Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây nhu cầu về ứng dụng công nghệ thông tin kết hợp với tự động hóa trong các hoạt động giám sát điều khiển của các cơ quan, xí nghiệp đang phát triến rất mạnh. Sự phát triển và kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ thông tin với mạng công nghiệp đã mang lại bước đi mới cho các giải pháp tự động hoá, và tạo ra sự chuyển biến tích cực trong mọi ngành kinh tế quốc dân. Trong số các hệ thống tích hợp tự động hoá nói chung, hệ SCADA chiếm vị trí quan trọng bởi khả năng thu thập, giám sát và điều khiển các quá trình công nghệ và sản xuất.
Hiện nay, xu hướng xây dựng một hệ SCADA có thể áp dụng vào nhiều lĩnh vực và mở rộng trên phạm vi cả nước, và đang là mục tiêu chính cho các nhà tích hợp giải pháp. Việc phát triển không ngừng các hệ thống SCADA hiện đại không dừng lại ở phạm vi giám sát thuần tuý một hệ thống dây chuyền sản xuất mà còn yêu cầu với những hệ thống có phạm vi rộng và số lượng điểm cần giám sát lớn như quan trắc, giám sát dữ liệu hệ thống nhà máy xử lý nước thải. Với những yêu cầu như trên thì hệ thống thu thập dữ liệu qua mạng 3G là giải pháp tối ưu cho hệ thống ,với ưu điểm gọn nhẹ,không yêu cầu hạ tầng dây dẫn tín hiệu và dây nguồn nuôi, chỉ cần có sóng điện thoại là có thể dễ dàng thi công hệ thống. Trên nhu cầu đó, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài có thể: Giám sát theo dõi trạng thái thiết bị toàn bộ hệ thống.
Kiểm soát nhiệt độ hệ thống. Kiểm soát PH hệ thống. Kiểm soát độ trong nước. Cảnh báo sự cố và hiển thị vị trí sự cố trực tiếp lên giao diện giám sát.
Gửi cảnh báo, sự cố về tin nhắn điện thoại SMS. 1 do an Cho phép người vận hành từ xa, chuẩn đoán và dự đoán sự cố. Hệ thống tự bảo vệ thiết bị khi có sự cố xảy ra. Có khả năng cho truy xuất từ xa qua mạng internet.
Theo định hướng phát triển trên, em chọn đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI QUA MẠNG 3G”, đồng thời áp dụng cụ thể cho một mô hình xử lý nước thải sinh hoạt cơ bản. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Xây dựng hệ thống phần mềm giao tiếp giữa người và thiết bị trên cơ sở nền mạng 3G. Điều khiển và giám sát từ xa các thông số của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. Xây dựng phần mềm tự động lưu dữ liệu các thông số giám sát, điều khiển và xuất ra báo cáo dạng tin nhắn SMS.
Xây dựng hệ thống phần cứng mô phỏng mô hình xử lý nước thải sinh hoạt. NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN Nghiên cứu tổng quan hệ thống. Đưa ra giải pháp và thiết bị đáp ứng nhu cầu. Sơ đồ khối phần điều khiển.
Lập trình cho hệ thống thiết bị control đáp ứng yêu cầu hệ thống. Thiết lập giao diện giám sát cho hệ thống theo yêu cầu cụ thể. Lập hệ thống lưu trữ ghi lịch sử dữ liệu hệ thống. Xây dựng hệ thống giám sát từ xa qua mạng 3G với phân quyền theo yêu cầu nhà máy.
Mô phỏng hệ thống bằng Phần mềm TIA Portal + Winccflexible. GIỚI THIỆU VỀ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu Hệ thống đáp ứng tương đối đầy đủ các khâu lọc nước của một hệ thống xử lý nước thải thực tế để đảm bảo vẫn giữ đúng được tính thực tế của đề tài. Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát từ xa các thông số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt gồm: Bể ozone.
Bể lọc thô. Bể ngưng tụ. Bể lọc thạch anh và than hoạt tính. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng cơ sở lý thuyết của hệ thống điều khiển giám sát SCADA dựa trên nền tảng phần mềm WinccFlexible của Siemen để giải quyết vấn đề.
Sử dụng nền tảng thiết bị S7-1200 của Siemen làm thiết bị điều khiển chính. Dựa trên sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống xử lý nước thải. Dựa nền tảng thiết bị chuyển đổi RS232/485 sang sóng 3G là thiết bị thu thập dữ liệu từ PLC về hệ thống máy tính giám sát trung tâm. Kết hợp cơ sở lý thuyết xây dựng hệ thống điều khiển giám sát mô hình xử lý nước thải sinh hoạt.
Chạy hệ thống mô hình và giao diện giám sát kiểm tra kết quả. 3 do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. TỔNG QUAN VỀ SCADA Hệ thống SCADA đã được phát triển từ đầu thập niên 1960. Sự ra đời của thế hệ máy tính nhỏ (minicomputer) như Digital Equipment Corporation (DEC) PDP-8 và PDP-11 làm cho điều khiển quá trình và sản xuất bằng máy tính là khả thi.
Tiến trình của Programmable Logic Controlers (PLC) cũng diễn ra song song. Khi máy vi tính được phát triển, chúng được lập trình và thu gọn nhằm cạnh tranh với các chức năng, lập trình và vận hành của PLC. Lúc đầu, hệ thống điều khiển chỉ hạn chế ở từng thiết bị cụ thể. Sự kết hợp giữa các thiết bị điều khiển chỉ cục bộ ở thiết bị, nhà máy và không kết nối với mạng bên ngoài.
Hệ thống điều khiển bao gồm máy tính mini hoặc PLC trung tâm kết nối với một số bộ điều khiển giao tiếp với động cơ, bơm, valve, công tắc, cảm biến … Hình 1.1 minh họa kiến trúc này. Kiến trúc này thường được gọi là hệ thống điều khiển phân tán (DCS - Distributed Control System). Các hệ thống đó thường được giới hạn ở các vị trí gần nhau, thông thường được kết nối với nhau sử dụng mạng cục bộ (LAN – Local Area Network).1 Mô hình hệ thống điều khiển phân bố tiêu biểu 4 do an Khi tính năng kĩ thuật của máy tính, hệ điều hành và mạng được cải tiến, thúc đẩy yêu cầu giám sát trạng thái, vận hành các thiết bị, nhà máy từ xa theo thời gian thực. Cũng như, nhiều công ty có các thành viên hoặc chi nhánh hoạt động ở vùng địa lý cách biệt nhau, yêu cầu thu thập dữ liệu từ xa, điều khiển và bảo trì trở nên hấp dẫn từ lập trường quản lý và chi phí.
Những khả năng này được biết như sự tập hợp của giám sát điều khiển và tập hợp dữ liệu (Supervisory Control and Data Acquisition - SCADA). Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu dựa trên nền tảng máy tính SCADA đã được phát triển hơn 40 năm, từ mô hình đơn lẻ, điều hành phân tán đến kiến trúc mạng giúp truyền thông nhanh, linh động, chính xác và khoảng cách xa. Hơn nữa, SCADA đã chuyển từ độc quyền sang tiêu chuẩn hóa về phần cứng và phần mềm, sự thay đổi này giảm chi phí nâng cấp, vận hành và bảo trì cũng như cung cấp quản lý với thông tin thời gian thực hổ trợ cho việc lập kế hoạch, giám sát và ra quyết định. Các hệ thống SCADA là thành phần rất quan trọng hầu hết các cơ sở hạ tầng tối quan trong của các quốc gia như: Nhà máy phát điện, truyền tải và phân phối điện năng.
Nhà máy lọc ga, dầu và hệ thống quản lý đường ống. Hệ thống lọc và phân phối nước. Hệ thống sản xuất và xử lý hóa chất. Hệ thống đường sắt và vận chuyển khối lượng.
Mặc dù SCADA được dùng phổ biến nhất ở các mạng tự động lớn như các công ty tiện ích công cộng, SCADA còn có thể được dùng trong hầu hết các tiến trình điều khiển tự động. Các công ty sử dụng dây chuyền lắp ráp, như nhà máy đóng chay, cũng có thể sử dụng các tiện lợi từ SCADA. Toàn bộ các nhà máy có thể được tự động hóa giúp cho việc sản xuất hiệu quả và tin cậy. TÍNH NĂNG CỦA HỆ THỐNG SCADA Kiểm soát truy 5 do an 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.
MMI (Man 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… 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: Thông số được ghi ở một biểu đồ cụ thể được định nghĩa trước hoặc được định nghĩa trực tiếp. Lập biểu đồ thời gian thực và lưu lại cho việc tra cứu về sau. 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. Sự báo động được thực hiện tập trung, thông tin chỉ tồn tại ở một vị trí và tất cả người dùng thấy cùng một trạng thái, báo động với nhiều mức ưu tiên được hỗ trợ.
Ta có thể nhóm các báo động và đối xử chúng như một thực thể. Chọn lựa các báo động vào các trang khác nhau hoặc khi xem bảng ghi báo động (alarm log) ta có thể xem theo độ ưu tiên, thời gian và theo nhóm. E-mails có thể tự động được gửi hoặc tự động thực thi các đáp ứng tùy thuộc vào mỗi điều kiện báo động. Ghi sự kiện và lưu trữ (Logging/Archiving) Ghi sự kiện và lưu trữ thường được sử dụng để miêu tả một tiện ích.
Tuy nhiên, ghi sự kiện có thể được nghĩ là lưu trữ dữ liệu lên đĩa cho chiến lược ngắn hạn hoặc trung bình, trong khi đó lưu trữ được sử dụng cho chiến lược lâu dài trên đĩa hoặc các thiết bị lưu trữ thường trực khác. Ghi sự kiện tiêu biểu được thực hiện theo chu kỳ, khi dung 6 do an lượng dữ liệu hoặc khoảng thời gian đạt đến giới hạn thì dữ liệu cũ sẽ được ghi đè bởi dữ liệu mới. 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. Dữ liệu của sự kiện có thể được chuyển qua lưu trữ khi bảng ghi sự kiện đã đầy.
Các sự kiện được đánh dấu thời gian và có thể được lọc theo thời gian xảy ra sự kiện khi được quan sát bởi người dùng.