Sử dụng điện thoại di động nền S60 cho việc truy cập cơ sở dữ liệu và điều khiển giám sát Scada

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP

TÓM TẮT
LUẬN VĂN THẠC SỸ

TÊN ĐỀ TÀI:

SỬ DỤNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG NỀN S60
CHO VIỆC TRUY CẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ
ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA

Chuyên ngành:
Mã số:
Ngƣời thực hiện:

Kỹ thuật điện tử
605270
Mạc Thị Phƣợng

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Bùi Trung Thành

Thái Nguyên - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu trong điều khiển từ xa và
giám sát đã được thực hiện. Ưu điểm lớn nhất của điều khiển từ xa và giám sát

là khả năng thu thập dữ liệu và vận hành hệ thống ở bất cứ nơi nào tại bất kỳ
thời gian nào, với giao diện đồ họa dễ hiểu. Hệ thống điều khiển giám sát từ xa
có thể thông qua mạng Internet, mạng riêng, mạng điện thoại di động để thực
hiện tính năng giám sát điều khiển. Nghiên cứu này là xây dựng một cấu hình
mà cho phép theo dõi và kiểm soát các quá trình điều khiển hệ thống Simatic
PCS 7 bằng cách sử dụng điện thoại di động trên nền Symbian thông qua giao
thức GPRS.
Với mục tiêu trên, luận văn được xây dựng bao gồm 6 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Tổng quan về đề tài
Chương 3: Phát triển dự án PCS7
Chương 4: Truyền thông cơ sở dữ liệu SQL và S60
Chương 5: Kết quả và thực nghiệm
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
Được hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
nhất đến tất cả những bạn bè, đồng nghiệp có đóng góp trong công việc luận
văn của mình. Đặc biệt cảm ơn Thầy giáo, TS. Bùi Trung Thành đã hướng dẫn,
cố vấn, ra quyết định giúp tác giả thực hiện luận văn này thành công.
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện viết luận văn không thể tránh
khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp của độc giả để luận văn này
được hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




MỤC LỤC
Chƣơng

1

2

3

Nội dung

Trang

Giới thiệu chung

1

1.1

Giới thiệu chung

1

1.2

Đặt vấn đề

2

1.3

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

3

1.4

Phạm vi nghiên cứu

3

Tổng quan về đề tài

5

2.1 Hệ thống điều khiển quá trình Simatic PCS7

5

2.1.1 Bộ điều khiển logic lập trình (PLC)

6

2.1.2 Phần mềm WinCC

8

2.1.3 Simatic profibus

9

2.2 Giới thiệu truyền thông GSM cơ bản

11

2.2.1 Truyền thông GSM cơ sở

11

2.2.2 Đặc tính truyền dẫn

11

2.2.3 Đặc điểm và cấu trúc

12

2.2.4 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

13

2.3. Nền điện thoại di động Symbian S60

14

2.3.1 Giới thiệu về Symbian OS

14

2.3.2 Nền tảng thiết kế của hệ điều hành Symbian S60

15

2.3.3 Phát triển các ứng dụng trên nền S60

16

Phát triển dự án PCS7

19

3.1 Miêu tả mô hình

19

3.2 Nguyên lý hoạt động

20

3.3 Các lƣu đồ thuật toán điều khiển chƣơng trình

24

3.4. Yêu cầu phần cứng

25

3.5. Lập trình SIMATIC S7

25

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3.6. Sự tạo thành trạm vận hành OS
Chƣơng
4

32

Nội dung

Trang

Truyền thông cơ sở dữ liệu SQL và S60

38

4.1 Cơ sở dữ liệu SQL và web server

38

4.1.1 Cấu trúc chung của hệ thống

38

4.1.2 Cơ sở dữ liệu và web server thực tế

39

4.1.3 Xây dựng Web server

39

4.1.4 Cơ sở dữ liệu MSSQL 2000 của WinCC

43

4.1.5 Web server nội bộ

47

4.2. Các ứng dụng của Symbian

5

48

4.2.1 Miêu tả chung các ứng dụng

48

4.2.2 Yêu cầu phần mềm

49

4.2.3 Sự tạo thành của dự án

49

4.3. Chức năng gửi SMS

50

4.4. Điều khiển từ điện thoại khách hàng

52

Kết quả và thực nghiệm

53

5.1 Vận hành trong dự án PCS7

53

5.1.1 Giao diện thời gian chạy HMI

53

5.1.2 Thiết lập đăng nhập cảnh báo

53

5.1.3 Mô phỏng chế độ hoạt động tự động

54

5.1.4 Mô phỏng chế độ hoạt động thủ công

55

5.1.5 Đăng nhập cảnh báo

55

5.1.6 Giá trị lƣu trữ và xu hƣớng trực tuyến

56

5.2 Cơ sở dữ liệu SQL

57

5.2.1 Cơ sở dữ liệu Wincc trong dự án bể chứa nƣớc

57

5.2.2 Cơ sở dữ liệu MySQL

58

5.2.3 Sự chuyển đổi giữa MSSQL và MySQL

59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5.3 Kết nối GPRS với điện thoại di động Symbian

Chƣơng
6

Nội dung

60

Trang

Kết luận và kiến nghị

61

6.1 Dự án tự động hoá với PCS7

61

6.2 Giao tiếp giữa điện thoại di động Symbian và PCS7

61

6.3 Kiến nghị

62

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Tổng quan về nghiên cứu

4

Hình 2.1

Cấu trúc hoàn chỉnh của SIMATIC PCS7

5

Hình 2.2

Cấu trúc hoàn chỉnh của PLC

6

Hình 2.3

Giao tiếp của WinCC

9

Hình 2.4

Các phiên bản Profibus

10

Hình 2.5

Profibus trong hệ thống điều khiển

11

Hình 2.6

Cấu trúc chung của mạng GSM

12

Hình 2.7

Các hãng có sử dụng hệ điều hành Symbian

14

Hình 2.8

Cấu trúc của phần mềm Symbian OS v6.1 cho nền S60

15

Hình 2.9

Mô phỏng bộ thiết kế S60

16

Hình 2.10 Cấu trúc ứng dụng cơ bản của thiết kế S60

17

Hình 2.11 Cấu trúc ứng dụng cơ bản

17

Hình 3.1

Biểu đồ quá trình xử lý nƣớc

19

Hình 3.2

Kết nối các đầu vào/ra của PLC

22

Hình 3.3

Lƣu đồ chƣơng trình chính

23

Hình 3.4

Lƣu đồ hoạt động thủ công (Manual

24

Hình 3.5

Lƣu đồ điều khiển theo chế độ tự động

24

Hình 3.6

Sơ đồ phần cứng trạm SIMATIC S7-300

26

Hình 3.7

Bảng liên các Tag đƣợc tạo trong WinCC

34

Hình 3.8

Giao diện hệ thống trạm vận hành OS khi thiết kế

34

Hình 3.9

Giao diện chƣơng trình ở chế độ auto và các tín hiệu trên S7300

35

Hình 3.10 Giao diện chƣơng trình ở chế độ tuyến 1 và các tín hiệu trên
S7-300

35

Giao diện chƣơng trình ở chế độ tuyến 2 và các tín hiệu trên
S7-300

36

Hình 3.11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Hình 3.12

36

Hình 3.13 Bảng giá trị của Tank 1

37

Hình 3.14 Bảng giá trị của Tank-2

37

Hình 3.15 Bảng giá trị của áp suất vi sai

38

Hình 3.16 Bảng thông báo trạng thái của hệ thống

38

Giao diện khi nhấn nút OFF
Hình 4.2

Cấu trúc của truyền thông ứng dụng HTTP

39

Hình 4.2

Khái niệm kiểm soát giao diện ngƣời dùng Web

41

Hình 4.3

Lƣợc đồ tƣơng tác giữa trình duyệt web và cơ sở dữ liệu

41

Hình 4.4

Cấu trúc cơ sở dữ liệu MySQL

43

Hình 4.5

Bảng AlgCSDataENU lƣu các thông tin sửa đổi của từ khoá.

45

Hình 4.6

Bảng cơ sở dữ liệu thời gian chạy trong wincc

46

Hình 4.7

WinCC/Connectivity Pack – truy nhập tới lƣu trữ trong
WinCC

48

Hình 4.8

Sự cập nhật dữ liệu của MSSQL – MySQL

49

Hình 4.9

Khái niệm vận hành điện thoại di động khách hàng

49

Hình 4.10 Lƣợc đồ tƣơng tác giữa điện thoại di động khách hàng và cơ
sở dữ liệu

50

Hình 5.1

Bảng điều khiển HMI trong WinCC

54

Hình 5.2

Thiết lập đăng nhập cảnh báo

55

Hình 5.3

Mô phỏng chế độ hoạt động tự động

55

Hình 5.4

Mô phỏng chế độ hoạt động nhân công

56

Hình 5.5

Đăng nhập cảnh báo trong suốt quá trình hoạt động của hệ
thống

56

Hình 5.6

Xu hƣớng xử lý trực tuyến

58

Hình 5.7

Các giá trị lƣu trữ

58

Hình 5.8

Trạng thái của từ khoá trong cơ sở dữ liệu MS SQL

59

Hình 5.9

Bảng chi tiết của cơ sở dữ liệu MySQL

59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Hình 5.10

Chuyển đổi dữ liệu tại web server nội bộ

60

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 3.1 Bảng chú thích các kí hiệu vào/ra của PLC S7 300

21

Bảng 4.1 Các folder cho dự án

51

Bảng 5.1

Các trạng thái tƣơng tác giữa MSSQL – MySQL

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

61




CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu chung
Với nhiều lợi thế, ngày nay hầu hết các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp
trong lĩnh vực dầu khí, ga, nƣớc, đƣờng, giấy… áp dụng các công nghệ tự động
hoá cho việc kiểm soát hệ thống. Có rất nhiều loại và công đoạn khác nhau của
các công nghệ tự động hóa mà có sự lựa chọn hệ thống điều khiển theo yêu cầu
của từng nhà máy cụ thể. Tuy nhiên, mục đích chung của việc sử dụng công
nghệ tự động hóa là để giảm chi phí lao động, tăng năng xuất, nâng cao chất

lƣợng sản phẩm, khả năng kiểm soát chính xác và tin cậy của các dây chuyền
sản xuất.
Công nghệ tự động hóa đầu tiên đã đƣợc biết đến đó là sử dụng bộ điều
khiển lôgic lập trình đƣợc (PLC: Programmable Logic Controller) để điều khiển
các quá trình riêng biệt, với hệ thống xử lý đơn giản. Trong công nghiệp hiện đại,
các thiết bị và hệ thống của một nhà máy có mối quan hệ lẫn nhau, phần cứng
(nhƣ máy tính, PLC, DCS, vv) và phần mềm đƣợc kết hợp với nhau thành một
hệ thống tự động hóa tích hợp. Hệ thống này đủ mạnh và có thể thực hiện tất cả
các chức năng tự động hóa của nhà máy.
Hệ thống điều khiển quá trình (PCS: Process Control System) Simatic
PSC7 là một thế hệ mới của hệ thống điều khiển của Siemens, nâng cấp các hệ
thống tự động hóa PLC cho môi trƣờng Windows và giao tiếp ngƣời máy (HMI:
Human Machine Interface). Simatic PCS7 bao gồm các hệ thống HMI, các hệ
thống tự động hóa, các mạng lƣới truyền thông, phân phối I/O (từ xa), và các
công cụ kỹ thuật khác. Thiết kế của Simatic PCS7 dựa trên kiến trúc kiểu môđun hoá và mở bằng cách sử dụng công nghệ state-of-the-art Simatic, thực hiện
nhất quán các tiêu chuẩn công nghiệp và các chức năng tự động hóa quá trình,
hiệu năng sử dụng phần cứng và phần mềm cao. Vì vậy, ngƣời dùng đạt đƣợc
chi phí thực hiện có hiệu quả kinh tế cao và dạt đƣợc sự hoạt động tối ƣu của
thiết bị tự động hóa quá trình trong tất cả các giai đoạn: việc lập kế hoạch,
nghiên cứu, việc đƣa máy móc vào hoạt động, đào tạo, vận hành, bảo trì, việc
cung cấp dịch vụ, mở rộng và đổi mới.
Trong xu hƣớng phát triển, các hệ thống tự động hóa không chỉ kiểm soát
tại nội bộ HMI mà còn đƣợc kiểm soát và giám sát từ xa, đƣợc gọi là hệ thống
kiểm soát, điều khiển và giám sát dữ liệu (SCADA: Supervisory Control and
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Data Acquisition). Hơn nữa, tự động hoá hiện đại hoá, đang đƣợc phát triển, có

thể đƣợc kiểm soát và giám sát thông qua mạng Internet. Giải pháp khác để điều
khiển từ xa và giám sát đƣợc gọi tắt là kiểm soát từ xa bằng cách sử dụng truyền
dữ liệu không dây dựa vào dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: General Packet
Radio Service) hay sử dụng Dịch vụ nhắn tin nhắn (SMS), đó là hai đặc điểm
quan trọng của hệ thống di động toàn cầu (GSM).
Nói chung, hệ thống tự động hóa đang tiếp tục phát triển với độ tin cậy
cao, vận hành đơn giản, và điều khiển linh hoạt.
1.2.

Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu trong điều khiển từ xa và
giám sát đã đƣợc thực hiện. Lĩnh vực thú vị nhất là kiểm soát và giám sát từ xa
qua mạng Internet. Trong lĩnh vực này, nhiều ứng dụng đã đƣợc thực hiện trong
phòng thí nghiệm nhƣ: Tuyến Internet cho các thí nghiệm kiểm soát của một số
trƣờng đại học tại Singapore. Một số nghiên cứu khác đang đƣợc tập trung nhƣ
kiểm soát robot thông qua Internet và giám sát từ xa, điều khiển quá trình cho
các nhà máy. Ƣu điểm lớn nhất của điều khiển từ xa và giám sát qua internet là
khả năng thu thập dữ liệu và vận hành hệ thống ở bất cứ nơi nào tại bất kỳ thời
gian nào, với giao diện đồ họa dễ hiểu. Tuy nhiên, do tốc độ chậm và tỷ lệ
truyền dẫn không phù hợp, kết quả là trong các hệ thống không ổn định, internet
đã không đƣợc thừa nhận rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp [3].
Xu hƣớng khác của điều khiển và giám sát từ xa đƣợc dựa trên tính năng
phụ của hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động (GSM). Trong trƣờng hợp
này, điện thoại di động đóng vai trò nhƣ là trạm hoạt động từ xa. Việc truyển dữ
liệu đƣợc thực hiện trên dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS) và giao thức ứng dụng
không dây (WAP) thông qua một cổng web hoặc một máy chủ [4]. Đƣợc gọi là
lĩnh vực phổ biến nhất, phạm vi rộng, không dây, mạng lƣới kỹ thuật số, điều
này là rất thuận tiện để sử dụng thiết bị GSM, đặc biệt là điện thoại di động,
trong việc kiểm soát bất kỳ hệ thống hoạt động nào. Tuy nhiên, điều khiển từ xa

bằng điện thoại di động GSM đối mặt với nhiều bất lợi, làm hạn chế những ứng
dụng. Hạn chế khác là cần thời gian dài để thiết lập một kết nối dữ liệu, băng
thông thấp gây ra các giao diện thấp [5], phí kết nối cao, vv. Đến nay, hình thức
hoạt động này đƣợc áp dụng cho các dự án nhỏ nhƣ tòa nhà thông minh.
Những bất tiện trên có thể đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng General
Packet Radio Service (GPRS), vì tốc độ truyền tải nhanh hơn và chi phí kết nối
rẻ hơn. Một số nhà sản xuất tự động hóa, chẳng hạn nhƣ Siemens, đã áp dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....