I. Giới thiệu luận văn
Luận văn tập trung vào nghiên cứu và phát triển giải thuật cho hệ thống PLC và SCADA dự phòng trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa. Mục tiêu chính là xây dựng các giải pháp dự phòng hiệu quả, giảm thiểu thời gian gián đoạn khi xảy ra sự cố, đặc biệt trong các hệ thống công nghiệp vừa và nhỏ. Hệ thống dự phòng được xem là yếu tố then chốt để đảm bảo tính liên tục và ổn định trong hoạt động sản xuất.
1.1 Tính cấp thiết của luận văn
Việc áp dụng hệ thống dự phòng trong điều khiển tự động hóa là cần thiết để giảm thiểu thiệt hại kinh tế và đảm bảo an toàn. Các hệ thống hiện tại thường sử dụng PLC và SCADA đơn lẻ, dễ gây gián đoạn khi xảy ra sự cố. Giải pháp dự phòng bằng phần mềm được đề xuất nhằm giảm chi phí đầu tư ban đầu, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp vừa và nhỏ.
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ
Mục tiêu của luận văn là phát triển giải thuật dự phòng cho hệ thống PLC và SCADA, tập trung vào việc xây dựng cấu hình Primary/Standby và kiểm tra tính năng dự phòng trên mô hình thực tế. Nhiệm vụ bao gồm phân tích giải pháp, lập trình HMI và SCADA, và kiểm chứng hệ thống thông qua các ứng dụng cụ thể.
II. Khái niệm và giải pháp công nghiệp
Luận văn trình bày các khái niệm cơ bản về dự phòng như Cold, Warm, Hot Redundancy, cùng với các giải pháp dự phòng từ các hãng công nghiệp hàng đầu như Schneider Electric, Siemens, Rockwell Automation, và Mitsubishi. Mỗi giải pháp có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các yêu cầu khác nhau về thời gian chuyển đổi và chi phí đầu tư.
2.1 Giải pháp dự phòng của Schneider Electric
Giải pháp của Schneider Electric dựa trên nguyên lý Primary/Standby, sử dụng mạng Ethernet Modbus TCP/IP để chia sẻ I/O. Hệ thống này đảm bảo tính liên tục và ổn định, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp yêu cầu độ tin cậy cao.
2.2 Giải pháp dự phòng của Siemens
Siemens đề xuất giải pháp dự phòng với ít nhất hai PLCs, một làm I/O server chính và một làm I/O server dự phòng. Các server này được kết nối qua mạng Profibus hoặc Ethernet, đảm bảo tính liên tục khi xảy ra sự cố.
III. Thuật toán và chương trình điều khiển dự phòng
Luận văn tập trung vào việc phát triển giải thuật dự phòng bằng phần mềm, bao gồm các phương pháp Heartbeat và Hot-Standby. Các giải thuật này được kiểm chứng trên mô hình thực tế, sử dụng PLC của Schneider Electric và phần mềm Intouch Wonderware để xây dựng ứng dụng SCADA.
3.1 Các thành phần liên quan
Hệ thống dự phòng bao gồm các thành phần chính như bộ điều khiển PLC, mạng truyền thông Modbus TCP/IP, và dịch vụ Global Data. Các thành phần này được tích hợp để đảm bảo tính đồng bộ và liên tục trong quá trình chuyển đổi giữa Primary và Standby.
3.2 Thuật toán Heartbeat và Hot Standby
Thuật toán Heartbeat được sử dụng để giám sát trạng thái của Primary PLC, trong khi Hot-Standby đảm bảo việc chuyển đổi nhanh chóng khi xảy ra sự cố. Các hàm HSTBY_TIMER_ON và HSTBY_TIMER_OFF được phát triển để quản lý thời gian chuyển đổi.
IV. Ứng dụng và kiểm chứng hệ thống
Luận văn xây dựng các ứng dụng cụ thể để kiểm chứng tính năng dự phòng, bao gồm điều khiển bơm theo lược đồ thời gian và điều khiển theo công thức. Các ứng dụng này được lập trình trên HMI và SCADA, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của giải pháp dự phòng.
4.1 Ứng dụng điều khiển bơm
Ứng dụng điều khiển bơm được phát triển để kiểm chứng tính năng dự phòng của hệ thống. PLC dự phòng được lập trình để tự động chuyển đổi khi PLC chính gặp sự cố, đảm bảo tính liên tục trong quá trình vận hành.
4.2 Lập trình HMI và SCADA
Giao diện HMI và SCADA được xây dựng để giám sát và điều khiển hệ thống. Các tính năng dự phòng được tích hợp vào giao diện, cho phép người vận hành theo dõi trạng thái hệ thống và thực hiện chuyển đổi khi cần thiết.
V. Kết luận và hướng phát triển
Luận văn đã thành công trong việc phát triển giải thuật dự phòng cho hệ thống PLC và SCADA, mang lại giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng công nghiệp vừa và nhỏ. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm tối ưu hóa thời gian chuyển đổi và mở rộng ứng dụng cho các hệ thống lớn hơn.
