v
ng d n t n tình c a quý th y TS. Tr
Châu, em ã th c hi n
ng
ình
tài: “Nghiên c u và xây d ng gi i
thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng h th ng i n”.
Tuy nhiên v i th i gian và nh n th c còn h n ch nên
không th tránh kh i nh ng thi u xót.
h n, r t mong nh n
tài
c hồn thi n
c s góp ý c a q th y cơ và b n
Qua ây em c ng xin g i l i c m n
tài
c.
n quý th y cô ã
truy n th cho em nh ng ki n th c quý báo trong su t quá trình
h c t p t i tr
n th y TS. Tr
ng.
c bi t em xin g i l i c m n chân thành
ng ình Châu ã h t s c nhi t tình h
ng d n,
ng viên, t o i u ki n cho em hoàn thành lu n án t t nghi p
này.
Sau cùng, tôi xin g i l i c m n
ng
n gia ình, b n bè, nh ng
i ln quan tâm, ch m sóc, giúp
,
ng viên tơi trong su t
nh ng n m tháng qua.
C n Th , ngày 23 tháng 06 n m 2014
Tr
ng V n Qu c
iv
TÓM T T LU N V N
V i s phát tri n c a xã h i ngày nay các h th ng t
nghi p ngày càng xâm nh p vào
i s ng con ng
nhu c u i u khi n ngày càng cao v ch t l
ng, n
ng hóa trong cơng
i nhi u h n. Vì v y,
áp ng
nh h th ng là r t quan tr ng.
H th ng giám sát, i u khi n và thu th p d li u, các h th ng i u khi n a c p
c
s d ng r ng rãi trong các nhà máy, xí nghi p trên tồn th gi i. Ki m soát, giám sát
và i u khi n
c c i ti n, cung c p các tính n ng c b n nâng cao hi u qu và n ng
su t s n xu t.
Vì v y, nghiên c u các công ngh
ng d ng trong h th ng i u khi n t
ng,
c bi t là nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng
h th ng i n là r t c n thi t nh m em l i m t h th ng i u khi n hoàn ch nh, ho t
ng n
nh, gi m thi u th i gian ch s a ch a các thi t b h h ng. Do ó trong lu n
v n tìm hi u gi i quy t các v n
sau:
Tìm hi u khái ni m d phòng (Redundancy) trong
c p i u khi n. Tìm hi u
c ch , c u trúc, nguyên lý d phòng trong c p i u khi n và c p SCADA.
Thi t l p c u hình thi t b và các Server, chu n truy n thông, m ng LAN… cho
h th ng d phòng i u khi n a c p.
Trên giao th c truy n thông Modbus TCP/IP, s d ng cơng c l p trình Uinity
Pro xây d ng và óng gói th vi n các hàm truy n thông, các b Timer, Counter…
l p trình t o h th ng d phòng cho thi t b
i u khi n g m hai PLC. M t PLC óng
vai trị Primary, PLC cịn l i óng vai trị Stanby. PLC Stanby s liên t c c p nh t d
li u t Primary PLC và s n sàng
m nh n vai trị i u khi n n u có s c x y ra
v i Primary PLC
Xây d ng c u trúc d phòng cho c p SCADA:
tra áp ng khi h th ng chuy n
ng d ng ph n m m
i t tr ng thái Primary sang Stanby và ng
ki m
c l i.
i
v
M CL C
NHI M V LU N V N TH C S ..................................................................... ii
L I C M N ...................................................................................................... iii
TÓM T T LU N V N ...................................................................................... iv
M C L C .............................................................................................................. v
PH L C HÌNH ................................................................................................... ix
PH L C B NG ............................................................................................... xii
DANH M C T
CH
VI T T T.............................................................................. xiii
NG 1: GI I THI U
TÀI ...................................................................... 1
1.1 KHÁI NI M CHUNG V D
PHÒNG ......................................................... 1
1.2 H TH NG I U KHI N A C P ............................................................. 2
1.2.1 Các k thu t d phòng .............................................................................. 2
1.2.2 H th ng i u khi n a c p ...................................................................... 4
1.3 GI I PHÁP D
PHÒNG TRONG H TH NG I U KHI N A C P .... 6
1.3.1 D phòng thi t b
1.3.2 D phòng
i u khi n .................................................................... 7
c p SCADA .......................................................................... 9
1.3.3 D phịng m ng truy n thơng ................................................................. 11
1.4 C U TRÚC T NG QUÁT C A H TH NG D
1.5 GI I THI U M T S
H TH NG D
PHỊNG
PHỊNG NĨNG .......... 13
NG D NG TRONG
CƠNG NGHI P ............................................................................................ 15
1.5.1 H th ng i u khi n có d phòng cho h th ng n ng l
ng
giàn
WID 40.000 ................................................................................................... 15
1.5.2 H th ng i u khi n có d phịng cho h th ng n ng l
ng
giàn
cơng ngh trung tâm CTK3 ........................................................................... 15
1.6 K T LU N .................................................................................................... 16
vi
CH
NG 2: XÂY D NG GI I THU T D
PHÒNG CHO CÁC C P
TRONG H TH NG ........................................................................................... 17
2.1 CÁC THÀNH PH N S
D NG TRONG H TH NG ............................. 17
2.1.1 PREMIUM PLC ..................................................................................... 17
2.1.2 Ethernet ETY Port module ..................................................................... 18
2.1.3 D ch v TCP/IP messaging ..................................................................... 18
2.1.4 M t s l nh truy n thông h tr b i d ch v TCP/IP messaging ........... 19
2.1.5 D ch v I/O scanning .............................................................................. 23
2.1.6 D ch v Global Data .............................................................................. 24
2.2 CHU N TRUY N THÔNG MODBUS TCP/IP .......................................... 25
2.3 XÂY D NG GI I THU T D
PHÒNG
C P I U KHI N ................ 28
2.3.1 C u trúc ph n c ng ................................................................................. 28
2.3.2 C u trúc ph n m m ................................................................................. 30
2.3.3 Ki m tra tr ng thái ho t
2.3.4 Gi i thu t và các hàm
CH
NG 3: D
PHÒNG
ng c a PLC Primary .................................... 34
ng b hóa Counter ........................................... 54
C P SCADA ......................................................... 60
3.1 GI I THI U .................................................................................................. 60
3.2 C U TRÚC SERVER C A CITECT ........................................................... 62
3.2.1 Các server trong m t h th ng SCADA Citect .................................. 62
3.2.2 Các ki n trúc c a h th ng SCADA Citect ........................................ 68
3.3 CITECT SCADA REDUNDANCY. ............................................................. 74
3.3.1 Disk I/O device redundancy ............................................................... 74
3.3.2 I/O Server redundancy........................................................................ 75
3.3.3 Citect Server redundancy ................................................................... 79
CH
NG 4: XÂY D NG H TH NG D
PHÒNG ........................................... 81
vii
4.1 XÂY D NG C U TRÚC H TH NG ........................................................ 81
4.2 VAI TRÒ, CH C N NG C A CÁC THI T B ......................................... 82
4.2.1 Ethernet distributed I/O ...................................................................... 82
4.2.2 Primary PLC ....................................................................................... 83
4.2.3 Standby PLC....................................................................................... 83
4.2.4 Primary server .................................................................................... 84
4.2.5 Standby server .................................................................................... 84
4.2.6 Display client ...................................................................................... 84
4.3 K T H P D
PHÒNG
C P I U KHI N VÀ C P SCADA .............. 84
4.4 XÂY D NG CÁC HÀM QUAN TR NG
IV ID
PHÒNG C P
PLC ..................................................................................................................... 87
4.4.1 Hàm ki m tra truy n thông................................................................. 87
4.4.2 Hàm health_checking ......................................................................... 88
4.4.3 Hàm RTON ........................................................................................ 89
4.4.4 Hàm RTOF ......................................................................................... 91
4.4.5 Hàm RCTU......................................................................................... 92
4.4.6 Hàm RCTD......................................................................................... 94
4.4.7 Hàm RCTUD ...................................................................................... 96
4.5 XÂY D NG SCADA REDUNDANCY....................................................... 98
4.5.1 I/O server redundancy ........................................................................ 98
4.5.2 Disk I/O device redundancy ............................................................... 99
4.5.3 Real PLC redundancy (Premium PLC redundancy) ........................ 101
CH
NG 5: T NG K T, ÁNH GIÁ
TÀI .................................................. 105
5.1 T NG K T .................................................................................................. 105
5.1.1 Ch t l
ng c a h th ng................................................................... 105
viii
5.1.2 Nh
5.2 H
c i m c a h th ng................................................................. 107
NG PHÁT TRI N C A
TÀI ....................................................... 108
TÀI LI U THAM KH O ...................................................................................... 111
LÝ L CH TRÍCH NGANG .................................................................................... 112
ix
PH L C HÌNH
Hình 1.1: D phịng cho ngu n i n .............................................................................. 1
Hình 1.2: D phịng m ng máy tính ............................................................................... 2
Hình 1.3: H th ng i u khi n a c p ............................................................................ 5
Hình 1.4: H th ng ch có m t b
i u khi n ................................................................. 8
Hình 1.5: H th ng có nhi u h n 1 b
i u khi n........................................................... 9
Hình 1.6: H th ng i u khi n khơng có
tin c y cao ............................................... 10
Hình 1.7: H th ng i u khi n v i 2 server .................................................................. 11
Hình 1.8: H th ng ch có m t m ng LAN ................................................................... 12
Hình 1.9: H th ng d phịng m ng truy n thơng ......................................................... 13
Hình 1.10: C u trúc d phịng nóng .............................................................................. 14
Hình 2.1 : PLC Premium ............................................................................................... 17
Hình 2.2: C ch ho t
ng c a I/O scanning............................................................... 24
Hình 2.3 Global client ................................................................................................... 24
Hình 2.4: C u trúc ph n c ng h th ng d phịng ........................................................ 30
Hình 2.5: Ho t
ng c a Primary và Stanby PLC ........................................................ 32
Hình 2.6: C u trúc trong ch
ng trình .......................................................................... 34
Hình 2.7: C u trúc h th ng PLC redundancy .............................................................. 35
Hình 2.8: Gi i thu t heartbeat ....................................................................................... 36
Hình 2.9: CPU Primary PLC b l i ho c khơng ho t
ng ........................................... 38
Hình 2.10: Module ETY c a Primary PLC b l i.......................................................... 39
Hình 2.11: Cable n i t i ETY c a Primary PLC b l i ................................................. 40
Hình 2.12: Gi i thu t Switch over ................................................................................. 41
x
Hình 2.13: Gi i thu t Heart beat.................................................................................... 42
Hình 2.14: Gi i thu t ki m tra truy n thông ................................................................. 43
Hình 2.15: C u trúc trong master task ........................................................................... 44
Hình 2.16: h th ng ho t
ng sai n u khơng dùng m t chu k
Hình 2. 17: h th ng ho t
ng úng n u dùng m t chu k
update d li u ..... 48
update d li u............ 49
Hình 2.18: Gi i thu t
ng b real time clock .............................................................. 50
Hình 2.19: Gi i thu t
ng b Timer on ....................................................................... 52
Hình 2.20: Gi i thu t
ng b Timer OF ...................................................................... 54
Hình 2.21: Hàm
m lên RCTU .................................................................................... 57
Hình 2.22: Hàm
m xu ng RCTD ............................................................................... 58
Hình 2.23: Hàm
m lên xu ng RCTUD ...................................................................... 59
Hình 3.1: C u trúc single server ................................................................................ 60
Hình 3.2: C u trúc dual redundant server...................................................................... 61
Hình 3.3: C u trúc Citect SCADA redundant ............................................................... 62
Hình 3.4: Citect server và Display Client...................................................................... 63
Hình 3.5: I/O server ....................................................................................................... 65
Hình 3.6: M i liên h gi a các server trong c u trúc Vijeo citect ................................ 67
Hình 3.7: C u trúc Standalone....................................................................................... 68
Hình 3.8: C u trúc Distributed System.......................................................................... 69
Hình 3.9: C u trúc Client – server ................................................................................. 70
Hình 3.10: C u trúc redundant server............................................................................ 71
Hình 3.11: C u trúc Cluster control system .................................................................. 72
Hình 3.12: C u trúc redundant và distributed system ................................................... 73
Hình 3.13: Nguyên lý ho t
ng c a redundant Disk I/O device ................................. 74
Hình 3.14: Nguyên lý ho t
ng c a h th ng khi Primary I/O server g p s c ........ 75
xi
Hình 3.15: I/O server redundancy ................................................................................. 76
Hình 3.16: C ch ho t
ng Citect server redundancy ................................................ 80
Hình 4.1: C u trúc redundancy ...................................................................................... 82
Hình 4.2: C ch ho t
ng h th ng redundancy ........................................................ 86
Hình 4.3: Hàm Com_checking ...................................................................................... 87
Hình 4.4: Hàm Health_checking ................................................................................... 88
Hình 4.5: Hàm redundant TON ..................................................................................... 90
Hình 4.6: Hàm Redundant TOF .................................................................................... 92
Hình 4.7: Hàm redundant Counter up ........................................................................... 94
Hình 4.8: Hàm Redundant counter down ...................................................................... 96
Hình 4.9: Hàm Redundant counter up down ................................................................. 98
Hình 4.10: C u hình network addresses và IO server cho h th ng ............................. 99
Hình 4.11: C u hình cho Disk I/O device redundancy................................................ 101
Hình 4.12: Graphic cho mơ hình phân lo i s n ph m ................................................. 103
Hình 4.13: Graphic cho mơ hình ATS......................................................................... 104
Hình 5.1: c u trúc có
tin c y cao ............................................................................ 109
Hình 5.2: C u trúc Full Redundancy .......................................................................... 110
xii
PH L C B NG
B ng 2.1: Ngõ vào, ra c a hàm truy n thông READ_VAR ......................................... 20
B ng 2.2: B ng qu n lý truy n thông ............................................................................ 20
B ng 2.3: Giá tr thanh ghi Report communication ...................................................... 21
B ng 2.4: Khai báo các chân ngõ ra và ngõ vào c a hàm RCTU ................................. 55
B ng 4.1: Ngõ vào ra c a hàm Communication function ............................................. 87
B ng 4.2: Ngõ vào ra c a hàm Health_checking .......................................................... 88
B ng 4.3: Ngõ vào ra c a hàm RTON .......................................................................... 89
B ng 4.4: Ngõ vào ra c a hàm RTOF ........................................................................... 91
B ng 4.5: Ngõ vào ra c a hàm RCTU........................................................................... 93
B ng 4.6: Ngõ vào ra c a hàm RCTD........................................................................... 95
B ng 4.7: Ngõ vào ra c a hàm RCTUD ........................................................................ 97
B ng 4.8: C u hình cho network addresses ................................................................... 99
B ng 4.9: C u hình cho I/O server redundancy ............................................................ 99
B ng 4.10: C u hình Disk I/O device redundancy ...................................................... 100
B ng 4.11: B ng c u hình Real PLC redundancy ....................................................... 102
xiii
DANH M C T
VI T T T
PLC:
Programmable Logic Controller
SCADA:
Supervisory Control And Data Acquisition
HMI:
Human Machine Interface
LAN:
Local Area Network
MES:
Manufacture Execution System
CPU:
Central Processing Unit
NIM:
Network Interface Module
LAD:
Ladder Logic
STL:
Statement List
FBD:
Function Block Diagram
SFC:
Sequential Function Chart
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng h th ng i n
CH
NG 1
GI I THI U
1.1
KHÁI NI M CHUNG V D
TÀI
PHỊNG
D phịng (Redundancy) là thu t ng trong m t h th ng mà
nhi u h n hai thi t b d phịng
khơng ho t
m b o r ng trong tr
ót nt i
ng h p thi t b này
ng n a thì thi t b kia s n sàng làm nhi m v thay th và nh
óh
th ng v n làm vi c liên t c. Bài tốn d phịng có th là d phòng ngu n i n cung
c p cho các c quan quan tr ng c n
m b o tính liên t c (hình 1.1), hay là d
phịng trong l nh v c cơng ngh thơng tin (hình 1.2),….
càng m nh trong l nh v c t
c bi t s phát tri n ngày
ng hóa, i u khi n thì v n
d phòng
c các nhà
s n xu t quan tâm.
Ngu n i n 1
Ngu n i n 2
Ngu n i n 3
Primary
Standby
Standby
Thi t b s d ng n ng l
ng
Hình 1.1. D phòng cho ngu n i n
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
1
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phịng h th ng i n
Hình 1.2. D phịng m ng máy tính
1.2
H TH NG I U KHI N A C P
1.2.1 Các k thu t d phòng
Ngày nay, h th ng SCADA
c s d ng r ng rãi trong các ngành công
nghi p khác nhau t các nhà máy s n xu t th c ph m,
u ng, nhà máy i n…cho
n t n các giàn khoan d u khí ngồi kh i xa. H tr ng
i v n hành (Operator)
trong vi c ki m soát, i u khi n, giám sát các thông s thi t b , máy móc trong su t
q trình s n xu t. Nâng cao hi u qu và n ng su t s n xu t, áp ng nhu c u ngày
càng cao v ch t l
ng i u khi n
Tùy theo ch t l
ng và th i gian áp ng (Critical time) c a h th ng d
phòng (Redundant) mà d phòng th
ng
c chia thành 3 c p
v i ch t l
ng
khác nhau nh sau:
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
2
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng h th ng i n
a.
D phòng l nh
nh ngh a: Là s d phòng mà th i gian áp ng
và có th c n s can thi p c a ng
c quan tâm t i thi u,
i v n hành.
C ch : Thi t k ho c ch t o s n m t mô un, m t chi ti t (t m g i là ph
tùng thay th ) hay m t h th ng t
ng t v i h th ng ang v n hành. N u có s c
ho c c n s a ch a, b o trì thì ng
i v n hành k thu t l p t c thay th cái m i, do
ó khơng t n nhi u th i gian ph i ch
u/khuy t i m: Ph
i.
ng án d phòng này ch áp d ng
th ng mà khi có s c x y ra khơng nh h
ng nhi u
i v i nh ng h
n tính nguy hi m, tính an
tồn, s n ph m khơng b h h ng khi ph i ch m t th i gian
b o trì và thay th .
Tuy nhiên, khi th i gian là quan tr ng thì d phịng m ho c nóng là ph
ng án l a
ch n t t h n.
b.
D phòng m
nh ngh a: D phòng m
c s d ng khi th i gian ch là quan tr ng
nh ng ph i m t m t th i gian t m th i thì v n cịn ch p nh n
C ch : H th ng d phòng m th
c.
ng có hai b vi x lý k t n i trong m t
c u hình chính và d phịng. B x lý chính c a h th ng i u khi n các tín hi u
ng vào và ng ra, trong khi b x lý ph
c c p ngu n và ch cho b x lý
chính khơng i u khi n quá trình. Khi x y ra s c , b x lý ph
m nh n i u
khi n các tín hi u ng vào/ng ra và tr thành b x lý chính, cho phép b x lý
chính thành b x lý th c p và có th
c b o trì mà khơng m t quy n ki m sốt
q trình.
u/khuy t i m: T m t khía c nh ph n c ng, h th ng d phịng m và
nóng h u nh gi ng h t nhau, và có th d dàng nh m l n khi nhìn vào d li u cung
c p c a các nhà nhà s n xu t
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
3
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng h th ng i n
c.
D phòng nóng
nh ngh a: D phịng nóng
d ng d
i b t k tr
phịng nóng nh ng
C ch : Nh
c dùng khi q trình v n hành khơng
c
ng h p nào. Có nh ng ng d ng có th khơng u c u d
có tính liên t c cao thì d phịng nóng là r t c n thi t.
ã nêu
trên, vi c b trí h th ng d phịng nóng thì h u nh
gi ng v i h th ng d phịng m. Tuy nhiên, h th ng d phịng nóng cung c p
chuyên
i liên t c c a các tín hi u I/O trong su t quá trình chuy n
i t b x lý
chính sang ph .
u/khuy t i m: D phịng nóng
ph n ng nhanh
c áp d ng
i v i các s c . Tuy nhiên, m c
nhi u h n. S d ng ph
u t ban
u s t n chi phí
ng án d phịng này cho nh ng h th ng c n thi t s
nh, xác su t x y ra h h ng có th gi m
m b o liên t c cho ng
i v i nh ng h th ng c n
n
n m c th p nh t. em l i s an toàn và
i s d ng
1.2.2 H TH NG I U KHI N A C P
Tuy m i h th ng trong công nghi p có c u trúc khác nhau, s khác nhau
này
nt m c
, quy mô c a h th ng, có th phân chia thành 5 c p trong h
th ng i u khi n a c p (hình 1.3)
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
4
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phịng h th ng i n
Hình 1.3. H th ng i u khi n a c p
C p tr
ng (Field): bao g m các thi t b c m bi n (sensor) nh c m
bi n quang, c p nhi t, c m bi n áp su t, encoder,… và các ph n t ch p hành nh
ng c , các valve, qu t, bóng èn, contactor,….
C p i u khi n (Control): có nhi m v
c m bi n
c p tr
c, x lý các tín hi u t các
ng g i v r i xu t các tín hi u i u khi n
n các ph n t ch p
hành.
C p giám sát (Supervision):
các tín hi u i u khi n t các RTU mà c th
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
c p này các tr m SCADA thu th p
ây là các PLC, th
ng là các
5
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng h th ng i n
Group PLC sau ó x lý, hi n th và l u tr d li u. Ngồi ra c p này cịn dùng
t tín hi u i u khi n cho các tr m PLC, ghi các l nh i u khi n h th ng
MES (Manufacture Execution System): C p này ch y u
quy t
nh nh l ch b o trì, kh o sát ti n trình cơng vi c và ch t l
a ra các
ng giám sát i u
khi n.
Enterprise: C p này qu n lý tồn cơng ty nh
a ra chi n l
cs n
xu t, chu n b ngu n l c, ph i h p s n xu t
Tuy m i c p óng vai trị khác nhau trong h th ng a c p, s ph c t p ph
thu c vào quy mô s n xu t c a t ng nhà máy. Trong gi i h n
tài ta ch quan tâm
i u khi n t c p Supervision trong ó t p trung vào xây d ng h th ng d phòng
(redundancy) cho c p SCADA và c p i u khi n (Group control).
1.3
GI I PHÁP D
S
n
PHÒNG TRONG H TH NG I U KHI N A C P
nh (stability),
s linh ho t (flexibility) là th
khi n ch a phát tri n ch t l
tin c y (Reliability), tính liên t c (continuousness),
c o ch t l
ng c a h th ng i u khi n ph thu c ch y u vào
ch t l
ng c a thi t b
ch t l
ng t t h n tuy nhiên v i môi tr
l
i u khi n. Rõ ràng các thi t b ngày càng thông minh v i
ng c a thi t b s không nâng cao
mà các ph
ng c a h th ng. Khi k thu t i u
ng ph c t p khác nhau thì khi ó ch t
c
c tính c a h th ng. Chính vì lý do ó
ng pháp i u khi n, và c u trúc m i
thu c vào thi t b nâng cao ch t l
c ra
i nh m gi m s ph
ng c a h th ng. Trong các gi i pháp ó thì gi i
pháp d phịng (Redundancy) là m t trong nh ng gi i pháp t t y u trong h th ng
t
ng trong các nhà máy s n xu t.
Trong h th ng i u khi n a c p, d phòng
theo yêu c u v s c n thi t v ch t l
xây d ng ph
t
uc n
n gi i pháp d phòng, tuy nhiên a s các
ng trong nhà máy l n n i mà t n th t trong vi c t m ng ng do h
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
tin c y c a h th ng i u khi n mà
ng án d phòng cho phù h p v i hi u qu kinh t . Không ph i t t c
ng hóa trong cơng nghi p
h th ng t
ng và
c chia ra làm ba m c, tùy
ng ình Châu
ng V n Qu c
6
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng h th ng i n
h ng thi t b
i u khi n ho c tr c tr c c a truy n thông l n h n
d phịng thì gi i pháp d phịng ln
nh
u t m t h th ng
c các nhà máy, xí nghi p quan tâm. Ví d
trong các nhà máy i n, dây chuy n nhà máy xi m ng, công nghi p khai
khoáng,… là nh ng h th ng l n trong s n xu t, do ó th
phịng
ng trang b gi i pháp d
m c cao nh t bao g m:
D phòng thi t b
D phòng
i u khi n (Device reduduancy)
c p SCADA (SCADA redundancy)
D phòng m ng truy n thông (Network redundancy)
Nh v y m t h th ng d phịng tiêu bi u có
cho h th ng ho t
thi t b
y
ba m c trên
mb o
ng liên t c, xuyên su t dù có b t k s c nào x y ra
iv i
i u khi n, Server SCADA, hay h th ng m ng.
1.3.1 D phòng thi t b
i u khi n
ây là gi i pháp d phòng cho c p i u khi n. Gi s h th ng i u khi n
ch có duy nh t m t b
i u khi n dùng
qu n lý và i u khi n cho các thi t b
trong h th ng (hình 1.4). Rõ ràng ây là h th ng mà
tr
ng h p b
tin c y không cao, n u
i u khi n này có s c nh m t ngu n nuôi, CPU b treo ho c h ng,
module truy n thơng b l i thì h th ng khơng th v n hành và do ó s gián o n
trong s n xu t là không th tránh kh i.
nguyên li u
i v i nh ng dây truy n s n xu t mà giá tr
u vào l n thì rõ ràng thi t h i cho v n
k dây truy n t m ng ng c n th i gian
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
ó là ch a
s a ch a, thay th thi t b . Do ó v n
t ra là c n có m t thi t b d phịng trong tr
s c và khơng i u khi n
này không nh .
ng h p thi t b
i u khi n này g p
c h th ng.
7
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phịng h th ng i n
Hình 1.4. H th ng ch có m t b
i u khi n
Nói cách khác trong c p i u khi n c n có ít nh t hai b
khi n h th ng. M t b
i u khi n ban
g i là Primary PLC và b
c g i là Primary controller hay cịn
ng bình th
ng thì Primary PLC s
i u khi n h th ng,
ng h p x y ra các i u ki n mà Primary PLC không th
i u khi n h
th ng thì Standby PLC s c p nh t d li u và chuy n sang Primary mode
khi n h th ng.
i u ki n
Switchover. Theo ó
c p nh t d li u th
l
i u
i u khi n th hai g i là Standby controller hay Standby
PLC. Khi h th ng ho t
trong tr
u
i u khi n
Standby PLC i u khi n h th ng g i là i u ki n
h th ng ho t
ng liên t c, chính xác thì Standby PLC s
ng xun t Primary PLC theo m t chu k nh t
ng c a gi i pháp d
i u
phòng PLC ph
thu c vào th i gian chuy n
(Switchover), th i gian này càng nhanh thì ch t l
cao. Do ó trong h th ng t
nh. Ch t
i
ng c a h th ng i u khi n càng
ng hóa cơng nghi p ng
i ta
a ra khái ni m Time
Critical và non Time Critical.
Time Critical là nh ng h th ng òi h i kh c khe v th i gian nh các h
th ng t
ng trong nhà máy i n th i gian chuy n
V i th i gian chuy n
i nhanh thì các nhà s n xu t
i th
ng òi h i d
a ra nh ng b
i 500ms.
i u khi n d
phòng b ng ph n c ng. Nh ng h th ng non Time Critical là nh ng h th ng khơng
ịi h i quá kh c khe, th i gian chuy n
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
i
c phép lên
n hàng giây khi ó gi i
8
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phòng h th ng i n
pháp i u khi n d phòng trong tr
ng h p này cá th th c hi n b ng ph n m m
(hình 1.5)
Hình 1.5. H th ng có nhi u h n 1 b
i u khi n
u i m c a b gi i pháp ph n c ng là có th i gian chuy n
ng
phí
i nhanh áp
c các u c u c a các dây chuy n quan tr ng òi h i kh c khe nh ng chi
u t ban
ut
ng
i l n trong khi trong th c t không ph i h th ng nào
c ng yêu c u kh c khe v th i gian do ó viêc xây d ng gi i pháp b ng ph n m m
là v n
c quan tâm.
1.3.2 D phòng
c p SCADA
Trong h th ng SCADA, nh ng thành ph n quan tr ng nh
I/O server,
Alarm server, Trend server, Report server chính là trái tim c a h th ng. I/O server
thu th p d li u t các I/O device, x lý, l u tr , là n i các client trong h th ng
SCADA
n
l y d li u, hi n th quá trình c ng nh ghi các tác v
i u khi n
ra l nh i u khi n h th ng. Trong khi ó, Alarm server x lý các tác v ph c v
cho vi c
a ra nh ng thông báo v h th ng cho ng
i v n hành. Trend server x
lý v nh ng tác v l u tr d li u, báo cáo…. M t h th ng khơng có
tin c y cao
n u ch t n t i m t I/O server, m t Alarm server, m t Report server hay m t Trend
server (hình 1.6)
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
9
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phịng h th ng i n
Hình 1.6. H th ng i u khi n khơng có
Nh v y m t v n
tin c y cao
t ra cho c p i u khi n giám sát ó là c n ít nh t hai
server. M t server chính g i là Primary server và server còn l i g i là Standby
server, khi h th ng ho t
ng bình th
ng thì Primary server s có nhi m v thu
th p d li u và x lý i u khi n. N u có s c x y ra
i v i Primary server nh do
l i truy n thông làm server b l i thì Standby server s làm nhi m v thu th p d
li u và i u khi n h th ng (hình 1.7).
m b o h th ng ho t
chính xác thì Standby server và Primary server ph i
Thông th
t
ng
ng liên t c,
ng b d li u th
ng v i c p i u khi n SCADA thì th i gian chuy n
ng xuyên.
i (Switchover)
i l n có th vài ch c giây.
GVHD: TS. Tr
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
10
Nghiên c u và xây d ng gi i thu t thu th p d li u và i u khi n d phịng h th ng i n
Hình 1.7. H th ng i u khi n v i 2 server
1.3.3 D phịng m ng truy n thơng
Trong các h công nghi p,
c bi t là các h th ng l n thì v n
thơng cơng nghi p óng vai trò r t quan tr ng. S
th ng quy t
nghi p n
nh
nh và
ns
n
t ch t l
HVTH: Tr
ng ình Châu
ng V n Qu c
nh c a h th ng truy n
nh c a toàn nhà máy. V y h th ng t
ng hóa cơng
ng cao mà ch có gi i pháp d phịng PLC và d
phịng c p SCADA thơi thì ch a
GVHD: TS. Tr
n
truy n
.
11
